Evolution der Runt-Gene mit Fokus auf die Skelettbildung und T-Zellentwicklung
Creators: name: Seitz, Volkhard
Publisher: name: Charité - Universitätsmedizin Berlin
Year: 2021
Subjects: subject: evolution
subject: T-cell receptor
subject: T cells
subject: ETV6-RUNX1 ALL
subject: Runx1
subject: Runx2
subject: Runx3
subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit

description: Das Ziel dieser Arbeit war, die Evolution der Runt-Gene in der Stammesgeschichte der Chordata zu rekonstruieren, sowie die Runt-Genfunktion bei der Skelettbildung und T-Zellentwicklung besser zu verstehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass in der Stammart der Chordata nur ein Runt-Gen vorhanden war und der Runt-Lokus in der Evolution der Vertebraten tripliziert wurde. Beim Lanzettfischchen als Vertreter der Chordata mit ursprünglichen Merkmalen war ein molekulares Netzwerk für Skelettbildung, unter Beteiligung von SoxE, Hedgehog- und Runt-Genen, im Kiemendarm exprimiert. Dieses molekulare Netzwerk wurde in der Evolution der Vertebraten nach Genduplikationen diversifiziert und diente als molekulares Entwicklungsmodul für Knorpel, Knochen, Placoidschuppen und Zähne. In diesem Netzwerk ist Runx2 essentiell für die Knochenbildung und im Rahmen dieser Habilitation konnten durch ein Expressionsscreening in einem Runx2-Knockout Mausmodell bereits bekannte und neue Transkripte mit Relevanz für die Knochenbildung entdeckt werden. Für eines dieser Gene mit damals unbekannter Funktion, TMEM119 (Transmembrane Protein 119) wurde inzwischen eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von Osteoblasten beschrieben. Des Weiteren wurde die Bedeutung von Runx1 in der T-Zellentwicklung anhand eines Runx1-Knockout Mausmodells erforscht. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Hochdurchsatzsequenzierung von TCR-Genumlagerungen. Zur zuverlässigen Herstellung der Amplikon-Libraries wurde eine zweistufige PCR-Methodik entwickelt, welche durch einen eingebauten Kontaminationsschutz Kreuzkontaminationen von der ersten zur zweiten PCR-Stufe verhindert. Unsere Analysen zeigten, dass aufgrund des Runx1-Knockouts TCR-Genumlagerung nur in sehr reduziertem Umfang stattfanden und wir konnten Veränderungen der V(D)J-Struktur nachweisen. Die T-Zellentwicklung war stark reduziert und die Thymusstruktur (Cortex und Medulla) ging verloren. Weiterhin konnten wir zeigen, dass Runx1 an Runx1-Bindungsstellen an der Initiationsstelle der TCR-Genumlagerungen bindet. Zusammen mit publizierten Daten, die eine direkte Bindung von Runx1 an das Rekombinations-aktivierende Protein 1 in sich entwickelnden T-Zellen zeigten, spricht dies dafür, dass Runx1 neben der Rolle als Transkriptionsfaktor auch eine Rolle als Rekombinase-Kofaktor hat. Unsere Analysen sprechen weiterhin dafür, dass RUNX1 nicht nur bei TCR-Genumlagerungen (physiologischen Deletionen), sondern auch bei pathologischen Deletionen als Rekombinase-Kofaktor beteiligt ist. Denn RUNX1-Bindungsstellen sind an rekurrenten Deletionsrändern bei der ALL mit einer ETV6-RUNX1 Translokation signifikant angereichert und wir konnten zeigen, dass eine RUNX1-Bindungsstelle im CDKN2A/B Bruchpunkt funktionell relevant ist. Dies zeigt, dass Mechanismen wie TCR-Genumlagerungen, welche in der Evolution der Vertebraten zu einem sehr effektiven Immunsystem führten, bei einer fehlgeleiteten Rekombinationsmaschinerie Risiken mit sich bringen, z.B. bei der Entstehung von pathologischen Deletionen bei der ETV6-RUNX1 ALL.