Aufklärung der epigenetischen Wirkmechanismen von Strip2, die an der Differenzierung und tumorigenem Potential von pluripotenten Stammzellen beteiligt sind

• Antragsteller: Professor Agapios Sachinidis, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450480255

Kürzlich zeigten wir, dass eine permanente Ausschaltung der Expression von Strip2 in ESCs (Strip2-KD ESCs) zu einer Hemmung der Differenzierung zu mesodermalen Zellen und den entsprechenden somatischen Zellen führte. Unsere Transkriptom- und Proteom-Analysen von undifferenzierten und differenzierten Strip2 KD-ESCs versus Strip2-ESCs (Kontroll-Zellen) zeigten, dass Strip2 ein Schlüsselregulator des Differenzierungsablaufs von ESCs ist. Weitere Ergebnisse zeigten Protein-Protein-Wechselwirkungen von Strip2 mit den Ko-Repressor Proteinen des Histon-Methyltransferase-Komplexes, bestehend aus NuRD-Proteinkomponenten (HDACs), Trim28, HP1 und SETDB1. Der Komplex wird durch eine Bindung von Krueppel-associated box (KRAB) Zink Finger Proteinen (KRAB Zfps) an spezifische DNA-Sequenzen aktiviert, wodurch eine Methylierung an Histon (H3)-Lysin-9-Resten stattfindet und H3K9me3 entsteht. Unsere Chip-Seq-Daten zeigten, dass Strip2 ein ähnliches Bindungsmotiv (20 Basenpaare) wie die KRAB-Zinkfingerproteine (KRAB Zfps) besitzt, welche Differenzierungs- und Entwicklungsprozesse hemmen. Differenzierte 4-Tage- und 16-Tage Strip2 KD-EBs (EBs: embryoid bodies) besaßen typische Tumorgenese Gen/Protein-Signaturen bzw. Histonmethylierungs-/Histonacetylierungssignaturen. Eine Histonmethylierung und -acetylierung wird durch die DNA-Methyltransferasen (DNMTs) und durch die Histonacetyltransferasen (HATs) vermittelt. Wir zeigten, dass mehrere DNMTs und HATs in 4-Tage- und 16-Tage Strip2-KD EBs hochreguliert waren. Die HAT- und Dnmt-Aktivität im Vergleich zu 4-Tage- und 16-Tage Strip2-EBs war signifikant höher. 16-Tage Strip2 KD EBs besaßen im Gegensatz zu den 16-Tage Strip2 EBs ein starkes Tumorigenese-Potential. Wir werden nachweisen, dass Strip2 ein epigenetischer „Modifier“ des Histon-Methyltransferase-Komplexes (NuRD/Trim28/HDACs/SETDB1) ist, der sich im Nukleus und/oder in den Nucleolar-Bodies befindet, und von denen KRAB-Zfps durch Umwandlung von H3-Histone zu H3K9me3 aktiviert wird. Nach unserer Hypothese interagiert Strip2 mit dem Histon-Methyltransferase-Komplex, wodurch eine Hemmung der Tri-Methylierung von H3 stattfindet und somit Differenzierungsprozesse in den ESCs initiiert werden. Wir werden niedermolekulare Inhibitoren von DNMT und HAT verwenden, um zu zeigen, dass das abgeschwächte Differenzierungspotential der Strip2-KD ESCs und der 16-Tage Strip2 KD EBs verstärkt wird und ihr tumorigenes Potential abschwächt wird. Durch die Anwendung von der CRISPR-Methode werden wir die Rolle von Strip2 für die Differenzierungsprozesse vom humanen induziert pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) nachweisen. Es werden neue epigenetischen Mechanismen aufgeklärt, die bei Differenzierungsprozessen von pluripotenten Stammzellen beteiligt sind. Das Projekt wird auch zur Entwicklung neuartiger therapeutischer Konzepte beitragen, die darauf zielen, den Differenzierungsgrad von Tumorzellen durch epigenetisch wirkende Pharmaka zu erhöhen und somit deren Malignität zu hemmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen