Aufklärung der molekularen Mechanismen vom Fam40b für die Differenzierung von embryonalen Stammzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Agapios Sachinidis, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226334027

Durch den Einsatz von embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) und ES-Zellen, in denen Fam40b durch shRNA-Knockdown ausgeschaltet wurde (KD ES-Zellen) haben wir gezeigt, dass Fam40b essentiell für die Differenzierung von ES-Zellen zu somatischen Körperzellen ist. In Gegensatz zu ES-Zellen zeigen KD ES-Zellen eine starke Expression charakteristischer Gene und microRNAs (miRs), die mit einem pluripotenten Zustand assoziiert sind, selbst wenn diese bis zu 16 Tagen lang unter Differenzierungsbedingungen kultiviert werden (KD embryoid bodies, KD EBs). Im Gegensatz zu 16 Tage alten EBs waren KD EBs in der Lage, Teratome in Mäusen zu bilden. Gen- und miR-Expressionsanalysen zeigten, dass ein knockdown von Fam40b unter anderem sehr stark die Expression von Nukleus-Genen (inklusive Nukleus-Poren), und Genen beeinflusst, die an der Prozessierung von ncRNA und bei der epigenetischen Regulation der Genexpression, beteiligt sind. Fam40b befindet sich perinukleär und vor allem in den Zellkernen von undifferenzierten ES-Zellen. Mit zunehmender Differenzierungsdauer der ES-Zellen wird Fam40b vorzugsweise in nuclear bodies lokalisiert und an Tyrosin-Resten phosphoryliert. Bisherige Erkenntnisse aus unserem ersten DFG-Projekt zeigten, dass das KD Fam40 ES-Zellmodell optimal für das Studium der molekularen Mechanismen der Differenzierung von Stammzellen ist. Ziele des vorliegenden Fortsetzungsantrags sind 1) zu untersuchen, ob die 16 Tage alten Zellen mit dem differenzierungsresistenten Phänotyp durch eine Überexpression von shRNA-resistentem Fam40b und durch die Anwendung von miR-Mimetika und Inhibitoren zu differenzieren sind 2) molekulare Differenzierungs-Mechanismen von Fam40b aufzuklären durch a) die Identifizierung Fam40b-bindender DNA Sequenzen mittels ChIP-Seq und durch b) Identifizierung von Fam40b-Interaktionspartnern mittels SILAC. Wir beabsichtigen murine Fibroblasten durch den Einsatz von Fam40b-regulierten miRs zu transdifferenzieren. Zum Schluß wird die Role des Tyrosin-phosphorylierten Fam40b bei der Nerve Growth Factor (NGF)-induzierten Differenzierung von PC12-Zellen zu Neuronen via Aktivierung von Tyrosin-Phosphorylierung-Kaskaden untersucht. Das Projekt wird einen wesentlichen Beitrag zur Identifizierung neuartiger molekularer Mechanismen der von Differenzierungsprozessen erbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Hartmut Schlüter