Funktionelle Analyse des Einzelstrang DNA-bindenden Transkriptionsregulators FUBP1 bei der Selbsterneuerung hämatopoitischer Stammzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Zörnig
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276833671

Ziel des Projektes ist es, auf molekularer Ebene zu verstehen, warum das Protein FUSE Binding Protein 1 (FUBP1) für die Selbsterneuerung (self-renewal) von "long-term" hämatopoetischen Stammzellen (LT-HSCs) unentbehrlich ist. LT-HSCs können zu sämtlichen Vorläufer- und Effektorzellen des Immunsystems differenzieren und so das hämatopoetische System erhalten bzw. (wieder) aufbauen. FUBP1 ist ein Transkriptionsregulator mit spezifischen Zielgenen, der an das einzelsträngige FUSE DNA-Element bindet und gleichzeitig mit der basalen Transkriptionsmaschinerie interagiert. Unsere Arbeitsgruppe hat FUBP1 in einem Screen für neue anti-apoptotische Proteine identifiziert, und wir konnten nachweisen, dass das Protein in hepatozellulären Karzinomen durch die Inhibition von pro-apoptotischen und anti-proliferativen Genen als Onkoprotein fungiert. Außerdem zeigte sich bei der Analyse zweier funktioneller knockout-Mausmodelle eine unerwartete physiologische Funktion von FUBP1 bei der LT-HSC Selbsterneuerung. In dem vorliegenden Arbeitsprogramm wollen wir zum einen unsere Arbeitshypothese bestätigen, dass das Zellzyklusinhibitor-Gen p21 und das pro-apoptotische Bcl2-Familienmitglied Noxa FUBP1-Zielgene repräsentieren, deren Hochregulation in FUBP1-defizienten LT-HSCs dafür (mit-) verantwortlich ist, dass diese Zellen ex vivo langsamer expandieren und eine erhöhte Zelltodrate aufweisen, und dass LT-HSCs ohne funktionelles FUBP1 in vivo wegen ihrer defekten Selbsterneuerung verschwinden. Ein weiterer wichtiger Punkt des Vorhabens ist die detaillierte Analyse der Triosephosphat-Isomerase 1 (TPI1), deren Expression durch FUBP1 hochreguliert wird. TPI1 ist ein zentrales Enzym in der Glykolyse, und es soll in Zellkulturexperimenten und mit Hilfe eines konditionalen Tpi1-knockout-Mausmodells die Arbeitshypothese untersucht werden, der zufolge TPI1 für anaerobe Glykolyse und den Erhalt der Stammzelleigenschaften in LT-HSCs benötigt wird. Eine solche Regulation des LT-HSC-Metabolismus durch FUBP1 über sein Zielgen Tpi1 würde eine weitere Ebene darstellen, über die FUBP1 die Selbsterneuerung von LT-HSCs unterstützt. Außerdem wollen wir eine komplette Analyse des Transkriptoms FUBP1-defizienter LT-HSCs im Vergleich zu Wildtyp-LT-HSCs über RNA-Sequenzierung durchführen, um systematisch weitere FUBP1-Zielgene zu identifizieren, die für die Selbsterneuerung von LT-HSCs von Bedeutung sind. Die gewonnenen Daten sollen dazu beitragen, die Modellvorstellung von FUBP1 als molekularem Sensor für einzelsträngige DNA zu unterstützen, der statt eines einzelnen Zielgenes ein ganzes transkriptionelles Netzwerk reguliert und die Selbsterneuerung hämatopoetischer Stammzellen kontrolliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen