Teilprojekt 10

Untersuchung der Funktion von Sestrin-2 als ROS-sensitiver Suppressor der mTORC1 Signaltransduktion



Leitung:

Dr. Nina Kurrle
Medizinische Klinik II, Hämatologie und Onkologie
Goethe-Universität I Frankfurt am Main
  Prof. Dr. Hubert Serve
Medizinische Klinik II, Hämatologie und Onkologie
Goethe-Universität I Frankfurt am Main

Fachgebiet:

Hämatologie, Onkologie, Genetik, funktionelle Genomik

Zusammenfassung:

Dieses Teilprojekt untersuchte die molekularen Funktionen des zellulären Redox- und Aminosäuresensors Sestrin 2 (SESN2) und assoziierter Proteine, u.a. des GATOR1/GATOR2-Komplexes, auf Signaltransduktionskaskaden in der Pathogenese der chronisch obstruktive Lungenerkrankung COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease), der gesunden Hämatopoese und der malignen Erkrankung des blutbildenden Systems der akuten myeloischen Leukämie (AML). Hinsichtlich der COPD, konnten wir durch Verwendung einer Sesn2-/--Mausmutante (RRJ141) nachweisen, dass die genetische Depletion von Sesn2 die Entwicklung eines durch Zigarettenrauch induzierten Lungenemphysems verhindert, indem die Expression der Rezeptortyrosinkinase Pdgfβ durch Akkumulation von Superoxidanionen sowie der Modulation der proteosomalen Funktion in Kooperation mit dem antioxidativen Transkriptionsfaktor Nrf2 (Nuklearfaktor Erythroid 2-verwandter Faktor 2) hochreguliert wird. Zudem wurde gezeigt, dass SESN2 in der emphysematösen Lunge von Personen mit COPD überexprimiert und PDGFRβ herunterreguliert wird, was einen negativen SESN2-PDGFRβ-Zusammenhang in der Pathogenese der COPD impliziert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass SESN2 sowohl als Biomarker als auch als Angriffspunkt für Medikamente bei der klinischen Behandlung von COPD dienen könnte. Durch Verwendung der oben genannten Sesn2-/--Mausmutante in der gesunden Hämatopoese konnten wir zeigen, dass murine Sesn2-/--Progenitorzellen (lin-Sca+) in vitro und in vivo ein erhöhtes Proliferationspotential aufweisen, jedoch nur in der initialen Engraftment-Phase. Dies deutete zunächst darauf hin, dass das erhöhte proliferative Potenzial der Sesn2-/--Vorläuferzellen zu einer Dezimierung des Long-term (LT)-hämatopoietischen Stammzell-Pools führt, ähnlich einer beschriebenen Aktivierung der essenziellen Serin/Threonin-Kinase mTORC1, welche den Stoffwechsel, Zellteilung und Zellwachstum reguliert. Die Ergebnisse legten daher nahe, dass der beobachtete Effekt der Sesn2-Depletion mit dem mTORC1-Signalweg in Zusammenhang steht. Diese sowie unsere Beobachtung das SESN2 als ROS (reactive oxygen species)-abhängiger Regulator der PDGFRβ-Expression wirkt führten zu der Hypothese das SESN2 zusammen mit dem GATOR-Komplex als ROS-sensitiver Regulator der mTORC1-Aktivität fungiert. Molekulare Untersuchungen in der zweiten und dritten Förderperiode zeigten erstmals, dass mTORC1 eine duale ROS-Regulation durch den GATOR1-Komplex und den TSC (Tuberous Sclerosis Complex) erfährt und damit der zelluläre und lysosomale Aminosäure-Haushalt reguliert wird. In Kooperation mit dem Z-Projekt konnten wir zeigen, dass SESN2 durch exogen- als auch durch endogen induzierte ROS an mehreren Cysteinen oxidiert wird (C314, C399 und C430). Leider konnte mittels Mutagenese die Funktion von Sesn2 als metabolischer Redox-Schalter für den GATOR-Komplex nicht bestätigt werden. In Bezug auf die AML konnte durch Verwendung eines primären Maus-Transplantationsmodellen (HoxA9/Meis1) kein Effekt der Sesn2-Depletion auf das leukämische Potential beobachtet werden. Jedoch führte die Durchführung eines genomweiten-CRISPR/Cas9-Screens in fünf verschiedenen AML-Zelllinien im Vergleich zu einer aus humanen Knochenmark-gewonnenen Stomazelllinie unter Hypoxie (1% O2) zur Identifikation des GATOR2-Proteins WDR24 als AML-spezifischer, Autophagie-abhängiger Überlebensfaktor.

Links:

Medizinische Klinik II (http://www.kgu.de/index.php?id=48)