The modulation of the hematopoietic system by Paraoxonase-2
Hematology, Oncology
Final Report Abstract
Die intrazelluläre Konzentration an ROS spielt eine wichtige Rolle in der Regulation der Genexpression, verschiedener Zellschicksalsentscheidungen und der Differenzierung, einschließlich der Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen unter sowohl physiologischen als auch pathophysiologischen Bedingungen. Das intrazelluläre Enzym PON2 ist für seine anti-oxidative und anti-apoptotische Funktion, unter anderem in der Leukämie bekannt. Das Enzym ist im endoplasmatischen Retikulum sowie den Mitochondrien lokalisiert, wo es eine essentielle Bedeutung in der Steuerung der ROS-Produktion innehat. Dies steht im Einklang mit der Assoziation von PON2 mit dem Therapieansprechen in pädiatrischer akuter lymphatischer Leukämie (ALL) sowie Imatinib-Resistenz in Patienten mit chronischer myeloischer Leukämie (CML). Diese Verbindung sowie der bekannte Einfluss des Redox-Signalings auf die Quieszenz, Apoptose, Differenzierung und Selbsterneuerung von HSCs führte zu der Vermutung, dass PON2 die Hämatopoese reguliert und durch Redox-vermittelte Mechanismen an der Steuerung der HSC-Funktion beteiligt ist. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals beschrieben, dass eine PON2-Defizienz in vivo sowohl zu quantitativen als auch zu morphologischen und funktionellen Veränderungen hämatopoetischer Zellen führt. FACS-Analysen der Knochenmarkzellen von PON2-/--Tieren enthüllten veränderte Zellzahlen hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) im Knochenmark, mit deutlich ausgeprägtem myeloid skewing in über 9 Monate alten Tieren. Labormedizinische Untersuchungen des Blutes zeigten quantitativ unveränderte, jedoch morphologisch auffällige Erythrozyten mit veränderter zellulärer Hämoglobinkonzentration. Des Weiteren wurden Veränderungen in der myeloid/lymphoid-Verteilung der zellulären Bestandteile des Blutes alter PON2-/--Tiere aufgedeckt. Weiterführende Analysen zeigten erhöhte ROS- bzw. O2-Level, verringerte Apoptoseraten sowie unveränderte DNA-Schädigung in hämatopoetischen Zellen PON2-defizienter Mäuse. Anschließend durchgeführte funktionelle Analysen der HSPCs offenbarten eine gesteigerte Repopulationsfähigkeit der PON2-/--Zellen, die weder von Änderungen im Zellzyklus, der Klonogenität oder der Zielfindungsfähigkeit abgeleitet werden konnte. Diese Ergebnisse lassen sich zumindest zum Teil durch eine kompensatorische Erhöhung der Expression anti-apoptotischer und Stress-reduzierender Gene (RNA-Seq-Analysen; RECQL4, CDK5RAP1, CXCR4, SOX6, MKRN2, DEPTOR, MYSM1) sowie der Reduktion der Expression pro-apoptoscher Gene (MYCN, INSR, FOXO4, TERT, AATK) erklären. Insgesamt weisen die Resultate dieser Arbeit auf eine Rolle der PON2 in der Reifung von Erythrozyten und Lymphozyten sowie in der Differenzierung und Funktionalität von HSPCs hin. Dementsprechend weisen die Resultate der verschiedenen Analysen PON2-defizienter Tiere auf multiple Differenzierungsblockaden in hämatopoetischen Zellen sowie auf verschiedene Kompensationsmechanismen, die der Vorbeugung erhöhter Apoptoseraten sowie frühzeitigem Funktionsverlust von HSPCs, verursacht durch erhöhte ROS-Level, dienten, hin. Jene Mechanismen erschienen in alten PON2-/--Tieren so stark ausgeprägt, dass von einem präleukämischen Stadium in den HSCs ausgegangen werden kann. Bei der genaueren Betrachtung aller Veränderungen, die bedingt durch die PON2-Defizienz im Laufe des Alterungsprozesses festgestellt wurden, kann eine frühzeitige Stammzellalterung diagnostiziert werden und eine weiterführende Prüfung der Verwendbarkeit von PON2-/--Tieren als Stammzell-Alterungsmodell vorgeschlagen werden.
Publications
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(2016) The anti-apoptotic PON2 protein is Wnt/betacatenin-regulated and correlates with radiotherapy resistance in OSCC patients. Oncotarget 7, 51082-51095
Kruger, M., Amort, J., Wilgenbus, P., Helmstadter, J. P., Grechowa, I., Ebert, J., Tenzer, S., Moergel, M., Witte, I., and Horke, S.
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(2018) Paraoxonase-2 regulates coagulation activation through endothelial tissue factor. Blood 131, 2161-2172
Ebert, J., Wilgenbus, P., Teiber, J. F., Jurk, K., Schwierczek, K., Dohrmann, M., Xia, N., Li, H., Spiecker, L., Ruf, W., and Horke, S.
