title: Charakterisierung der physiologischen Rolle der neuronalen Regulatoren SOX21 und alpha-Synuclein in der melanozytären Entwicklung
Creators: name: Rachinger, Nicole
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 0
Subjects: subject: Melanozyt
subject: Melanom
subject: melanozytäre Entwicklung
subject: alpha-Synuclein
subject: SOX21
subject: DDC Classification::5 Naturwissenschaften und Mathematik :: 57 Biowissenschaften; Biologie :: 572 Biochemie

description: Melanozyten sind die pigmentgebenden Zellen der Haut. Sie sitzen in der Basalzellschicht und synthetisieren Melanin innerhalb vesikulärer Strukturen, den sogenannten Melanosomen, die an die umliegenden Keratinozyten abgegeben werden können. Dadurch wird die Haut natürlich vor UV-Strahlung und der Ausbildung eines Melanoms geschützt. Von embryologischer Seite betrachtet, entwickeln sich Melanozyten ähnlich wie neuronale Zellen aus der Neuralleiste. Für die spezifische Entwicklung wandern sie auf definierten Wegen aus der Neuralleiste aus. Neben der Migration über den dorsolateralen Weg, der zur Bildung von unpigmentierten Vorläufer-zellen, den Melanoblasten, führt, können sich Melanozyten, wie auch die peripheren Glia-Vorläuferzellen, über den ventralen Migrationsweg aus Schwannzell-Vorläuferzellen entwickeln. Damit sind neuronale Zellen und Melanozyten in ihrer Abstammungslinie bereits in der frühen Entwicklung miteinander verbunden. Bei der Auswertung von Genexpressions-analysen mit Fokus auf Differenzierungsfaktoren, kristallisierten sich SOX21 und alpha-Synuclein, überschneidend in neuronalen und epidermalen Zellen, als differentiell regulierte Gene heraus, weshalb ihre Rolle im epidermalen System weiterführend charakterisiert wurde. Zu Beginn der Dissertation wurde SOX21 zunächst als Modellgen verwendet, um einen methodischen Vergleich verschiedener Transkriptom-Analysen (cDNA Microarray, RNA Sequenzierung und quantitativer Echtzeit-PCR) durchzuführen. In der dazugehörigen Publikation wurden eigene und von anderen Arbeitsgruppen publizierte Datensätze zu cDNA Microarrays und RNA-Seq Analysen verwendet und die Genexpression von SOX21 und der zugehörigen Familie der SOX-Transkriptionsfaktoren miteinander verglichen. Die Ergebnisse wurden zusätzlich mit den Expressionsdaten aus der quantitativen Echtzeit-PCR von Melanom-Zelllinien abgeglichen. Dabei konnte deutlich gemacht werden, dass es trotz der vielen Vorteile, die neuartige Methoden wie die RNA-Seq bieten, wichtig ist, die experimentellen Settings genau zu kennen. Diese können gerade für die Detektion von gering exprimierten Genen, wie hier anhand von SOX21 veranschaulicht wurde, von besonderer Bedeutung sein. Als wichtige Einflussfaktoren wurden hier neben der Sequenzierungstiefe auch die Zugänglichkeit der RNA basierend auf der Faltung und der damit in Verbindung stehenden freien Energie der Sekundärstruktur identifiziert. Weiterführend wurde die Bedeutung von SOX21 auf molekularer Ebene untersucht. Während für den Transkriptionsfaktor bereits eine wichtige Rolle in der neuronalen Differenzierung und als Tumorsuppressor im Glioblastom beschrieben wurde, konnte in dieser Forschungsarbeit erstmalig die Rolle von SOX21 im melanozytären System charakterisiert werden. SOX21 folgt hier ebenfalls dem zellulären Differenzierungsstatus und wird durch den zentralen Transkriptionsfaktor MITF, der die Differenzierung von Melanozyten reguliert, beeinflusst. Zudem konnte anhand von viralen Transduktionen von SOX21 eine duale Rolle in Melanozyten und Melanomzellen aufgezeigt werden. Während die Induktion von SOX21 in seneszenten Melanozyten zur Aufhebung der Onkogen-induzierten Seneszenz führt und somit eine pro-tumorigene Eigenschaft besitzt, konnte in Melanomzellen eine negative Regulation der Zellproliferation und damit eine anti-tumorigene Wirkung nachgewiesen werden. Somit ähnelt die Funktion von SOX21 im Melanom der Funktion, die im Glioblastom beschrieben wurde. Zudem konnte gezeigt werden, dass die SOX21 Expression in Melanomzellen durch die epigenetischen Modifikationen der Methylierung und Acetylierung unterdrückt wird, was die vorherigen Daten der anti-tumorigenen Wirkung und tumor-supprimierende Rolle von SOX21 unterstützt. Insgesamt konnte in dieser Arbeit für SOX21 eine wichtige Rolle im Verlauf der melanozytären Differenzierung nachgewiesen und eine duale Funktion von SOX21 im epidermalen System identifiziert werden. Neben SOX21 wurde auch alpha-Synuclein als differenziell reguliertes Gen in der neuronalen Differenzierung beschrieben und folglich in dieser Arbeit im melanozytären System charakterisiert. Hier konnte eine Kongruenz der alpha-Synuclein Expression mit der zellulären Differenzierung, der MITF Expression und der BRAFV600E-induzierten Seneszenz nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte mittels Immunfluoreszenzfärbungen in der vorliegenden Dissertation gezeigt werden, dass der Knockdown von alpha-Synuclein zu einer maßgeblichen Veränderung der Morphologie der Melanozyten führt und zudem den Transport von reifen Melanosomen in die dendritischen Ausläufer der Primärzellen reguliert. Anhand weiterführender Analysen der Lichtstreuungsmessung, durchflusszytometrischer Analysen und Co-Kulturen aus Melanozyten und Keratinozyten konnte deutlich gemacht werden, dass neben dem Transport auch der Transfer von Melanosomen zu umliegenden Keratinozyten durch den alpha-Synuclein Knockdown herunterreguliert wird. Zusammenfassend konnte mit der dazugehörigen Publikation erstmals die Rolle von alpha-Synuclein beim Transport und Transfer von Melanosomen beschrieben werden, womit offensichtlich ist, dass alpha-Synuclein eine essentielle Funktion im natürlichen Schutz gegen die UV-Strahlung und bei der Melanom-Entstehung einnimmt. In einer abschließenden komparativen Analyse von SOX21 und alpha-Synuclein konnte weiterführend gezeigt werden, dass beide Moleküle nicht nur in vielen melanozytären Prozessen ähnlich reguliert sind, sondern auch eine Regulation von alpha-Synuclein durch SOX21 vorliegt. Zusammenfassend konnten in dieser Dissertation durch die molekulare Charakterisierung von SOX21 und alpha-Synuclein zwei bislang unbeachtete Moleküle im epidermalen System identifiziert werden, die in melanozytären Prozessen wie beispielsweise der Differenzierung und Seneszenz und auch bei der Entstehung des malignen Melanoms eine zentrale Rolle einnehmen.