Genetic analysis of Ap4 in the ApcMin mouse model

The gene encoding the transcription factor TFAP4/AP4 represents a direct target of the c-MYC oncoprotein. AP4 contributes to the progression of colorectal cancer by regulating genes involved in proliferation and EMT (epithelial-mesenchymal transition). Previously we reported that AP4 is expressed in proliferating cells in human colonic crypts in a pattern similar to c-MYC. Also in human colorectal cancer, AP4 is highly expressed in proliferating cells. Taken together, these results suggested that AP4 may have an important function in intestinal homeostasis and carcinogenesis. In this study we deleted Ap4 in ApcMin mice, a preclinical model of inherited colorectal cancer. Ap4-deficiency extended their average survival by 110 days and decreased the formation of intestinal adenomas and tumor-derived organoids. Deletion of Ap4 in the germ-line and in intestinal epithelial cells resulted in a reduced number of intestinal stem cells and a reciprocal increase in Paneth cells. The effects of Ap4 deletion in ApcMin mice are presumably due to the reduced number of functional intestinal stem cells amenable to adenoma initiating mutational events. Deletion of Ap4 also decreased the number of colonic stem cells leading to a decrease of adenomas also in the colon. Expression profiling revealed that intestinal stem cell signatures, as well as the Wnt/β-catenin and Notch signaling pathways are down-regulated in Ap4-deficient adenomas and intestinal organoids. Both the Wnt/β-catenin and Notch signaling pathway are important for the maintenance of intestinal stem cells. The down-regulation of these pathways may be the cause of the lower number of intestinal stem cells in the crypt base in Ap4-deficient mice. Ap4-associated gene expression signatures are conserved between murine adenomas and human colorectal cancer samples. Our results establish Ap4 as a rate limiting mediator of adenoma initiation as well as a regulator of intestinal stem cell and Paneth cell homeostasis.Das für den Transkriptionsfaktor TFAP4/AP4 kodierende Gen stellt ein direktes Ziel des c-MYC-Onkoproteins dar. AP4 trägt zur Progression von kolorektalem Krebs bei, indem es Gene reguliert, welche Proliferation und EMT (Epithial-mesenchymale-Transition) steuern. Zuvor berichteten wir, dass AP4 in proliferierenden Zellen in humanen Kolonkrypten ein ähnliches Expressionsmuster wie c-MYC hat. Auch beim kolorektalen Krebs im Menschen wird AP4 in proliferierenden Zellen stark exprimiert. Zusammenfassend legen diese Ergebnisse nahe, dass AP4 eine wichtige Funktion in der intestinalen Homöostase und Karzinogenese haben könnte. In der vorliegenden Studie haben wir Ap4 in ApcMin-Mäusen, einem präklinischen Modell des erblichen Kolorektalkarzinoms, deletiert. Der Verlust von Ap4 verlängerte das durchschnittliche Überleben um 110 Tage und verringerte die Bildung von Adenomen im Darm und von Tumorzellen abgeleiteten Organoiden. Die Deletion von Ap4 in der Keimbahn und in Darmepithelzellen führte zu einer verminderten Anzahl an intestinalen Stammzellen und einem reziproken Anstieg der Paneth-Zellen. Die Auswirkungen der Ap4-Deletion in ApcMin Mäusen sind vermutlich auf die verringerte Anzahl von funktionellen intestinalen Stammzellen zurückzuführen, die für Adenom-initiierende Mutationsereignisse zugänglich sind. Die Deletion von Ap4 verringerte auch die Anzahl von Kolonstammzellen, was auch im Dickdarm zu einer Abnahme von Adenomen führte. Die Erstellung von Expressionsprofilen zeigte, dass intestinale Stammzell-Signaturen, sowie die Wnt/β-Catenin- und Notch-Signalwege, in Ap4-defizienten Adenomen und intestinalen Organoiden herabreguliert sind. Sowohl der Wnt/β-Catenin- als auch der Notch-Signalweg ist wichtig für den Erhalt von intestinalen Stammzellen. Die Herunterregulierung dieser Signalwege könnte die Ursache für die geringere Anzahl von intestinalen Stammzellen an der Kryptenbase in Ap4-defizienten Mäusen sein. Ap4-assoziierte Gen-Expressions-Signaturen sind zwischen murinen Adenomen und humanen kolorektalen Krebsproben konserviert. Unsere Ergebnisse etablieren Ap4 als limitierenden Mediator der Adenom-Initiation, sowie als Regulator der Homöostase von intestinalen Stammzellen und Paneth-Zellen