Rolle von PAX5 bei der Entstehung von B-Zelltumoren

Chromosomale Translokationen sind häufig an der Entstehung von Tumoren des Blutsystems beteiligt, indem sie Onkogene aktivieren, die die Differenzierung, Proliferation und das Überleben hämatopoietischer Zellen steuern. Translokationen verändern sehr oft Transkriptionsfaktorgene, die wichtige Aspekte der Hämatopoiese regulieren. PAX5 ist eines dieser Gene, das mittels Translokationen an der Entstehung von zwei verschiedenen B-Zelltumoren beteiligt ist. Unter normalen physiologischen Bedingungen spielt der B-Zellspezifische Transkriptionsfaktor Pax5 eine wichige Rolle bei der Determinierung, Entwicklung, Funktion und Identität der B-Zellen, wie wir in früheren Forschungsarbeiten gezeigen konnten. Die akute lymphoblastische B-Zelleukämie (B-ALL) ist der häufigste Tumor im Kindesalter. Ein Teil dieser Leukämien enthalten Translokationen, die zur Bildung von neuen Transkriptionsfaktoren mittels Fusion der N-terminalen DNA-bindenden Domäne von Pax5 an C-terminale Sequenzen verschiedener Partnerprotein führen. Vermutlich sind diese neuen Transkriptionsfaktoren an der Tumorentstehung beteiligt, indem sie die normale Funktion des vom zweiten, intakten Allele exprimierten Pax5 Proteins stören. Eine Subfamilie von B-Zell Non-Hodgkin-Lymphomen (B-NHL) wird durch die IGH-PAX5 Translokation charakterisiert, die für die Überexpression von Pax5 in reifen B-Zellen verantwortlich ist, indem sie das PAX5 Gen unter die Kontrolle starker Regulationselements des Immunoglobulinschwerekettegens (IGH) bringt. Das Ziel dieses Forschungsantrages ist es, die onkogene Rolle von Pax5 in transgenen Mäusmodellen zu studieren, in denen B-ALL und B-NHL Translokationen durch Insertion in den Pax5 oder Igh Lokus der Maus auf konditionelle Weise rekonstruiert werden. Mittels molekularer, zellulärer und histologischer Analysen werden wir folgenden Fragen nachgehen: (1) Stören die Pax5 Translokationsallele nach konditioneller Aktivierung die B- Zellentwicklung? (2) Welche molekularen Funktionen des normalen Pax5 Proteins werden durch die Pax5 Translokationen beinträchtigt? (3) Verursachen die Pax5 Lokationen Leukämien oder Lymphome nach Langzeitaktivierung in der Maus? (4) Welche Onkogene oder Tumorsuppressorgene kooperieren mit den Pax5 Translokationen bei der Tumorentstehung? Experimentelle Antworten auf diese Fragen werden wichtige molekulare Einsichten liefern, wie die Deregulierung der Pax5 Expression oder Funktion die normale B- Zellentwicklung beeinträchtigt und zur Tumorbildung beiträgt.

Die akute lymphatische Leukämie des B-Zelltyps (B-ALL) ist die häufigste Krebserkrankung im Kindesalter. Eines der am meisten mutierten Gene in B-ALL ist das PAX5 Gen (> 30%), welches für einen wichtigen Transkriptionsfaktor der B-Zellentwicklung kodiert. Ungefähr 2.5% aller B-ALL Tumore enthalten eine PAX5 Translokation, die für ein PAX5 Fusionsprotein kodiert, welches aus dem N-terminal Teil von PAX5 und den C-terminalen Sequenzen verschiedener Partnerproteine, wie zum Beispiel des Transkriptionsfaktors ETV6 oder FOXP1, besteht. Da alle leukämischen Zellen ein normales PAX5 Allel zusätzlich zur PAX5 Translokation enthalten, wird vermutet, dass das PAX5 Fusionsprotein zur Leukämie beisteuert, indem es die Funktion des normal PAX5 Proteins stört. In diesem Forschungs-projekt haben wir die krebsverursachende Funktion zweier PAX5 Translokationen in B-ALL studiert, indem wir Kock-in Mäuse hergestellt haben, die das PAX5-ETV6 oder PAX5-FOXP1 Fusionsprotein vom endogenen Pax5 Lokus exprimieren. Wie in B-ALL Tumoren ist die B-Zellentwicklung an einem frühen Stadium in den Pax5Etv6/+ und Pax5Foxp1/+ Mäusen arretiert. Da die Pax5 Fusionsproteine eine veränderte DNA-Bindungsspezifität besitzen und somit mehr regulatorische DNA-Sequenzen im Genom als Pax5 erkennen können, ist die Expression vieler Gene dereguliert, was den frühen Entwicklungsblock der Knock-in Mäuse erklären kann. In menschlichen B-ALL Tumoren ist häufig ein Allel oder beide Allele der benachbarten CDKN2A und CDKN2B Gene deletiert, welche für wichtige Tumorsuppressor-proteine kodieren, die die Zellproliferation steuern. Dieser Befund deutet daraufhin, dass die Deletion der CDKN2A/B Gene mit PAX5 Translokationen bei der Tumorentstehung kooperieren könnte. In der Tat sind die Pax5Etv6/+ Cdkna2ab+/ Mäuse eine gutes Mausleukämiemodell, da die doppelt-mutanten Mäuse im Gegensatz zu den Pax5Etv6/+ oder Cdkna2ab+/ Mäusen schnell an B-ALL erkranken. Zurzeit vergleichen wir die Pax5-Etv6-spezifischen Genexpressionsänderungen zwischen den Pax5Etv6/+ Cdkna2ab+/ Maustumoren und den menschlichen PAX5-ETV6-positiven B-ALLs mittels genomweiter RNA-Sequenzierung und werden dadurch die gemeinsamen Zielgene identifizieren, die für die krebserzeugenden Funktion des PAX5-ETV6 Proteins verantwortlich sind. Dieses FWF-Projekt hat neue wichtige Erkenntnisse bezüglich der Funktion der PAX5 Translokationen bei der Leukämieentstehung geliefert und bildet die Basis für die Identifizierung wichtiger Zielgene, die als Ansatz für eine mögliche Intervention bei der B-ALL Tumorentwicklung verwendet werden können.