Modulation der ATRA-regulierten Transkription durch EVI1

Das EVI1 (ecotropic virus integration site 1)-Gen spielt einerseits in der normalen Entwicklung vieler Organe, z.B. des Nervensystems, eine wichtige Rolle, andererseits trägt es aber auch als Onkogen zur Entstehung und zur besonderen Aggressivität bestimmter Arten von Leukämien und soliden Tumoren bei. Das von EVI1 kodierte Protein weist verschiedene Eigenschaften auf, die für Transkriptionsfaktoren, also Proteine, die die Expression anderer Gene beeinflussen, charakteristisch sind. Trotzdem ist nur wenig über EVI1-regulierte Gene, sei es im Kontext der Tumorenstehung oder der normalen Entwicklung, bekannt. Zudem wurde bis jetzt nur ein einziges physiologisches Agens identifiziert, das seinerseits die Expression des EVI1-Gens steuert: all-trans Retinsäure (ATRA), die die Differenzierung vieler Zelltypen, unter anderem die von neuronalen und hämatopoietischen Zellen, fördert, bewirkt eine erhöhte Expression von EVI1. In vorangegangenen Arbeiten haben wir den Mechanismus untersucht, durch den ATRA die Expression von EVI1 induziert. Als Modellsystem hierfür diente die menschliche Teratokarzinom-Zelllinie NTERA-2, die unter dem Einfluß von ATRA ein neuronales Differenzierungsprogramm durchläuft. Im Zuge dieser Experimente fanden wir, daß EVI1 seiner eigenen Induktion durch ATRA entgegenwirkt, und damit deren Ausmaß beschränkt, während es die Induktion eines anderen ATRA-regulierten Gens, nämlich des Retinsäurerezeptor ß (RARß)-Gens, verstärkt. Das letztere Ergebnis konnte in der menschlichen Leukämiezelllinie U937T bestätigt werden. Im Rahmen des vorgelegten Projekts soll nun zunächst untersucht werden, ob EVI1 in einem allgemeineren Sinn als Modulator der Regulation durch ATRA wirkt; d.h., ob es außer seinem eigenen und dem RARß-Gen auch die Induktion eines Teils der anderen, über 500 bekannten, ATRA-regulierten Gene verstärkt oder abschwächt. Weiters planen wir, die Mechanismen abzuklären, durch die EVI1 die Regulation durch ATRA beeinflußt. Dazu werden wir untersuchen, ob diese Effekte mit einer Bindung von EVI1 an DNA und/oder an die die ATRA-Regulation vermittelnden Transkriptionsfaktoren RAR und RXR einhergehen; welche Auswirkungen EVI1 auf die Assoziation von Transkriptions-Kofaktoren mit seinem eigenen und dem RARß-Promoter hat; wie in der Folge posttranslationale Modifikationen von Histonen und evtl. auch von RAR und RXR selbst verändert werden; und ob und wie EVI1 die Assoziation der basalen Transkriptionsmaschinerie mit ATRA-regulierten, EVI1-modifizierten Promotoren beeinflußt. Diese Studien werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der bisher wenig untersuchten Mechanismen, durch die EVI1 die normale Entwicklung beeinflußt, leisten, sowie unser Wissen über die Rolle von EVI1 in der normalen Hämatopoiese und in der Leukämieentstehung vergrößern. Zudem werden sie eine neue Facette der bereits intensiv untersuchten Genregulation durch ATRA enthüllen: obwohl bereits bekannt ist, dass andere sequenzspezifische Transkriptionsfaktoren ATRA-induzierte Transkription stimulieren oder reprimieren können, ist EVI1 einzigartig in dem Sinn, daß es in Abhängigkeit vom Promoterkontext sowohl den einen als auch den anderen Effekt haben kann.

Das "Ecotropic Viral Integration site 1" (EVI1)-Gen kodiert für einen Transkriptionsfaktor, d.i. ein Protein, das die Aktivität ("Expression") anderer Gene reguliert. Eine pathologische Überaktivität von EVI1 trägt zur Entstehung bestimmter Leukämien mit einem besonders aggressiven Krankheitsverlauf bei. Wie alle Krebsgene hat EVI1 aber auch physiologische Funktionen im gesunden Organismus und spielt im blutbildenden System sowie in verschiedenen Entwicklungsprozessen eine Rolle.all-trans Retinsäure (ATRA) ist ein von Vitamin A abgeleitetes Molekül, das eine Vielzahl körpereigener Prozesse beeinflusst. Unter anderem fördert es die Ausreifung (Differenzierung) bestimmter Arten von Blutzellen, weswegen es auch in der Therapie einer Untergruppe von Leukämien eingesetzt wird. Auch ATRA wirkt primär, indem es die Expression bestimmter Zielgene verändert. Dies geschieht durch Bindung an einen spezifischen Rezeptor, der seinerseits an die regulatorischen Abschnitte dieser Gene bindet und dort als Transkriptionsfaktor wirkt.Vorangegangene Arbeiten aus dem Labor der Projektleiterin hatten gezeigt, dass EVI1 die Genregulation durch ATRA sowohl in positiver als auch in negativer Weise beeinflussen kann, wobei jeder dieser Modi jeweils nur für ein Gen beobachtet worden war. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden folgende Ziele für Projekt P21401 definiert: 1) mittels geeigneter Methoden unter allen bekannten menschlichen Genen solche zu identifizieren, die eine durch EVI1 positiv oder negativ beeinflusste ATRA-Regulation zeigen und 2) den molekularen Mechanismus hinter dieser Art der Genregulation aufzuklären.Tatsächlich wurde eine beträchtliche Anzahl von Genen mit einer durch EVI1 modulierten ATRA-Regulation gefunden. Interessanterweise verstärkte EVI1 den Effekt von ATRA in der allergrößten Mehrzahl der Fälle, und der ursprünglich ebenfalls beobachtete negative Einfluss von EVI1 auf diesen Prozess war nur in sehr seltenen Fällen gegeben. Daraus ergab sich eine dritte, über die ursprüngliche Planung hinausgehende Fragestellung, nämlich, ob EVI1 auch zellbiologische Reaktionen auf ATRA beeinflussen kann. Entsprechende Experimente zeigten, dass dies in der Tat der Fall ist: EVI1 verstärkte die Effekte von ATRA auf Zellteilung, Differenzierung und Zelltod. Weiters konnte nachgewiesen werden, dass eines der von EVI1 und ATRA in synergistischer Weise regulierten Gene in ursächlicher Weise zu diesen zellbiologischen Vorgängen beitrug. Auch über den Mechanismus der Kooperation von EVI1 und ATRA in Bezug auf die Genregulation konnte Aufschluss erhalten werden: EVI1 scheint die Wechselwirkung zwischen dem Retinsäurerezeptor und einem seiner für die Regulation der Genexpression relevaten Kofaktoren zu stimulieren. Insgesamt könnten die im Laufe des Projekts erhaltenen Ergebnisse für die Therapie bestimmter Leukämieformen relevant sein.