Herkt, Stefanie Carolin (2019)
PRMT6 als mögliches Ziel einer Therapie und seine Wirkung in der Hämatopoese.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.25534/tuprints-00008166
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die adulte Hämatopoese ist ein hierarchisch organisierter Prozess, der durch die Differenzie-rung von pluripotenten hämatopoetischen Stammzellen (HSC) zu jeglichen Zellen des Blutes gekennzeichnet ist. Während der Differenzierung kommt es zu einer Reihe von Linien-Entscheidungen, die durch extrinsische Faktoren, wie extrazelluläre Signale, Zytokine und Zell-Zell-Interaktionen oder durch intrinsische Faktoren, wie Transkriptionsfaktoren gesteuert werden (Barreda & Belosevic, 2001; Cantor & Orkin, 2001; Cantor & Orkin, 2002; Goode et al, 2016; Orkin, 2000; Orkin & Zon, 2008). Das Zusammenspiel der Transkriptionsfaktoren mit epigenetischen Kofaktoren ist wichtig für die hämatopoetische Genexpressionskontrolle und entscheidend für die Liniendifferenzierung (Goldberg et al, 2007; Li, 2002). Linienent-scheidungen werden an Verzweigungspunkten der Diffrenzierung getroffen, an denen Transkriptionsfaktoren zelltypspezifische Genexpressionsprogramme initiieren können. Der Transkriptionsfaktor RUNX1 (runt related transcription factor 1) ist ein wichtiger Regulator der hämatopoetischen Differenzierung. Dies wird dadurch verdeutlicht, dass Mutationen oder eine aberrante Expression des RUNX1-Gens zu Defekten in der Hämatopoese und letzlich zu einer Leukämie oder zu einer beeinflussten megakaryozytären Differenzierung führen können (Ichikawa et al, 2004; Sood et al, 2017). RUNX1 bindet an die DNA seiner Zielgene und aktiviert oder reprimiert durch seine Assoziation mit anderen Transkriptionsfaktoren oder Kofaktoren die Genexpression (Durst & Hiebert, 2004; Yamagata et al, 2005). Das bedeutet die Wirkung von RUNX1 auf die Transkription von Differenzierungsgenen ist von seinen Ko-faktoren abhängig (Lausen, 2013). Die Protein-Argininmethyltransferase 6 (PRMT6) ist ein wichtiger Korepressor, der mit RUNX1 assoziiert ist (Herglotz et al, 2013; Herkt et al, 2017; Kuvardina et al, 2015). PRMT6 ist ein epigenetisches Enzym, welches hauptsächlich für die Etablierung der Dimethylierung von Histon 3 am Arginin-Rest 2 (H3R2me2) bekannt ist, was zu einer Repression der Transkription führt (Guccione et al, 2007; Hyllus et al, 2007; Iberg et al, 2008). Zusätzlich ist PRMT6 in verschiedenen Tumorentitäten überexprimert und wirkt wie ein Onkogen in Brustkrebs durch die Förderung des Tumorwachstums (Phalke et al, 2012; Yoshimatsu et al, 2011). Bis jetzt konnte jedoch noch keine Verbindung zur Leukämie gezeigt werden. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit die Wirkung von PRMT6 in der hämatopoetischen Differenzierung und seine potentielle Rolle in der akuten myeloischen Leukämie (AML) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass ein lentiviraler Knockdown von PRMT6 einen negativen Ef-fekt auf das Wachstum einer Leukämie-Zelllinie, als auch einen inhibierenden Effekt auf das Tumorwachstum in einem Xenograft-Mausmodell hat. Um zu überprüfen, ob PRMT6 mit der Progression einer AML assoziiert sein könnte, wurde die Proteinexpression von PRMT6 in Patienten-Proben untersucht. Dabei konnte eine erhöhte Expression von PRMT6 in Patienten mit akuter myeloischer Leukämie gefunden werden. Da RUNX1 in der Lage ist PRMT6 zu seinen Zielgenen zu rekrutieren und ebenso mit der Progression einer AML assoziiert ist, sollten gemeinsame Zielgene gefunden werden. Dabei wurden Gene identifiziert, die in der Apoptose, der Zellzykluskontrolle und dem Zellwachstum involviert sind. Eines dieser Gene ist CDKN1B, welches ein wichtiger Zellzyklus-Regulator darstellt. Dieses Gen wurde als ge-meinsames Zielgen von RUNX1 und PRMT6 durch eine Chromatin-Immunopräzipitation ve-rifiziert. Da eine Herrunterregulation von PRMT6 mittels Knockdown das Zellwachstum ver-mindert, könnte eine Inhibition von PRMT6 durch small molecules eine mögliche epigeneti-sche Therapie darstellen. Ähnliche Therapien durch Inhibitoren gegen Histon-Deacetyltrasnferasen (HDACi) wurden schon erfolgreich eingesetzt (Marks & Xu, 2009). Aus diesem Grund wurden neue small molecule-Inhibitoren für PRMT6 getestet, die das Zell-wachstum und die Genexpression von CDKN1B beeinflussen konnten. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass PRMT6 ein potentielles neues Ziel für eine epigenetische Leukämie-Therapie darstellt. Da RUNX1 ebenfalls eine Rolle in der normalen Differenzierung spielt, insbesondere in der erythroiden/megakaryozytären Entwicklung und außerdem mit PRMT6 interagieren kann, wurde die Rolle von PRMT6 in der Differenzierung näher untersucht. In dieser Dissertation konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass PRMT6 das erythroide Genexpressionspro-gramm während der megakaryozytären Entwicklung von primären CD34+-Vorläuferzellen inhibiert. Durch eine Herunterregulation von PRMT6 wurde eine Erhöhung der Expression von verschiedenen erythroiden Genen, wie Glykophorin A, ALAS2, AHSP, KLF1 und ß Globin erreicht werden. PRMT6 wird zu erythroiden Genen, wie Glykophorin A während der Megakayopoiese rekrutiert und etabliert ein repressives Histon-Modifikationsmuster. H3R2me2 nimmt an dem Promotor zu, während die aktive Histonmodifikation H3K4me3 ab-nimmt. Eine Manipulation von PRMT6 durch Überexpression oder Knockdown konnte au-ßerdem die Differenzierung von CD34+-Zellen entweder in die megakaryozytäre oder eryth-roide Richtung begünstigen. Außerdem konnte eine Inhibition von PRMT6 durch small molecules zu einer Erhöhung der Expression von erythroiden Genen und schließlich zu einer verstärkten Erythropoese führen. Diese Ergebnisse zeigen, dass PRMT6 eine Rolle in der Kontrolle der erythroiden/megakaryozytären Differenzierung inne hat. Dies eröffnet die Mög-lichkeit einer Manipulierung der PRMT6-Aktivität, um eine verstärkte Erythropese für thera-peutische Zwecke zu erreichen.

Die Ergebnisse in Kapitel 3 wurden teilweise in der Zeitschrift „haematologica“ mit dem Titel „Protein arginine methyltransferase 6 controls erythroid gene expression and differentiation of human CD34+ progenitor cells“ (2017) veröffentlicht. Der Autor dieser Dissertation ist ebenfalls der Autor des veröffentlichten Manuskripts.

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