Funktionelle Charakterisierung der Histon-Variante MacroH2A1 (H2afy) in der akuten myeloischen Leukämie

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Heidel
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505859092

Veränderungen des Epigenoms können zu deutlich veränderter Genexpression führen: entweder direkt durch den Verlust der regulatorischen Kontrolle oder durch indirekte, additive Effekte, die letztlich zu Transkriptionsveränderungen führen. Zu bekannten epigenetischen Veränderungen zählen DNA-Methylierung, Chromatin-assoziierte RNAs, Histone-Tail-Modifikationen, Nicht-Histonproteine und Histonvarianten. Unter den Histonen weist die H2A-Familie die größte Sequenzdivergenz auf, was zu der größten Anzahl an bekannten Varianten führt. Unter allen H2A-Varianten weisen die macroH2A-Varianten die einzigartigste strukturelle Organisation auf, da sie eine Nicht-Histon-Region am C-Terminus besitzen. Diese wird als Makrodomäne bezeichnet und macht sie zu den größten bekannten Histonen. MacroH2A1 (H2afy) wird in Blasten von AML-Patienten und auch in normalen hämatopoetischen Stammzellen (HSCs) stark exprimiert. Wir haben die funktionelle Rolle von H2afy in der AML und in normalen HSC durch CRISPR-vermittelte Inaktivierung und neu generierte konditionale Mausmodelle untersucht. Unsere bisherigen Daten liefern erste Hinweise auf eine funktionelle Bedeutung von H2afy für den Erhalt der Zell-Kompetition, und speziell von Leukämie-Stammzellen (AML-LSC). Für normale hämatopoetische Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) scheint H2afy dagegen entbehrlich zu sein. In diesem Projekt werden wir untersuchen, inwieweit die Makrohiston-Variante H2afy die Funktion von LSC und HSC beeinflusst und wie dies durch Veränderungen der Transkription, der Bindungspartner oder der Chromatin-Konformation und -Modifikation beeinflusst wird. Wir werden (1) die Auswirkungen von Makrohiston-Varianten auf die Funktion von LSC anhand von MLLr-getriebenen AML-Modellen untersuchen, indem wir Rescue-Experimente mit trunkierten H2afy-Konstrukten durchführen, um funktionell relevante Domänen zu definieren. Wir verwenden CRISPR-vermitteltes Genome-Editing, um H2afy-abhängige Effektoren zu definieren, und Xenograft-Modelle, um die Ergebnisse in menschlicher AML zu validieren. Außerdem werden wir (2) die Auswirkungen H2afy-Spleißisoformen auf die Funktion normaler hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) bestimmen und (3) die mechanistischen Auswirkungen der Makrohiston-Variante H2afy auf die Transkription, Chromatin-Konformation, Histon-Modifikationen und Bindungspartner in AML-LSC analysieren. Zusammengenommen werden die in unserem Forschungsantrag beschriebenen Experimente zu einer detaillierten Charakterisierung der funktionellen Rolle und der mechanistischen Auswirkungen der H2A-Histon-Variante H2afy auf AML-Leukämie-Stammzellen führen. Dies ermöglicht perspektivisch ein besseres Verständnis der biologischen Heterogenität, die durch Expression von Histon-Varianten hervorgerufen wird, und ermöglicht perspektivisch deren Exploration als mögliche therapeutische Zielstruktur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen