Funktion des Mef2c-Transkriptionsfaktors während der normalen und aberranten Hämatopoese in Mus musculus (Linnaeus, 1758)

Abstract

Während des homöostatisch sehr fein abgestimmten Prozesses der Hämatopoese ist besonders die Aktivität und Menge von Transkriptionsfaktoren von entscheidender Bedeutung. Eine grundlegende Erforschung des Ablaufes der gesunden Hämatopoese ist dementsprechend unabkömmlich, um die Ursachen von Blutzellentartungen, die zur Entstehung von Leukämie führen können, zu identifizieren. Der Myocyte Enhancer Factor 2 c (Mef2c) ist ein Mitglied der Familie der MADS-box Transkriptionsfaktoren und spielt eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung von Muskel und Nervenzellen. Aufgrund zweier Beobachtungen wurde in dieser Arbeit eine mögliche, neue Funktion von Mef2c während der Hämatopoese und Leukämogenese untersucht: MEF2C ist in einigen Proben von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML)hochreguliert, und dies ist teilweise korreliert mit einer Translokation des Mixed Lineage Leukemia (MLL)-Gens. Weiterhin konnte in unserem Labor gezeigt werden, dass die Überexpression von Mef2c in einem von uns etablierten Mausmodell der chronischen myeloischen Leukämie (CML) zur Induktion einer akuten myelomonozytären Leukämie führt. Zunächst wurde untersucht, ob die leukämische Transformation früher, muriner Knochenmarkzellen durch ein MLL-Fusionsprotein – MLL/ENL(M/E) – in Abhängigkeit von Mef2c erfolgt. Es konnte gezeigt werden, dass Mef2c zwar nicht für die Etablierung und Erhaltung von M/E-transformierten Zelllinien notwendig ist, aber eine wichtige Stammzelleigenschaft auf M/E-transformierte Zellen überträgt. Diese äußert sich sowohl in vitro, als auch in vivo in Form erhöhter Homing- und Migrationskapazität. Innerhalb der M/E-Mef2c-exprimierenden Zellen konnte eine vergrößerte Population identifiziert werden, die den Stammzell- und Homing-assoziierten Rezeptor Cxcr4 exprimiert. Die Untersuchung der Expression von Cxcr4 ergab, dass eine Regulation durch Mef2c am wahrscheinlichsten auf Proteinebene erfolgt, da auch M/E-Mef2c-defiziente Zellen die Cxcr4-mRNA stark exprimieren. Mit Hilfe einer gesamtgenomischen Expressionsanalyse konnte in M/E-Mef2cexprimierenden Zellen die Hochregulation weiterer Migrations-assoziierter Gene, die für Chemokinrezeptoren- und -liganden, sowie für Matrix-Metalloproteasen codieren, gefunden werden. Mit diesem Befund kann auch die in vivo beobachtete erhöhte Aggressivität M/E-Mef2c-exprimierender leukämischer Knochenmarkzellen nach Transplantation in konditionierte Mäuse erklärt werden. Analysen an gesunden murinen hämatopoetischen Vorläuferzellen des Knochenmarks ergaben auch eine Funktion von Mef2c während der normalen Hämatopoese. Während Mef2c-defiziente Knochenmarkzellen eine verminderte Fähigkeit zur Monopoese aufweisen, resultiert die konstitutive Überexpression von Mef2c in hämatopoetischen Vorläuferzellen in einer verstärkten Monopoese auf Kosten der Granulopoese. In beiden Fällen wurden myeloide Zytokine zur Stimulation der Knochenmarkzellen eingesetzt. Mechanistische Studien zeigten, dass der Verlust der Mef2c-Expression mit einer reduzierten Expression des Transkriptionsfaktors c-jun einhergeht. Wird c-jun in murinem Knochenmark überexprimiert, führt dies – wie auch die Mef2c Überexpression – zu einer verstärkten monozytären/makrophagialen Differenzierung. Die Reduktion des c-jun Expressionsniveaus mit Hilfe von short-hairpin (sh)-RNA Vektoren revertiert den durch Mef2c hervorgerufenen monozytären/makrophagialen Phänotyp teilweise. Mit diesen Experimenten konnte gezeigt werden, dass c-jun ein kritisches nachgeschaltetes Zielgen von Mef2c während der Monopoese ist. Mef2c spielt auf diese Weise eine wichtige Rolle in der Entscheidung zwischen mono- und granulozytärer Differenzierung, was durch äußere Stimuli beeinflusst werden kann. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden, dass der MADS-box Trankriptionsfaktor Mef2c ein wichtiger Regulator der Informationsvermittlung zwischen extra- und intrazellulären Prozessen während der Hämatopoese darstellt. Die extrazelluläre Stimulation früher Knochenmarkzellen beeinflusst über Mef2c-involvierende Signalwege die Myelopoese. Dies äußert sich in einer verstärkten Entwicklung von Monozyten/Makrophagen auf Kosten von Granulozyten. Im Einklang mit der verstärkten makrophagialen Entwicklung Mef2c-überexprimierender, früher Knochenmarkzellen steht die Erhöhung der migratorischen Kapazität von leukämischen, M/E-transformierten Stammzellen. Neben der Migrationskapazität ist eine weitere wichtige Stammzelleigenschaft – die Homingkapazität – der M/E-transformierten leukämischen Zellen erhöht.