H3K27 Demethylierung in Hämatopoetischen Stamzellen

Die Hämatopoetische Differenzierung ist ein komplexer Prozess, ausgehend von einer speziellen Zellpopulation: den hämatopoetischen Stammzellen (HSZ). HSZ befinden sich hauptsächlich im Knochenmark und repräsentieren jene Zellen von denen alle Blutzellen adulter Wirbeltiere abstammen. Die Besonderheit von Stammzellen, einschließlich HSZ, ist ihre außergewöhnliche Fähigkeit zur asymmetrischen Zellteilung, welche zur Entstehung zwei verschiedener Arten von Nachkommenzellen führt. Eine Tochterzelle wird wieder eine HSZ (sog. Selbst- Erneuerung), um die HSZ-Population zu erhalten, während die zweite Tochterzelle den Weg zur Zelldifferenzierung einschlägt was letztlich zur Entstehung reifer Blutzellen führt. Die meisten Zelldifferenzierungsentscheidungen werden von Transkriptionsfaktoren (z.B. GATA-1, PU.1) getroffen. Wie jene Transkriptionsfaktoren den Prozess der Zelldifferenzierungen steuern ist bereits gut verstanden. Im Gegensatz dazu ist es noch weitgehend unbekannt, welche Faktoren die Expression dieser differenzierungsbestimmenden Transkriptionsfaktoren selbst regulieren könnten. Die Proteinfamilie der Polycomb Gruppe (PcG) reguliert Zellproliferation, genomisches Imprinting, X- Inaktivierung, sowie die Erhaltung der Stammzellidentität durch epigenetische Repression von differenzierungsfördernden Faktoren. Der "polycomb repressive complex 2" (PRC2) katalysiert den Zusatz von Methyl-Gruppen auf die Aminosäure Lysin 27 von Histon H3 (H3K27). H3K27 Trimethylierung führt zur Rekrutierung des "polycomb repressive complex 1" (PRC1), welches zur bleibenden Repression der jeweiligen Gene führt. Bis vor kurzem glaubte man, dass H3K27 Trimethylierung eine permanente epigenetische Markierung sei. Die Identifizierung der H3K27 Demethylasen (HDM), Utx (Ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeat gene, X chromosome) und Jmjd3 (Jumonji domain containing 3) brachte allerdings eine unerwartete Flexibilität in Bezug auf die H3K27 Trimethylierungs-vermittelte Genrepression. Angesichts der Tatsache, dass H3K27 Trimethylierungen enzymatisch entfernt werden können und der gut dokumentierten Bedeutung der epigenetischen Transkriptionsregulation in Differenzierungsvorgängen, ist es reizvoll zu hypothetisieren, dass H3K27 HDMs die Moleküle sein könnten, welche die differenzierungsbestimmenden Transkriptionsfaktoren anschalten. Die Experimente in diesem Antrag sollen die Rolle von Histon-H3K27 Demethylierung während der hämatopoetischen Ontogenie und Differenzierung analysieren und epigenetische Mechanismen identifizieren, welche die frühe hämatopoetische Differenzierung steuern. Daher möchte der Antragsteller 1). konditionelle Knockout-Mäuse der Histon Demethylasen Utx und Jmjd3 generieren; 2). Deren Phänotypen nach einer hämatopoetisch-spezifischen Deletion während Ontogenese und Differenzierung analysieren; und 3.) eine Methode der Chromatin Immunopräzipitation entwickeln, welche Genommethylierungskartierung aus nur 1000 Zellen (HSZ und deren Nachkommen) ermöglicht.