Geschlechtsspezifische Unterschiede der H3K27 Demethylasen UTX (KDM6A) und UTY (KDM6C) und ihre Funktion in der Hämatopoese

• Antragsteller: Professor Dr. Konstantinos Anastassiadis
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432655278

Epigenetische Regulatoren einschließlich der Histon -Methyltransferasen und -Demethylasen haben einen wichtigen Anteil an der Hämatopoese. Via konditioneller Mutagenese in Mäusen konnten wir und andere zeigen, dass die Histon 3 Lysin 27 (H3K27) Demethylase UTX (KDM6A) - lokalisiert auf dem X Chromosom - essentiell in der Embryonalentwicklung und der Hämatopoese von adulten weiblichen Tieren ist. Utx ist eines der wenigen Gene, die der X Chromosom Inaktivierung entgehen und daher exprimieren weibliche Tiere beide Utx Allele. In männlichen Tieren wird zusätzlich das Utx Paralog Uty von dem Y Chromosom exprimiert, so dass hier eine hemizygote Situation Utx/Uty vorliegt. Publizierte Daten zeigen, dass UTY eine signifikant reduzierte Demethylase-Aktivität verglichen mit UTX hat, welche geschlechtsspezifische Unterschiede verursachen kann. Ein weiterer Unterschied zwischen UTX und UTY betrifft die höhere Mutationsrate von UTX bei Krebserkrankungen. Männliche Utx-mutiert/Uty-wt Mausembryonen weisen einen heterozygoten Phänotyp auf, der in weiblichen Utx-mutiert/Utx-wt oder männlichen Uty-mutiert/Utx-wt Embryonen nicht auftritt, was darauf schließen lässt, dass UTY nicht vollständig UTX in der Entwicklung ersetzen kann. Ungleiche Demethylase-Aktivitäten könnten für die Unterschiede zwischen UTX und UTY verantwortlich sein. Allerdings wurden UTX Funktionen beschrieben für die enzymatische Aktivität nicht erforderlich ist. Um die Unterschiede zwischen UTX und UTY besser zu verstehen, werden wir deren Funktionen in der Homöostase der hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen (HSPC) untersuchen. Mittels konditioneller Mutagenese der Utx und Uty loxP Allele werden wir Transplantationsexperimente und Transkriptomanalysen zur Identifikation von Zielgenen durchführen. Zur Ermittlung Demethylase-abhängiger versus -unabhängiger Funktionen werden wir konditionelle Utx und Uty murine embryonale Stammzellen (mESC), die zusätzlich mittels BAC Transgenese Punktmutationen in der Demethylasedomäne tragen, in hämatopoetische Zellen differenzieren. Zusätzlich werden wir diese Experimente auch an immortalisierten HSPCs durchführen. Nach jüngsten Prognosen liegen die UTX/UTY Proteinkomplexe als Dimer vor und daher vermuten wir, dass männliche Zellen drei Sorten von Komplexen (UTY/UTY; UTY/UTX und UTX/UTX) aufweisen können während weibliche Zellen nur über einen Komplex verfügen (UTX/UTX). Entsprechende Proteom Analysen mittels Massenspektrometrie an mESCs sind geplant. Dieses Forschungsvorhaben wird neue Erkenntnisse zur epigenetischen UTX/UTY Regulation im Allgemeinen und zur murinen HSPC Homöostase im Speziellen liefern. Das Projekt wird auf unseren Arbeiten zum Netzwerk der Histon 3 Lysin 4 Methyltransferasen in der Hämatopoese aufbauen und diese komplementieren. Zusätzlich hoffen wir Aufschluss über die molekulare Basis der geschlechtsspezifischen Unterschiede geben zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen