Chromatinfaktoren und Mechanismen der Interleukin-1-abhängigen Genregulation

Das Zytokin Interleukin (IL)-1 ist ein wichtiger Botenstoff des angeborenen Immunsystems und kann das komplette Spektrum der klinischen Symptome lokaler und systemischer Entzündungsreaktionen auslösen. Auf zellulärer Ebene reprogrammiert IL-1 über ein Netz an Signalkaskaden die inflammatorische Genexpression im Zellkern. Im Vergleich zu den zytoplasmatischen Signalwegen ist die nukleäre Signalvermittlung allerdings weniger gut verstanden. Neben der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB werden weitere Transkriptionsfaktoren, wie z.B. AP-1 Proteine, und Ko-Regulatoren aktiviert und an IL-1-induzierte Zielgene, z.B. an die Loci von Chemokingenen rekrutiert, sodass offenbar eine kooperative Regulation der Genexpression stattfindet. Im Verlauf dieser Arbeit wurde die Rolle von NF-kB p65 an IL-1-induzierten Promotoren und regulatorischen Enhancern näher charakterisiert. Mittels einer Kombination aus knockdown Ansätzen, ChIP-PCR und CHIP-seq Experimenten konnte p65 lokal und genomweit eine Funktion als Masterregulator zugeordnet werden. Hierbei fördert p65 nicht nur die H3K27 Acetylierung an bereits vormarkierten Enhancern, wodurch diese weiter aktiviert werden, sondern es ist auch für alle nachfolgenden IL-1-regulierten Bindungsereignisse an Promotoren und Enhancern essentiell. Diese Funktionen von p65 erfordern die katalytische Aktivierung der apikalen zytoplasmatischen Proteinkinasen TAK1 und IKK2 und lassen sich durch niedermolekulare Inhibitoren dieser Enzyme blockieren. Des Weiteren wurden durch einen gezielten RNAi-Screen sechzehn neue nukleäre Ko-Regulatoren des IL-1 Signalwegs identifiziert. Dabei zeigten nur die Histonacetyltransferase Ep300 und der Transkriptionsregulator Sin3a eine IL-1-abhängige Rekrutierung an die prototypischen IL-1 Zielgene IL8 und CXCL2. Sin3a stellt eine bisher unbekannte Komponente im nukleären IL-1 Signalweg dar. Dieses Protein besitzt selbst kein bekanntes DNA-Bindemotiv oder enzymatische Aktivität und wurde bisher vor allem als Gerüstprotein von Ko-Repressor-Komplexen charakterisiert. Die hier erhobenen Locus-spezifischen ChIP-PCRs und genomweiten ChIP-seq Daten zeigten dagegen, dass Sin3a vor allem mit der Ser5-phosphorylierten Form von RNA Polymerase II an transkribierte Gene ko-rekrutiert wird. Die Chromatinassoziation von Sin3a an IL-1-abhängige NF-kB Zielgene in humanen Epithelzellen und murinen embryonalen Fibroblasten ist ebenfalls durch den TAK1/IKK2/p65 Signalweg reguliert. Funktionelle Daten wiesen Sin3a eine gen- und zelltypspezifische Rolle als eine Art shaping factor zu, der die Transkription von Chemokinen modulieren kann. Die Befunde sind vereinbar mit der Formierung eines Stimulus-abhängigen und Sin3a-assoziierten RNA-Pol II Komplexes, dessen Funktion es sein könnte, eine überschießende Expression inflammatorischer mRNAs zu verhindern oder eine De-Regulation des basalen Expressionsniveaus zu kontrollieren. Diese Mechanismen und die dabei beteiligten Faktoren bieten neue Ansatzpunkte, um die molekulare Regulation von Chemokinen oder weiteren IL-1 Zielgenen auf Chromatinebene besser zu verstehen. Da eine Dysregulation der Transkription von IL-1- und NF-kB p65-abhängigen Genen zu schweren chronischen Entzündungen und Autoimmunerkrankungen führen kann, tragen diese Erkenntnisse nicht nur zu einem verfeinerten Verständnis der komplexen entzündlichen Genregulation im Zellkern bei, sondern helfen auch, neue Zielstrukturen für zukünftige Therapiemöglichkeiten zu definieren