Rolle von AP-1 in der Hautentwicklung und Tumorigenese

Forschungsprojekt P 14680 Rolle von AP-1 in der Hautentwicklung und Tumorigenese Erwin F. WAGNER 27.11.2000 Die Epidermis ist ein mehrschichtiges Epithel, das vor allem aus Keratinozyten besteht. Die Proliferation und Differenzierung dieser Keratinozyten muß streng reguliert sein und koordiniert erfolgen, um die Struktur und Funktion der Haut aufrecht zu erhalten. Die Differenzierung der Haut führt zu einem organisierten Organ, in dem morphologisch unterscheidbare Zellen in diskreten Schichten angeordnet sind. Diese Differenzierung ist letztendlich die Konsequenz von koordinierten Veränderungen in der Expression von zahlreichen Genen. Vieler dieser Gene, die an der Differenzierung von Keratinozyten beteiligt sind (z.B. Keratin 5, Keratin 1, Filaggrin, Loricrin und Involucrin), werden durch den Transkriptionsfaktor AP-1 reguliert. Der Transkriptionsfaktor AP-1 ist aus Dimeren der Proteinfamilien Fos (c-Fos, FosB, Frau-1 und Frau-2), Jun (c- Jun, JunB und JunD) und CREBATF sowie anderen. bZip Proteinen aufgebaut. Die Mitglieder der AP-1 Familie sind an der Kontrolle von Zellproliferation, Differenzierung von verschiedenen Zellen und weiters an neuralen Funktionen und der Antwort von Zellen auf Streß beteiligt. Verschiedene AP-1 Proteine können Zellen zu Tumorzellen transformieren oder werden für die Transformation durch andere Onkogene benötigt. Eine funktionelle Rolle für AP- I Proteine, insbesondere für c-Jun, wurde für die Differenzierung der Haut, die Bildung von Hauttumoren, die Antwort auf UV-Bestrahlung und die Wundheilung der Haut beschrieben. Das Ziel dieses Projektes ist es, durch die Untersuchung von genetisch veränderten Mäusen die spezifischen Funktionen von AP-1 Komponenten in der Biologie der Haut zu definieren. Die Verwendung von konditionalen c- jun knock-out Mäusen erlaubt es, c-jun spezifisch in der Haut zu deletieren und die Funktion von c-jun in diesem Organ erstmalig in vivo zu untersuchen. Die Untersuchung von c-jun Mutanten, bei denen aktivierende Phosphorylierungen von c-Jun durch JNKs (Jun-N-terminal Kinase) durch Mutagenese unmöglich gemacht wurden, sowie von JNK1 und JNK2 Kock-out Mäusen wird darüber hinaus die Rolle der AP-1 Aktivierung in Keratinozyten aufklären helfen. Die Experimente werden sich dabei vor allem auf die Differenzierung, Tumorbildung, Antwort auf verschiedenartigen Streß und Wundheilung sowohl in vivo als auch in vitro konzentrieren.

Das Projektziel war die spezifische Rolle von Transkriptionsfaktoren der AP-1 Familie in der Biologie der Haut zu definieren. Dafür wurde die Maus als Modelorganismu verwendet und einzelne AP-l Gene (c-jun, junB, c-fos, fra- 1 und fra-2) oder Kombinationen von AP-1 Genen Epidermis-spezifisch deletiert (c-jun und junB, c-jun und c-fos sowie c-jun und fra-1). Insgesamt wurde bei 8 konditionalen Knock-out Mäusen die Entwicklung der Haut und die Antwort der Haut auf unterschiedliche Stresssituationen wie Tumorbildung, UV-B Bestrahlung und Wundheilung untersucht. Epidermis spezifische c-jun Knock-out Mäuse (c-Jun ep ) exprimieren reduzierte Mengen an epidermal growth factor Receptor (EGFR) in den Keratinocyten der Augenlieder, wa eine Störung der normalen Augenentwicklung zu Folge hat. Primäre Keratinocyten zeigen bei Abwesenheit von c-jun einen Proliferationsdefekt, verstärkte Differenzierun und eine Störung des Aktin-Zytoskelettes. Diese Veränderungen werden ebenfalls höchstwahrscheinlich durch eine verminderte Expression des EGFR und die seines Liganden HB-EGF (heparin binding epidermal growth factor) verursacht. Die konditionale Deletion von c-jun in einem transgenen Hauttumormodel (K5-SOS-F reduziert die Tumormasse auf unter 50% wobei eine starke Reduktion der EGFR Expression in den basalen Keratinocyten der Haut beobachtet wird. Somit konnten in verschiedenen experimentellen Ansätzen gezeigt werden, dass EGFR und HB-EGF durch c-jun reguliert werden und dass c-jun die Augenliedentwicklung, Proliferation der Keratinocyten und die Hauttumorbildung reguliert. Die induzierte Epidermis-spezifische Deletion von c-jun und junB in adulten Mäusen führt zu einem starken psoriatischen Phänotyp innerhalb von 2 Wochen nach Induktion der Deletion. Die histologische Analyse zeigt Hyperproliferation der Epidermis, Hyperkeratose, epidermale Mikroabszesse und das typische infiammatorische Infiltrat bei Psoriasis: intraepidermale T-Zellen und neutrophile Granulozyten sowie dermale Makrophagen. Weiters ist eine psoriatische Arthritis, die bei 40% der humanen Patienten auftritt, zu beobachten. Auf molekularem Niveau ist eine Reihe von Cytokinen und Chemokinen dereguliert, die in der Athiologie der Psoriasis beschrieben sind. Gegenwärtig werden weitere Zeitpunkte nach Induktion der Deletion von c-jun und junB analysiert, um die zeitliche Abfolge der molekularen Veränderungen zu erfassen und es wird die Relevanz unserer Ergebnisse für humane Psoriasisproben untersucht.