Forschungsaktivitäten des Labors für Genregulation - Mononuclear Phagocyte Biology

Genomweiter Nachweis von Genen mit fehlregulierter DNA-Methylierung

verantwortlich:           PD Dr. Michael Rehli
beteiligt:                    Claudia Gebhard, Elmar Schilling
Förderung:                Deutsche Krebshilfe

Die Methylierung der Base Cytosin in genomischer DNA ist ein wichtiger epigenetischer Mechanismus zur Kontrolle der transkriptionellen Aktivität menschlicher Zellen. Methylierte Cytosine in regulatorischen Regionen eines Gens vermitteln häufig seine Inaktivierung und agieren somit als "An"- bzw. "Aus"-Schalter. Dieses Phänomen sorgt für eine individuelle und geregelte Übersetzung der Erbinformation. Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass DNA‑Methylierungsmuster in Krebszellen spezifisch ausgebildet werden, das heißt verschiedene Tumortypen bilden jeweils charakteristische DNA‑Methylierungsmuster aus. Die Umkehrung normaler DNA‑Methylierungsmuster die bei der Tumorentstehung beobachtet wird, kann dabei zur abnormalen Repression (oder Aktivierung) von Genen führen und Tumorwachstum initiieren und fördern. Um die Bedeutung dieser krankheitsabhängigen Veränderungen optimal einschätzen zu können , müssen zunächst relevante ‚Markergene’ (oder Biomarker) identifiziert werden. Sind die unterschiedlich methylierten Cytosine einer Krankheit erst bekannt, ermöglichen sie einerseits eine frühe Diagnose, andererseits auch eine molekulare Klassifikation einer Krankheit. Daneben könnte es möglich sein , das Ansprechen eines Patienten auf eine bestimmte Behandlung vorherzusagen. Die Ermittlung solcher Markergene setzt wiederum voraus, dass man Methoden zur Hand hat, die Veränderungen von DNA‑Methylierungsmustern im gesamten menschlichen Genom detektieren können. Bislang stützen sich die meisten Studien auf eine relativ kleine Gruppe von Genen, von denen in den meisten Fällen unklar ist, ob sie überhaupt relevante Markergene darstellen. In diesem Projekt entwickeln wir neuartige Technologieplattformen die zum unvoreingenommenen, globalen Nachweis der genomischen CpG-Methylierung oder auch zum sensitiven Einzelgennachweis eingesetzt werden können. Die Weiterentwicklung und Anwendung dieser Technologien soll die rasche Identifizierung krankheitsrelevanter Methylierungsmarker ermöglichen und zur Entwicklung diagnostischer und pharmakodiagnostischer Produkte nutzbar sein.

Charakterisierung von reifungsassoziierten, makrophagenspezifisch exprimierten Genen und Analyse ihrer Expressionsregulierung

verantwortlich:           PD Dr. Michael Rehli
beteiligt:                    Thu-Hang Pham
Förderung:                DFG

Die Reifung von Blutmonozyten zu Makrophagen ist ein bislang wenig verstandener, einzigartiger Prozess, der sich im Allgemeinen ohne Zellteilung vollzieht und mit einer Vielzahl phänotypischer und funktioneller Veränderungen einhergeht. Wir versuchen diesen Reifungsprozess durch die molekulare Charakterisierung von Modellgenen (CHI3L1, CHIT1) besser zu verstehen, die streng reifungsassoziiert in humanen Makrophagen exprimiert werden. Die von uns bereits durchgeführten, detaillierten molekularbiologischen Untersuchungen der proximalen Promotoren dieser beiden Gene wurden inzwischen auf weitere, möglicherweise regulatorische Bereiche der beiden benachbarten Loci ausgedehnt. Wir möchten in diesem Projekt mit Hilfe moderner molekularbiologischer Methoden die Ereignisse und mögliche regulatorische Mechanismen (z.B. Veränderungen der Chromatinstruktur, Rolle und Interaktion proximaler und distaler regulatorischer Elemente, epigenetische Veränderungen) im zeitlichen Verlauf weiter analysieren, die letztendlich zur geregelten Expression der beiden Genloci während der Reifung von Makrophagen führen. Wir hoffen durch die Untersuchung dieser Modellgene genregulatorische Mechanismen von allgemeiner Bedeutung für die Reifung von mononukleären Phagozyten aufdecken zu können.

Transkriptionelle Regulierung der alternativen Makrophagenaktivierung

verantwortlich:          PD Dr. Michael Rehli
beteiligt:                   Carol El Chartouni

Kollaboration:           Prof. Michael Lohoff (Marburg),
                               Prof. Reshma Taneja (New York)
Förderung:               DFG

Die Differenzierung von Makrophagen wird maßgeblich durch das umgebende Zytokin- und Wachstumsfaktormilieu bestimmt. Alternativ oder klassisch aktivierte Makrophagen stellen dabei zwei stark TH2‑ bzw. TH1‑polarisierte Zelltypen dar, die sich in ihren Funktionsspektren deutlich unterscheiden. Während die klassisch TH1‑polarisierten Makrophagen bereits ausgiebig charakterisiert sind, ist über die Biologie alternativ aktivierter Makrophagen, die bevorzugt bei TH2‑Immunantworten und in vielen Tumoren vorkommen, weitaus weniger bekannt. Wir haben Genexpressionsprofile von Interleukin (IL‑)4-induzierten, alternativ aktivierten Makrophagen generiert und dabei eine Reihe von Transkriptionsfaktoren identifiziert, die im Rahmen der IL‑4 Behandlung zum Teil sehr stark reguliert werden. Im beantragten Projekt wollen wir nun die Rolle der identifizierten Transkriptionsfaktoren näher charakterisieren und ihre Bedeutung bei der Entwicklung alternativ aktivierter bzw. tumorassoziierter Makrophagen klären. Durch eine Kombination verschiedener molekularbiologischer Ansätze soll hierbei das regulatorische Netzwerk entschlüsselt werden, welches alternativ aktivierte Makrophagen kennzeichnet und funktionell charakterisiert.

Molekulare Grundlagen der reproduktiven Arbeitsteilung und Kastendifferenzierung bei basalen Termiten

verantwortlich:          PD Dr. Judith Korb (NWF III),
                                PD Dr. Michael Rehli
beteiligt:                   Tobias Weil
Förderung:                DFG

Soziale Insekten (Ameisen, einige Bienen und Wespen und Termiten) sind bedeutende Modellorganismen der Evolutionsbiologie. Wie es zur Ausprägung der morphologisch oft stark differenzierten Kasten von Gesch l echtstieren, Arbeiter/innen und in manchen Arten auch Soldaten kommt, ist wenig verstanden. Dabei gehören soziale Insekten sicher zu den eindrucksvollsten Beispielen phänotypischer Plastizität, der Ausprägung unterschiedlicher Phänotype bei gleichem genetischen Hintergrund. Die substantiellen physiologischen und morphologischen Unterschiede zwischen den Kasten müssen Unterschiede in der Genexpression widerspiegeln. Dieses Projekt versucht an einer basal stehenden Termitenart die Mechanismen und molekularen Grundlagen der reproduktiven Arbeitsteilung und Kastendifferenzierung auf der Ebene differenziell exprimierter Gene zu untersuchen. Diese Untersuchungen sollen Studien zu sozialen Hymenopteren komplementieren, die sich hinsichtlich ihrer Entwicklung völlig von Termiten (Hymenopteren: vollkommene Entwicklung; Termiten: unvollkommene Entwicklung) unterscheiden. So sollen über auftretende Gemeinsamkeiten und Unterschiede Rückschlüsse auf allgemein gültige Prinzipien und Besonderheiten eines Systems gewonnen werden.