Projekttitel
Characterization of the epigenetic status of side population (SP) versus non-SP cells and MSC by µChIP-seq and manipulation of it

Projektleitung
Dr. rer. nat. Marc Hotfilder - Marc.Hotfilder@ukmuenster.de
Dr. rer. nat. Rebekka Unland - Rebekka.Unland@ukmuenster.de
Prof. Dr. med. Uta Dirksen - Uta.Dirksen@ukmuenster.de

Ziele
Sarkome entstehen wahrscheinlich durch die fehlgeleitete Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen. Mittels durchflusszytometrischer Methoden können so genannte "side population" (SP) Zellen isoliert werden, die Stammzelleigenschaften und eine erhöhte Chemoresistenz besitzen.
Epigenetische Veränderungen lassen, im Gegensatz zu Mutationen, die DNA-Sequenz intakt. Epigenetische Veränderungen umfassen Modifikation der DNA sowie der assoziierten Histonproteine und haben Einfluss auf die räumliche und zeitliche Ausprägung von Genen. So ist bekannt, dass die Differenzierung von gesunden Stammzellen mit Veränderungen des epigenetischen Regulationszustandes einhergeht. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass epigenetisch aktive Substanzen das Wachstum von Krebszellen verhindern können. SP-Zellen repräsentieren möglicherweise die Sarkom-Stammzelle und sind verantwortlich für die Entwicklung von Therapieresistenzen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die komplette Erfassung des epigenetischen Regulationszustandes von SP-Zellen, nicht-SP-Zellen und gesunden mesenchymalen Stammzellen mittels "micro Chromatin Immune Precipitation Sequencing" (µChIP-seq). Die anschließende bioinformatische Analyse der erhaltenen µChIP-seq-Daten wird zur Identifizierung der Unterschiede bezüglich des epigenetischen Regulationszustandes von Genen, die mit Wachstum, Differenzierung, Chemoresistenz, Apoptose und Metastasierung assoziiert sind, führen. Diese Gene sind dann die Kandidatengene, deren zielgerichtete in vitro Manipulation mittels "gain-of-function" (Reexpression epigenetisch stillgelegter Gene) und "loss-of-function" (Ausschalten epigenetisch angeschalteter Gene mittels RNAi) zur Umkehrung des Krebsstammzell-Phänotyps führen könnte. Zusätzlich werden die Auswirkungen von epigenetisch wirksamen Substanzen in vitro und in vivo (Xenograft-Mausmodell) untersucht.
Die vergleichende Bestimmung des epigenetischen Regulationszustandes von SP-, nicht-SP-Zellen und mesenchymalen Stammzellen wird zum besseren Verständnis der Tumorbiologie beitragen und so die Entwicklung innovativer Therapiekonzepte ermöglichen.

Arbeitsplan

• "micro Chromatin Immune Precipitation-Sequencing" in SP-, nicht-SP-Zellen und mesenchymalen Stammzellen
• bioinformatische Analyse des epigenetischen Regulationszustandes der drei Zellpopulationen
• Identifizierung epigenetisch deregulierter Gene, die in zellulären Prozessen wie Apoptose, Chemoresistenz, Differenzierung und Metastasierung involviert sind
• Untersuchung epigenetisch aktiver Substanzen bezüglich ihres Einflusses auf zelluläre Prozesse in SP- und nicht-SP-Zellen
• Manipulation ausgewählter epigenetisch deregulierter Gene in vitro mittels "loss-of-function" oder "gain-of-function"
• Überprüfung der in vitro beobachteten Effekte bezüglich der epigenetischen Manipulation in vivo in einem Xenotransplantations-Mausmodell

Verbreitung der Ergebnisse
Daten zum epigenetischen Regulationsstatus in Sarkomen bzw. der möglichen Sarkom-Stammzelle sind noch sehr unvollständig bzw. fehlen komplett. Die Daten, die in diesem Projekt generiert werden, sind von daher absolut neu. Die wissenschaftlichen Ergebnisse werden auf Tagungen vorgestellt und in wissenschaftlichen Zeitschriften publiziert werden.