PGE2 angeregte Selbsterneuerung hämatopoetischer Stammzellen

Mit 50 000 Patienten pro Jahr ist die hematopoitische Stamzellentransplantation (HSZT) die erfolgreicheste und meist verbreitete Stammzellentherapie weltweit. Diese vorwiegend bei Blutkrebs eingesetzte Behandlung hat den Nachteil, dass oft aufgrund der Graft-versus-Host-Reaktion (GvHR) kein passender Spender gefunden werden kann. Humanes Nabelschnurblut ist eine besser verträgliche Quelle von hematopoietischen Stammzellen (HSZ), doch es enthält nur eine geringe Anzahl an HSZ, was Erholungsdauer und Risiko für Infektionen besonders bei Erwachsenen erhöht. Das Labor von Leonard Zon entdeckte in einem chemischen Hochdurchsatz-Screen in Zebrafischembrionen, dass Prostaglandin E2 (PGE2) die HSZ-Bildung erhöhen kann (North et al. 2007). Anschließende Transplantationsstudien in Zebrafisch und Maus zeigten, dass eine ex vivo PGE2-Behandlung Knochenmark oder Nabelschnurblut mit HSZ so anreichern kann, dass die Blutbildung beschleunigt wird. Vor kurzem wurde eine Phase I klinische Studie abgeschlossen, die gezeigt hat, dass ein mit dmPGE2 (eine stabilere Form von PGE2) behandeltes Nabelschnurblut auch in Menschen die Regenerierung des Blutsystems beschleunigte (Cutler et al. 2013). Obwohl die Behandlung mit PGE2 sehr vielversprechend ist, ist der Mechanismus, wie PGE2 sowohl die Bildung von HSZ in Zebrafischembrionen als auch die Regenerierung von HSZ im Menschen beinflussen kann, nicht gut verstanden. In Zebrafishembrionen erhöht PGE2 zwar die HSZ Anzahl, aber der genau betroffene Prozess ist noch nicht bekannt. In vorläufigen Studien im Zon Labor wurde gefunden, dass die PGE2-Behandlung kurzzeitige hematopoietische Stammzellen (ST-HSCs) in langzeitige hematopoietische Stammzellen (LT-HSCs) funktionell umwandelt. Das erhöht das Selbsterneuerungspotential der ST-HSCs und verbesssert die Blutregeneration. Der lang andauernde Effekt der kurzen (2 Stunden) PGE2-Behandlung legt nahe, dass die Zielpopulation epigenetisch verändert wird. Daraus ergibt sich die Hypothese, dass PGE2 sowohl in Zebrafisch als auch während der HSZT bestimmte Vorläuferzellen zu jenen HSZ reprogrammiert, die sich für lange Zeit selbst erneuern können. Aus dieser Hypothese ergeben sich zwei Erwartungen, die mit den folgenden Experimenten getestet werden sollen. Zielsetzung 1 testet die Erwartung, dass die dmPGE2-Behandlung des Zebrafischembrios die HSZ Spezifikation von Vorläuferzellen des Endothels erhöht. Ich plane, den Effekt von PGE2 auf die klonale Diversität der HSZ mit der Brainbowtechnik in Zebrafisch zu analysieren. Zielsetzung 2 testet die Erwartung, dass PGE2 den epigenetischen Zustand der transplantierten Zellen in Richtung besserer Selbsterneuerung und Regneration verschiebt. Ich werde dmPGE2 induzierte, epigenetische Veränderungen des Selbsterneuerungspotentials mit ChipSeq and DNA- methylierungsstudien in humanen CD34+ Zellen testen. Zielsetzung 3: Ich will das von PGE2 induzierte Selbsterneuerungsnetzwerk von Zielsetzung 2 funktionell mit GOF/LOF (Gain-of-Function/Loss-of-Function) Studien von epigenetischen Schlüsselfaktoren via Transplantationsstudien testen. Ein besseres Verständnis des durch PGE2 ausgelösten Gennetzwerkes verbessert nicht nur grundlegendes Wissen über Selbsterneuerung in HSZ, sondern könnte auch Auswirkungen auf die HSZT haben.