Rolle des PAX5-JAK2 Onkoproteins bei der Entstehung von Leukämien

Die akute lymphoblastische Leukämie der B-Zelle (B-ALL) ist der häufigste Tumor bei Kindern. Trotz der guten Prognose leiden 15% der pädiatrischen Patienten an einem Rezidiv. Ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen, die für die Entstehung und den Verlauf dieser Krankheit verantwortlich sind, ist notwendig, um die gegenwärtigen Therapieansätze zu verbessern. Neuartige Genomsequenzierungsmethoden haben im letzten Jahrzehnt Mutationen in vielen Genen entdeckt, die eine wichtige Rolle bei der Leukämieentstehung spielen. Eines diese Gene kodiert für den Transkriptionsfaktor PAX5, der die Entwicklung der B-Zelle, einer Immunabwehrzelle, steuert, die für die Produktion von Antikörpern für die Bekämpfung von Infektionen verantwortlich ist. Interessanterweise hat ein Drittel aller B-ALL Tumore eine der zwei PAX5 Genekopien verloren, was auf eine wichtige Rolle von PAX5 als Suppressor der Leukämieentstehung hindeutet. Eine weitere Eigenschaft der B-ALL Tumore ist die häufige Entstehung von Chromosomentranslokationen, die zu Genfusionen führen, die für chimäre Transkriptionsfaktoren kodieren. Eine Untergruppe der B-ALL Tumore mit schlechter Prognose ist durch die PAX5-JAK2 Translokation charakterisiert, die einen neuartigen Transkriptionsfaktor entstehen lässt, bei dem die DNA-bindende Domäne von PAX5 an die katalytisch aktive Domäne der JAK2 Kinase gekoppelt ist. JAK2 aktiviert die Genexpression mittels Phosphorylierung der STAT Transkriptionsfaktoren oder des Kernproteins Histon H3, was zu Entstehung von aktivem Chromatin führt. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Erforschung, wie das PAX5-JAK2 Protein die Leukemieentwicklung steuert. Zu diesem Zwecke haben wir ein Mausmodel hergestellt, bei dem das PAX5-JAK2 Protein vom endogenen PAX5 Gen überschrieben wird. PAX5-JAK2-exprimierenden Mäuse entwickeln schnell einen aggressiven B-ALL Tumor und rekapitulieren somit die Rolle von PAX5-JAK2 bei menschlichen Leukämien. An Hand dieser Mäuse werden wir nun untersuchen, inwieweit PAX5-JAK2 die Leukämieentstehung durch die Aktivierung der JAK-STAT Sigaltransduktionskette oder Aktivierung des lokalen Chromatins an seinen Zielgenen steuert. Dazu werden wir die PAX5- JAK2-regulierten Zielgene mittels genomweiter Analyse der Geneexpression, PAX5-JAK2 Bindung und Chromatinveränderung identifizieren und charakterisieren. Durch CRISPR-Cas9- vermittelte Mutagenese werden wir die funktionelle Bedeutung der am besten gereihten Zielgene für die Leukämieentwicklung bestimmen. Mittels Geneexpressionsanalysen humaner + PAX5-JAK2 B-ALL Tumore werden wir untersuchen, inwieweit wichtige PAX5-JAK2 Zielgene, die im Maustumormodel entdeckt wurden, ebenfalls bei der menschlichen Krankheit dereguliert werden. Die Resultate dieser Experimente werden neue wichtige Erkenntnisse bezüglich der molekularen Funktion des PAX5-JAK2 Onkoproteins bei der Leukämieentstehung liefern und möglicherweise auf verbesserte Therapieansätze für die Tumorbehandlung hinweisen.

ROLLE DES PAX5-JAK2 ONKOPROTEINS BEI DER ENTSTEHUNG VON LEUKÄMIEN Die akute lymphoblastische Leukämie der B-Zelle (B-ALL) ist der häufigste Tumor bei Kindern. Trotz guter Prognose leiden 15% der pädiatrischen Patienten an einem Rezidiv. Ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen, die für die Entstehung und den Verlauf dieser Krankheit verantwortlich sind, ist notwendig, um die gegenwärtigen Therapieansätze zu verbessern. Neuartige Genomsequenzierungsmethoden haben im letzten Jahrzehnt Mutationen in vielen Genen entdeckt, die eine wichtige Rolle bei der Leukämieentstehung spielen. Eines diese Gene kodiert für den Transkriptionsfaktor PAX5, der die Entwicklung der B-Zelle steuert, die für die Produktion von Antikörpern zur Bekämpfung von Infektionen verantwortlich ist. Ein Drittel aller B-ALL Tumore hat eine der zwei PAX5 Genekopien verloren, was auf eine wichtige Rolle von PAX5 als Suppressor der Leukämieentstehung hindeutet. Eine weitere Eigenschaft der B-ALL Tumore ist die häufige Entstehung von Chromosomentranslokationen, die zu Genfusionen führen, die für chimäre Transkriptionsfaktoren kodieren. Eine Untergruppe der B-ALL Tumore mit schlechter Prognose ist durch die PAX5-JAK2 Translokation charakterisiert, die einen neuartigen Transkriptionsfaktor entstehen lässt, bei dem die DNA-bindende Domäne von PAX5 an die katalytisch aktive Domäne der JAK2 Kinase gekoppelt ist. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Erforschung, wie das PAX5-JAK2 Protein die Leukämieentwicklung steuert. Dazu haben wir ein Mausmodel hergestellt, bei dem das PAX5-JAK2 Protein vom endogenen PAX5 Gen überschrieben wird. PAX5-JAK2-exprimierenden Mäuse entwickeln schnell einen aggressiven B-ALL Tumor und rekapitulieren somit die Rolle von PAX5-JAK2 bei menschlichen Leukämien. Erstaunlicherweise exprimieren alle Tumore nur das PAX5-JAK2 Protein und nicht das normale PAX5 Protein, da das normale PAX5 Gen durch Mutation in den Tumorzellen eliminiert wird. Interessanterweise bindet das PAX5-JAK2 Protein effizient an seine DNA Bindungsstellen nur in der Abwesenheit des normalen PAX5 Proteins. Der hohe Selektionsdruck, das normale PAX5 Gen zu verlieren, deutet somit darauf hin, dass das PAX5-JAK2 Protein eine wichtige onkogene Funktion im Zellkern ausübt. Mutationsanalysen zeigten, dass diese onkogene Funktion durch die DNA-Bindungsdomäne von PAX5 sowie durch die Kinaseaktivität von JAK2 bestimmt wird. Wie molekulare Studien zeigten, kontrolliert PAX5-JAK2 die Genexpression indirekt durch Phosphorylierung und Aktivierung des Transkriptionsfaktors STAT5 im Kern der Tumorzellen. Somit steuert PAX5-JAK2 zur Leukämieentwicklung bei, indem es die Phosphorylierung von STAT5 im Zellkern aufrechterhält. Interessanterweise wird die Leukämieentwicklung durch Behandlung der PAX5-JAK2-exprimierenden Mäusen mit dem klinisch zugelassenen JAK2 Kinaseinhibitor Ruxolitinib stark verzögert. Diese Daten deuten darauf hin, dass Patienten mit einer PAX5-JAK2+ Leukämie von einer Behandlung mit JAK2 Kinaseinhibitoren profitieren könnten.