PBX Transkriptionsfaktoren als Pionierfaktoren bei der adulten Neurogenese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Embryogenese bedeutet die Entstehung immer komplexerer Muster und Zellschicksale aus einer denkbar einfachen Ausgangssituation, der befruchteten Eizelle. Dies erfordert die koordinierte Expression von Tausenden von Genen. Dabei spielen Transkriptionsfaktoren (TFs) eine Schlüsselrolle. Allerdings kodieren nur etwa 1.600 Gene im menschlichen Genom für TFs, von denen geschätzte 30 bis 40% regulierende Funktionen bei der Embryogenese haben. Daher müssen entwicklungsrelevante TFs in multimeren Komplexen wirken, um Spezifität zu erreichen, sowie in selbstregulierenden Transkriptionsnetzwerken organisiert sein, um den Entwicklungsprozess zielgerichtet vorantreiben zu können. Weitestgehend unklar ist noch, wie sich diese multimeren TF-Komplexe bilden und ob es eine Hierarchie zwischen den beteiligten Komponenten gibt. Eine spannende Frage ist zudem, welchen Beitrag jene TFs leisten, die zwar ubiquitär exprimiert werden, aber dennoch hoch-spezielle Aufgaben bei der Embryogenese übernehmen. Im geförderten Forschungsprojekt untersuchten wir diese Frage am Beispiel des Homeodomain-TFs PBX1. Als Modell dienten uns frisch isolierte Stamm- und Vorläuferzellkulturen aus der neurogenen Stammzellnische der V/SVZ der Maus, da diese im Vergleich zu embryonalen kortikalen Vorläuferzellen ein relativ einfaches Differenzierungspotential besitzen. Wir haben an diesen Zellen ein breites Spektrum an genom-, transkriptom- und proteomweiten Techniken angewandt, darunter ATAC-Sequenzierung, ChIP-Sequenzierung für PBX1 und Histon-Modifikationen, RNA-Sequenzierung nach verschiedenen genetischen Manipulationen, ‚Spatial Transcriptomics‘ der erwachsenen V-SZV-Stammzellnische und differenzieren-der Neuronen, sowie massenspektrometrische Analyse von PBX1-interagierenden Proteinen nach Immunpräzipitation. Nach umfangreichen computerbasierten Analysen unserer Daten und dem Vergleich mit Daten aus öffentlichen Datenbanken legen unsere Ergebnisse nahe, dass PBX1 als Plattform für die Bildung von Multi-TF-Komplexen dient, die sich im Verlauf der Differenzierung kontinuierlich ändern und so Differenzierungsvorgänge vorantreiben. Im Verlauf dieser Arbeiten machten wir zudem die unerwartete Beobachtung, dass PBX1 mit den Klasse I basic-Helix-Loop-Helix (bHLH) TFs TCF3 und TCF4 interagiert. Dabei kann PBX1- TCF3/4 Komplexbildung die Proliferation neuraler Vorläuferzellen begünstigen und ihrer Differenzierung entgegenwirken. Interessanterweise ist seit langem bekannt, dass genomische PBX1::TCF3(E2A)-Fusion nach chromosomaler t(1:19) Translokation zu einem besonders aggressiven Subtyp der akuten lymphoblastischen Leukämie führt. Auf Grundlage unserer Ergebnisse postulieren wir daher, dass t(1:19) Translokation nicht einfach zwei xbeliebige TFs fusioniert, sondern vielmehr zwei bewährte Kooperationspartner in einer fatalen Symbiose verbindet und somit als Startpunkt für die maligne Transformation dient. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir zudem eine Vorgehensweise für die bioinformatische Analyse von Sequenzierungsdaten erarbeitet und die transkriptionelle Kooperation von PBX1 und PAX6 näher beleuchtet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Transcriptional cooperation of PBX1 and PAX6 in adult neural progenitor cells. Scientific Reports, 11(1).
Hau, Ann-Christin; Mommaerts, Elise; Laub, Vera; Müller, Tamara; Dittmar, Gunnar & Schulte, Dorothea
-
Bioinformatics for wet-lab scientists: practical application in sequencing analysis. BMC Genomics, 24(1).
Laub, Vera; Devraj, Kavi; Elias, Lena & Schulte, Dorothea
-
Integrated multi-omics analysis of PBX1 in mouse adult neural stem- and progenitor cells identifies a transcriptional module that functionally links PBX1 to TCF3/4. Nucleic Acids Research, 52(20), 12262-12280.
Laub, Vera; Nan, Elisabeth; Elias, Lena; Donaldson, Ian J.; Bentsen, Mette; Rusling, Leona A.; Schupp, Jonathan; Lun, Jennifer H.; Plate, Karl H.; Looso, Mario; Langer, Julian D.; Günther, Stefan; Bobola, Nicoletta & Schulte, Dorothea
