Rolle der TIS7/SKMc15 Gene in Regeneration

Während der Regeneration geschädigter Gewebe, wie Muskeln oder Nerven, muss die Transkription und damit Expression der dazu notwendigen Gene mittels aufwendiger zellulärer Mechanismen geregelt werden Ein solcher Regulator ist TPA induzierte Sequenz 7 (TIS7). Es wurde in der Literatur postuliert, dass TIS7 in die Differenzierung von Nervenzellen und Muskeln involviert ist. Wir konnten in diesem Zusammenhang vor kurzem erstmals den molekularen Mechanismus der TIS7 Wirkung aufklären, der über die Rekrutierung Histon- modifizierender Enzymkomplexe die Genexpression regelt. Wir konnten auch in einem von uns hergestelltem Tiermodell, mit genetisch veränderten Mäusen, die kein TIS7 mehr besitzen, zeigen, dass TIS7 ein so genannter Repressor ist und die Aktivierung von einer Gruppe spezialisierter Gene in diesen Prozessen gezielt unterdrückt. Wir haben nun ein zweites Gen dieser Familie identifiziert, das SKMc15 genannt wird. Auch dieses Gen haben wir erstmals in Mäusen gentechnisch entfernt. Das SKMc15 Gen kann teilweise die Funktionen von TIS7 übernehmen und wir möchten nun hier diese Funktionen im Kontext eines intakten Organismus während der Regeneration von Muskel und Darmgewebe untersuchen. Dazu werden wir auch erstmals Kreuzungen von Mäusen einsetzen, bei denen beide Gene fehlen. In Zusammenarbeit mit einer amerikanischen Arbeitsgruppe und einer aus Deutschland werden wir regenerierende Gewebe mit einer Kombination von elektrophysiologischen Messungen, histochemischen Färbungen, molekularbiologischen Techniken und aufwendigen Mikroskopieverfahren untersuchen. Aus diesen Mäusen sollen auch Muskelzellen und Zellen anderer Gewebe gewonnen werden, die dann auf zellautonome Effekte hin untersucht werden können. Diese Projekt soll die Rolle der neuartigen TIS7 und SKMc15 Genfamilie charakterisieren und wird uns einen vertieften Einblick in die molekularen Mechanismen der Regelung der Genexpression während regenerativer Prozesse in Geweben wie Muskel und Darm liefern. Dieses hier erworbene Wissen wird in weiterer Folge neue mechanistische Konzept liefern, die auch in der Behandlung von schwerwiegenden degenerativen Erkrankungen wie z.B. der muskulären Dystrophien wertvolle Beiträge leisten könnten.

Die Regulation der Genexpression spielt eine wichtige Rolle in den Prozessen der Muskel- und neuronalen Regeneration. Die TPA Induced Sequence 7 (TIS7) wurde ursprünglich als ein Regulator der neuronalen Differenzierung entdeckt. Wir haben in unseren früheren Veröffentlichungen gezeigt, dass TIS7 auch die Prozesse der Muskelregeneration reguliert. Zusätzlich haben wir festgestellt, dass TIS7 als ein transkriptioneller co- Repressor funktioniert. Mittels neuentwickelten knockout Models zeigten wir auch in vivo, dass TIS7 nicht für die Entwicklung substanziell ist aber eine wichtige Rolle in den Regenerationsprozessen spielt. Inzwischen haben wir auch Maus SKMc15, ein Gen mit sehr hoher Homologie zur TIS7 kloniert. Um die funktionelle Rolle des SKMc15 in vivo zu entschlüsseln haben wir auch TIS7 / SKMc15 Doppelknockout Mäuse generiert. Diese Tiermodelle haben uns erlaubt die biologische Funktion dieser neuen Genfamilie in vivo zu untersuchen. In unserem Labor, sowie auch in Zusammenarbeit mit Spezialisten im In- und Ausland, haben wir die Phänotypen der TIS7 Single- und TIS7 / SKMc15 Doppelknockout Mäuse analysiert. Wir entdeckten, dass TIS7 eine wichtige Rolle im Prozess der neuronalen Regeneration spielen kann, weil das Wachstum der Axone in erwachsenen sensorischen Neuronen in der Zellkultur, in der Abwesenheit von TIS7 eindeutig modifiziert wurde. Weiter haben wir dargestellt, dass der Mangel an funktionellen TIS7 die Wirkung des neuronalen Wachstumsfaktors auf die Axonverzweigungen verstärkte. Ebenso entdeckten wir, dass SKMc15 in der Muskelregeneration eine sehr ähnliche Rolle wie der TIS7 erfüllt da alle physiologischen Parameter wesentlich stärker beeinflusst sind als in den TIS7 Singleknockout. Abschließend haben wir festgestellt, dass die TIS7 / SKMc15 Doppelknockoutmäuse ein markanten Phänotyp haben, im Besonderen, eine signifikante Reduktion des Gesamtkörpergewichts. Wurden diese Mäuse mit Hochfettdiät gefüttert nahmen sie weniger Gewicht zu und zeigten wesentlich weniger Fettdepots als die Kontrolltiere. Zusammenfassend lässt sich sagen dass wir mittels Analyse von TIS7 Single- und TIS7 /SKMc15 Doppelknockout Mäusen die regulatorische Funktion dieser Gene in der Muskel und neuronalen Regeneration bestätigten. Zusätzlich, identifizierten wir eine neue Rolle des TIS7 in der Regulation des Fettstoffwechsels. Mittels der Analyse der Genexpression in den neuronalen Zellen haben wir die Änderungen in der Expression des Eiweißstoffes CRABP II, der den Signalweg der Retionoid Säure beeinflusst, dargestellt.