Wie wirken sich Veränderungen der räumlichen Chromatinorganisation auf die Genexpression in akuter myeloischer Leukämie mit Cohesinmutationen aus?

In den letzten Jahren sind durch moderne HochdurchsatzSequenzierverfahren bei Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) oder myelodysplastischem Syndrom (MDS) viele neue rekurrente Mutationen in protein-kodierenden Genen entdeckt worden. Es wurden allerdings auch Mutationen gefunden, bei denen regulatorische Elemente (wie z.B. Enhancer) betroffen sind. Enhancer können mutiert sein oder durch Inversionen auf eine andere Stelle im Genom transloziert sein, was zu einer aberranten Regulation von Zielgenen führen kann. Eine weitere wichtige Rolle bei der Genregulation spielt die räumliche Chromatinstruktur. Ungefähr 15% der AML Patienten weisen eine Mutation in einem Cohesingen auf. Cohesin ist essentiell für die Schwesterchromatidcohäsion und zentral involviert in der DNA Rekombination. Patienten mit Cohesinmutationen weisen allerdings keine vermehrten chromosomalen Aberrationen auf, sondern haben meistens einen normalen Karyotyp. Daraus lässt sich schließen, dass mutierte Cohesinbestandteile auf eine andere Art und Weise zur Tumorentstehung beitragen, nämlich durch fehlerhafte Regulation der dreidimensionalen Chromatinstruktur in nichtmitotischen Zellstadien. Dabei steuert Cohesin, vermutlich durch LoopBildung und Kompartimentierung global die Genexpression, u.a. wahrscheinlich auch von Genen, die für die normale hämatopoietische Differenzierung wichtig sind. Die in AML am häufigsten mutierten Cohesingene sind STAG1, STAG2 und RAD21. Cohesinkomplexe enthalten jeweils eine der beiden SA-Untereinheiten STAG1 (SA1) oder STAG2 (SA2). Der SA1-Cohesinkomplex interagiert vor allem mit dem Insulatorprotein CTCF und trägt zur Stabilisierung von topologischassoziierten Domänen (TADs) bei. Cohesinkomplexe mit der SA2Untereinheit sind hauptsächlich für die zelltypspezifischen PromotorEnhancer-Interaktionen verantwortlich. Wir vermuten, dass die bei AML beobachteten Mutationen die Bildung der Cohesinkomplexe beeinflussen, was wiederum Auswirkungen auf die räumliche Chromatinstruktur hat und schließlich zu einem veränderten Genexpressionmuster der Zelle führt. Ziel dieses Antrages ist es, die Unterschiede und Funktionen der beiden bekannten Cohesinkomplexe in hämatopoietischen Vorläuferzellen zu analysieren und herauszufinden, welche Konsequenz das Herunterregulieren von STAG1 oder STAG2 auf die 3D-Struktur des Chromatins und somit auf die Genexpression in diesen Zellen hat. Desweiteren wollen wir untersuchen, welche Konsequenzen Mutationen in den Cohesinproteinen auf die räumliche Chromatinstruktur und die Genexpression in Patienten mit akuter myeloischer Leukämie haben. Dieses Projekt soll uns einen fundamentalen Einblick in den Mechanismus der normalen und abnormalen Genregulation gewähren und somit die Basis für die Entwicklung spezieller Inhibitoren bilden, die dem Prozess der Leukämieentstehung entgegenwirken könnten.