PAX5 chimäre Proteine in der Pathogenese von Leukämien

Der potente Transkriptionsfaktor PAX5 kontrolliert die Entwicklung von B-Zellen und ist in der B Zell-Vorläufer akuten lymphoblastischen Leukämie eines der am häufigsten durch Mutationen betroffenen Gene. Diese Mutationen umfassen Deletionen, Punktmutationen und von besonderer Wichtigkeit auch Genrearrangements, die zur Expression von Fusionstranskripten führen. Die daraus resultierenden chimären Proteine sind potentiell abnorme transdominante Transkriptionsfaktoren, die wahrscheinlich eine antagonistische Wirkung zur normalen Funktion von PAX5 haben. Dabei ist bemerkenswert, dass PAX5 mit einer Vielzahl von Partnergenen wie anderen Transkriptionsfaktoren, Strukturproteinen und der Tyrosinkinase JAK2 fusionieren kann. Derzeit konzentriert sich die Erforschung der funktionellen Auswirkungen dieser PAX5 Chimären auf die Expressionsanalyse von einigen wenigen direkten PAX5 Zielgenen. PAX5 reguliert jedoch annähernd 300 Gene, und die außerordentlich unterschiedlichen Funktionen der Partnerproteine legen Nahe, dass diese einen Einfluss auf die Expression der Zielgene haben oder diese zumindest modulieren. Überdies ist weitgehend ungeklärt, ob alle PAX5 Genfusionen tatsächlich für abnorme Transkriptionsfaktoren kodieren, die einen Einfluss auf die Expression von PAX5 Zielgenen haben. Daher ist es unser Ziel durch eine umfassende Herangehensweise den Beitrag von chimären PAX5 Proteinen zur Pathogenese von B-Zell-Vorläufer Leukämien zu ergründen. Wir wollen den globalen Einfluss von PAX5 Fusionsproteinen auf das nachfolgende transkriptionelle Netzwerk untersuchen und analysieren, ob die Funktion der unterschiedlichen Proteinchimären in distinkten oder konvergenten Expressionssignaturen resultiert. Mittels Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP) und ElectroMobility Shift Assays (EMSA) werden wir der Frage nachgehen, ob alle PAX5 chimären Fusionsproteine tatsächlich die Fähigkeit haben zumindest an einige endogene PAX5 Zielgen Promotorsequenzen zu binden und somit zur Deregulation der betroffenen Gene führen können. Weiters werden wir durch globale Genexpressionsanalysen der Hypothese nachgehen, ob die verschiedenen Domänen, die von den Partnerproteinen beigesteuert werden einen modulierenden Effekt haben. Um die Relevanz der in vitro generierten Daten zu verifizieren, werden wir die differentielle Genexpression mit quantitativen Methoden in primären leukämischen Zellen validieren. Insgesamt erwarten wir uns von diesen Untersuchungen ein besseres Verständnis wie chimäre PAX5 Proteine zur Entwicklung von B-Zell-Vorläufer Leukämien beitragen und neue Erkenntnisse über die Funktion von PAX5 in der humanen B-Zell Entwicklung.

Die B-Zell akute lymphatische Leukämie (B-ALL) ist die häufigste Krebserkrankung im Kindes- und Jugendalter. Bei Tumoren des Blutsystems sind oft Gene, welche wichtige Aspekte der Blutentwicklung steuern, genetisch verändert. Der Transkriptionsfaktor PAX5, ein zentraler Regulator, der ein B-Zell-spezifisches Entwicklungsprogramm anwirft und gleichzeitig andere Entwicklungswege unterdrückt und eine wichtige Rolle bei der Determinierung, Entwicklung, Funktion und Identität der B-Zellen spielt, ist eines der am häufigsten von genetischen Veränderungen betroffenen Gene. In 2-3% der B-ALL führen Genumlagerungen zur Expression von Fusionsproteinen (Chimären), wobei PAX5 jeweils mit einem von zahlreichen in ihrer Funktion sehr unterschiedlichen, Partnerproteinen fusioniert. Ziel dieses Projektes war es zu erforschen, ob alle PAX5 Fusionen die gleichen Charakteristika aufweisen oder ob das Partnerprotein einen Einfluss auf die molekulare Funktion der individuellen Fusionsproteine hat. Einerseits konnte gezeigt werden, dass PAX5 Chimären einige Eigenschaften gemeinsam haben: unabhängig vom Partnerprotein sind alle im Zellkern lokalisiert und können an DNA binden, was Grundvorrausetzungen sind, um als veränderte Transkriptionsfaktoren fungieren zu können. Andererseits weisen PAX5 Chimären auch unterschiedliche Charakteristika auf: nur einige können mit sich selbst oder mit dem unveränderten Partnerprotein in Wechselwirkung treten. Die Interaktion mit dem unveränderten Partnerprotein deutet darauf hin, dass sowohl die Funktion von PAX5 als auch die des Fusionspartners beeinträchtigt sein kann. Die Erstellung von globalen Genexpressionsprofilen primärer Leukämiezellen, welche unterschiedlichen PAX5 Chimären aufweisen, lieferte weitere Hinweise darauf, dass das Partnerprotein einen Einfluss auf die Wirkungsweise der unterschiedlichen PAX5 Fusionsproteine hat. Weiters konnten wir zeigen, dass die PAX5-JAK2 Fusion sowohl den JAK-STAT Signalweg konstitutive aktiviert als auch PAX5 regulierte Gene beeinflusst und somit eine duale Wirkung hat. Außerdem unterscheidet sich der Mechanismus durch den PAX5-JAK2 den JAK-STAT Signalweg aktiviert grundsätzlich vom dem kanonischen Weg durch den JAK2 diese Kaskade in normalen Zellen in Gang setzt. Wir konnten nachweisen, dass im Gegensatz zu JAK2, das sich im Zellplasma befindet, PAX5-JAK2 ausschließlich im Zellkern lokalisiert ist. Wichtig ist auch, dass die Funktion von PAX5-JAK2 durch spezielle Inhibitoren blockiert werden kann, wodurch sich neue therapeutische Ansätze ergeben könnten. Insgesamt konnten wir durch dieses Forschungsprojekt unsere Hypothese untermauern, dass das PAX5 Partnerprotein eine modulierende Rolle in der Wirkungsweise der unterschiedlichen PAX5 Chimären hat, und konsequenterweise die Entstehung der entsprechenden Leukämien mit großer Wahrscheinlichkeit unterschiedlich verläuft.