Funktion des Runx1-Transkriptionsfaktors während dernormalen und aberranten Myelopoese in Mus musculus (Linnaeus, 1758)

Abstract

Für den homöostatisch sehr fein abgestimmten Prozess der Hämatopoese sind Transkriptionsfaktoren von zentraler Bedeutung. Dysfunktionen oder Fehlregulationen dieser Proteine können zur malignen Transformation von Blutzellen führen und so Leukämien induzieren. Das für den Transkriptionsfaktor RUNX1 codierende Gen, ist eines der am häufigsten mutierten Gene in akuten Leukämien. Bei Patienten mit akuten myeloischen Leukämien liegt die Inzidenz von Mutationen in diesem Genlocus bei über 30%. Da dennoch nur wenig über die Rolle von Runx1 in der Myelopoese bekannt ist, sollte im Rahmen dieser Arbeit die Funktion des Transkriptionsfaktors und dessen Zielgene in frühen myeloischen Zellen analysiert werden. Zunächst wurde untersucht, ob die Aktivität von Runx1 für die myeloische Differenzierung wichtig ist. Sowohl in vitro als auch in vivo führte die Inaktivierung von Runx1 zu einem erhöhten Anteil unreifer Myeloblasten, sodass es zu einer Beeinträchtigung, nicht aber zu einer Blockade der Differenzierungsvorgänge kam. Weiterhin bestätigten diese Analysen, dass die monozytäre und die granulozytäre Entwicklung in gleichem Maße beeinträchtigt waren, sodass das Gleichgewicht zwischen beiden myeloischen Entwicklungslinien von Runx1 nicht beeinflusst wurde. Mit Hilfe von gesamtgenomischen Expressionsanalysen myeloischer Progenitoren, die entweder zur Überexpression von RUNX1 manipuliert wurden oder in denen Runx1 konditional ausgeschaltet wurde, konnten Gene, die für Membran- und Adhäsionsproteine codieren als potentielle Runx1-Zielgene identifiziert werden. Viele dieser Gene stehen mit der Interaktion von Stroma- und Stammzellen im Knochenmark in Verbindung. Stromazellen sind einerseits für den Erhalt der Quieszenz der Stammzellen, andererseits aber auch für die Differenzierung und Proliferation früher Progenitoren essentiell. Somit ist es sehr wahrscheinlich, dass die Deregulation dieser Proteine zur Akkumulation prä-leukämischer Progenitoren beiträgt, die Zielzellen für sekundäre Mutationen darstellen und schließlich zu einer Leukämie führen können. Runx1-DNA Bindungsanalysen bestätigten, dass es sich bei den meisten deregulierten Genen um direkte Runx1-Zielgene handelt. De novo-Motivanalysen Runx1-gebundener Regionen bestätigte eine potentielle Kooperation mit anderen Transkriptionsfaktoren (z.B. Ets, Cebp und Gata), die Bestandteile komplexer Netzwerke zur Regulation des Selbsterhalts sowie der Differenzierung früher hämatopoetischer Vorläufer sind. Dass die Abwesenheit von Runx1 nicht an allen Runx1-gebundenen Genen auch Einfluss auf die Transkription nahm, spiegelt vermutlich die unterschiedlichen Funktionen von Runx1 in Synergie mit anderen Faktoren wieder. Dementsprechend reicht das Zusammenfassung 2 Funktionsspektrum von Runx1 von einem starken Pionierfaktor, der die Rekrutierung anderer Schlüsselfaktoren dirigiert, bis hin zu einem Gerüstprotein, welches lediglich die transkriptionelle Effizienz moduliert. Erstmals konnten, neben den bekannten Runx1 Interaktionspartnern, Co- Lokalisationen mit Motiven der zytokininduzierten Stat-Transkriptionsfaktoren nachgewiesen werden. Dieses legt die Vermutung nahe, dass Runx1 die transkriptionelle Aktivität von Stat steigert und somit auch Überlebens und Proliferationssignale reguliert. In-vivo-Mausexperimente sollten Aufschluss darüber geben, ob die Inaktivierung von Runx1 und die damit einhergehenden Beeinträchtigung myeloischer Progenitoren zusammen mit einem starken Proliferationssignal, induziert durch die konstitutiven Aktivierung der FLT3- Rezeptortyrosinkinase ausreichend sind, um eine Leukämie zu induzieren. Interessanterweise induzierte die FLT3-Aktivierung in Runx1-deletiertem Knochenmark eine Myeloproliferation, aber keine Leukämie. Die Rekonstitution von RUNX1 hingegen induzierte eine aggressive Leukämie. Dieses liefert einen Hinweis darauf, dass die Inaktivierung von Runx1 zwar die Voraussetzung für die Zelltransformation schafft, eine verbleibende onkogene Runx1-Aktivität jedoch notwendig ist um die Transformation letztlich auszulösen. Hierbei könnte Runx1 mit Stat-Transkriptionsfaktoren zusammenwirken, die durch den FLT3-Signalweg aktiviert werden, und die Transkription transformationsfördernder Gene induzieren. Außerdem könnte das erhöhte Runx1- Niveau ein Milieu schaffen, dass die FLT3-induzierte Transformation begünstigt. Zusammengefasst unterstützen die Ergebnisse dieser Arbeit die Hypothese, dass der Funktionsverlust von Runx1 ein prä-leukämisches Stadium induziert, vermutlich durch die Akkumulation früher myeloischer Progenitoren mit einer beeinträchtigten, aber dennoch nicht blockierten Differenzierung. Weitere Mutationen, wie z.B. die Aktivierung der FLT3-Kinase, induzieren in Synergie mit Runx1 eine akute Leukämie, gekennzeichnet durch eine vollständige Blockade der Differenzierung. Somit trägt sowohl der Funktionsverlust (Tumorsuppressor), als auch der Funktionsgewinn (Onkogen) von Runx1 zur Leukämogenese bei.