The transcriptional cofactor MEIS2 as target of extrinsic inputs from the SVZ stem cell niche
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Final Report Abstract
Auch wenn viele der Faktoren, die die Entwicklung des Zentralnervensystems während der Embryogenese von Säugern steuern, auch an der Bildung neuer Nervenzellen in den Stammzellnischen des erwachsenen Gehirns beteiligt sind, unterscheiden sich beide Formen der Neurogenese in einem Punkt doch grundsätzlich: Während die Entstehung von Neuronen im embryonalen Gehirn einem festen Programm folgt und weitgehend ohne Signale von außerhalb des Embryos abläuft, ist die Bildung neuer Nervenzellen im erwachsenen Gehirn von äußeren Einflüssen abhängig und spiegelt damit im weitesten Sinne den physiologischen Zustand des Individuums wider. Vorrausgegangene Arbeiten unserer Gruppe hatten gezeigt, dass der atypische Transkriptionsfaktor MEIS2 eine wichtige Rolle bei der Neurogenese in der SVZ Stammzellnische adulter Mäuse spielt. Ziel des geförderten Versuchsvorhabens war deswegen zu klären, ob und wie MEIS2 dabei an die vorherrschenden Bedürfnisse der Stammzellnische angepasst wird. Unser Vorgehen war dabei zweigeteilt. Im ersten Teil des Projekts untersuchten wir MEIS2 zunächst mittels massenspektrometrischer Analysen auf das Vorhandensein von posttranslationalen Modifikationen und konnten eine Monomethylierung an einem konservierten Arginin und Phosphorylierung an Serin‐ und Threoninresten nachweisen. Wir konnten anschließend zeigen, dass die Argininmethylierung (R174) eine Stelle im MEIS2 Protein betrifft, an die sowohl der Kernexportrezeptor CRM1 als auch der obligatorische Dimerisierungspartner von MEIS2, PBX1, binden. Akkumulation des MEIS2 Proteins im Zellkern wird dabei durch konkurrierende Assoziation von CRM1 oder PBX1 mit dieser Position gesteuert, wobei eine Methylierung an R174 die Bindung von MEIS2 an PBX1 begünstigt und Bindung an CRM1 hemmt. Methylierung und Kerntransport von MEIS2 werden dabei durch Signaltransduktion durch den EGF‐Rezeptor gehemmt und sind limitierende Faktoren für neuronale Differenzierung von adulten SVZ Vorläuferzellen. Im zweiten Teil des Projekts untersuchten wir die Proteinstabilität von MEIS2 in adulten Vorläuferzellen und jungen Neuronen der SVZ. Hier zeigte sich, dass MEIS2 in undifferenzierten Zellen deutlich weniger stabil ist als in Neuronen. Dies konnten wir der Aktivität der Kalzium‐abhängigen Serinprotease Calpain 2 (CAPN2) zuschreiben. Wir identifizierten eine Reihe von möglichen Phosphorylierungsstellen in MEIS2, deren Phosphorylierungsstatus die Sensitivität von MEIS2 gegenüber CAPN2 bestimmen. Für funktionelle Studien wandten wir uns Glioblastoma multiforme (GBM) zu, da experimentelle Studien im Tiermodell sowie Sequenzierungsstudien von Patientenbiopsien darauf hindeuten, dass Stamm‐ oder Progenitorzellen der SVZ eine wichtige Quelle für GBM sind. In der Tat zeigten Aktivitätsmessungen eine besonders hohe Calpainaktivität in GBM Zellen und pharmakologische Inhibitorexperimente legten eine Rolle für Calpaine beim GBM nahe. Diesen Befund verfolgen wir momentan mit weiteren in vitro und in vivo Experimenten.
Publications
- Arginin‐methylation regulates MEIS2 subcellular localization to modulate neuronal differentiation of adult SVZ progenitors. Stem Cell Reports (2018), 10(4):1184‐1192
Kolb J, Anders‐Maurer M, Müller T, Kallenborn‐Gerhardt W, Hau AC, Grebbin BM, Behrends C, Schulte D
(See online at https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2018.03.010) - Tumorigenic and anti‐proliferative properties of the TALE‐transcription factors MEIS2D and MEIS2A in neuroblastoma. Cancer Research (2018), 78(8):1935‐1947
Groß A, Schulz C, Kolb J, Koster J, Wehner S, Czaplinski S, Khilan A, Rohrer H, Harter PN, Klingebiel T, Langer JD, Geerts D, Schulte D
(See online at https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-17-1860)
