Die Rolle des Activin-Cistroms bei der Progenitorzellvermittelten Leberregeneration

• Antragsteller: Dr. Honglei Weng, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Gastroenterologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426883873

Das Activin Response Element (ARE) ist in Promotoren von essentiellen Genen der Zelldifferenzierung lokalisiert. Es stellt eine spezifische Bindestelle für den SMAD4-SMAD2/3-FOXH1 Komplex dar, und ist in die Regulation der Differenzierung embryonaler Stammzellen (ESC) involviert. Ohne extrazelluläre Stimuli sind alle ARE-regulierten Gene, zusammengefasst als das "Activin-Cistrom" bezeichnet, durch Chromatinkondensation blockiert: Die HP1-Lysin Trimethylierung von Histon H3 Komplexen hält ESC im Ruhezustand, dem „silent state“. Ruhende ESC können in den Differenzierungsprozess eintreten, wenn das Activin-Cistrom aktiviert wird, z.B. durch Zytokine der TGF-β Familie (u.A. Nodal, Activin oder TGF-β). Die Aktivität dieser Zytokine in ESC führt zur Bildung von Komplexen aus aktivierten SMADS und TRIM33. Diese ersetzen die HP1 Komplexe und "öffnen" dadurch das Chromatin um die ARE, was zu einer Aktivierung des Activin-Cistroms und damit zur Expression von Schlüsselgenen der Stammzelldifferenzierung führt. Beim Menschen spielen Leber-Progenitor-Zellen (LPC), adulte stammzellähnliche Leberzellen, eine wesentliche Rolle bei der Wiederherstellung der Leberzellmasse und Leberfunktion nach akutem- (ALF) und akut-auf-chronischem Leberversagen (ACLF). Erfolgreiche LPC-Leberregeneration umfasst schnelle LPC Differenzierung zu Hepatozyten. Es ist bis dato unbekannt, ob LPC Differenzierung in Hepatozyten durch das Activin-Cistrom gesteuert ist. Vorarbeiten zum beantragten Projekt zeigten sehr geringe Expression von TRIM33 und FoxH1, sowie schwache Aktivierung von p-SMAD2 in Leberbiopsien von Patienten mit schwerem klinischen Verlauf (Lebertransplantation oder Tod). Im Gegensatz hierzu zeigen Patienten mit kompensierter Zirrhose hohe Expression dieser drei Faktoren in LPC und LPC-differenzierten Hepatozyten. Unsere in vitro Studien zeigen ferner eine SMAD2/3, TRIM33 und FOXH1 Abhängigkeit bei der Differenzierung. Darauf basierend stellen wir die Hypothese auf, dass die TGF-β induzierte Aktivierung des Activin-Cistroms eine entscheidende Rolle bei der LPC Differenzierung zu Hepatozyten, und damit beim Überleben der Patienten spielt. Dieses Projekt untersucht, ob (I) ARE vermittelte LPC Differenzierung bei Patienten mit fortgeschrittener Leberschädigung erfolgt; (II) TGF-β, Activin oder beide die Aktivierung des Activin-Cistroms von LPC vermitteln; (III) wie die Aktivierung des Activin-Cistroms zur Differenzierung von LPC zu Hepatozyten in vitro beiträgt und (IV) ob die Hemmung von Teilen des TGF-β-ARE Systems die LPC vermittelte Leberregeneration in Tiermodellen beeinflusst. So werden wir die Rolle des Activin-Cistroms bei der LPC-vermittelten Leberregeneration detailliert aufklären. Die Kenntniss der beteiigten Moleküle und Mechanismen wird neue therapeutische Ansätzen bei akutem Leberversagen und auch Zirrhose erschließen lassen, die sich die regenerativen Fähigkeiten dieser Stammzellen zu Nutze machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen