Untersuchung der epigenetischen Regulation von Brn3a im Melanom

von Dr. med Markus Heppt

Das maligne Melanom (MM) ist ein bösartiger Hauttumor mit hohem Metastasierungsrisiko. Jährlich erkranken in Deutschland etwa 20.000 Menschen neu, die Tendenz ist steigend. Zu den wichtigsten Risikofaktoren zählen ein heller Hauttyp und eine hohe UV-Exposition. Das MM entsteht aus den pigmentbildenden Zellen der Haut, den Melanozyten. Deren Vorläuferzellen stammen entwicklungsgeschichtlich nicht von Hautzellen, sondern von Zellen der Neuralleiste ab (Abbildung 1).

Abb. 1: Melanozyten entstammen embryonalgeschichtlich der Neuralleiste, welche auch der Ursprung für andere Zellarten und Gewebe ist. Das maligne Melanom reaktiviert zahlreiche embryonale Signalwege und Transkriptionsfaktoren und nutzt diese für Wachstum und Invasion aus.

Aus dieser wandern sie erst während der frühen Embryonalentwicklung in die Oberhaut (Epidermis) ein. Koordiniert wird dieser Prozess durch spezielle Neuralleisten-Transkriptionsfaktoren (NC-TFs), die die Gene für die Wanderung und später auch die Reifung der Zellen zu funktionellen Melanozyten steuern. Die Gruppe um Dr. med. Heppt konnte in einem früheren Projekt zeigen, dass der NC-TF Brn3a, der in normalen Melanozyten nicht mehr aktiv ist, wieder im MM ähnlich wie in der Embryonalentwicklung exprimiert wird und dass das Ausschalten dieses Faktors sowohl die Teilung der Tumorzellen hemmt als auch zu deren Absterben führt. Da über die Regulation von Brn3a speziell im Melanom wenig bekannt ist, wurden verschiedene epigenetische Regulationsmechanismen und deren Einfluss auf die Brn3a-Expression in Melanozyten (HM) und Melanomzellen untersucht. Die gezielte Anheftung von Methyl- und Acetylgruppen an bestimmte Stellen der DNA bzw. der Histone führt dazu, dass Gene an- oder abgeschaltet werden (Abbildung 2).

Abb. 2: Histondeacetylasen (HDACs) bzw. Histonacetyltransferasen (HATs) übertragen Acetylreste (Ac) auf die Funktionsproteine der DNA, die Histone. Hierdurch ändert sich die transkriptionelle Aktivität von Zielgenen. Zahlreiche Histondeacetylase-Inhibitoren sind derzeit in klinischer Erprobung in unterschiedlichen Krebsentitäten.

Durch diese epigenetischen Modifikationen wird die DNA-Sequenz im Gegensatz zu Mutationen nicht verändert. Zuerst wurde untersucht, ob das Brn3a-Gen in HM durch DNA-Methylierung stillgelegt ist. Dazu wurden die Zellen mit dem demethylierenden 5-Aza-2’desoxycytidin behandelt und anschließend die Brn3a-Expression bestimmt, wobei jedoch keine Unterschiede zwischen behandelten und unbehandelten Zellen festgestellt wurden. Als nächstes wurden Histonmodifikationen untersucht. Histone sind kugelige positivgeladene Proteine, die der Verpackung und Organisation der DNA im Zellkern dienen. Histonacetyltransferasen (HAT) können durch das Anheften von Acetylgruppen an die Histonenden deren Bindung an die DNA lockern, wodurch Gene abgelesen werden können. Die Histondeacetylasen (HDACs, insgesamt 11 verschiedene) wiederum entfernen die Acetylgruppen, wodurch die DNA wieder eng um die Histone gewickelt wird und die Genexpression abgeschaltet wird. Die pharmakologische HAT-Hemmung mittels C646 führte zu keiner Veränderung der Brn3a-Expression in allen getesteten Zellen, weshalb HATs bei der Regulierung dieses Faktors wohl eher keine Rolle spielen. Hingegen zeigten die Versuche mit dem Breitband-HDAC-Inhibitor Trichostatin A eine starke Steigerung der Brn3a-Expression. Zur weiteren Eingrenzung der HDAC-Klasse wurden im nächsten Versuch spezifischere Inhibitoren verwendet: Nur der Inhibitor Mocetinostat (hemmt HDAC 1, 2, 3 und 11), nicht jedoch PCI-34051 (hemmt HDAC 1, 6, 8) erhöhte die Brn3a-Expression. Somit scheinen nur die durch Mocetinostat gehemmten HDACs Brn3a zu beeinflussen. Zuletzt wurden gezielt einzelne HDACs mittels siRNA ausgeschaltet und es konnte schließlich HDAC2 als den maßgeblichen epigenetischen Regulator der Brn3a-Expression in Melanozyten identifiziert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Expression des NC-TFs Brn3a maßgeblich durch HDAC2 beeinflusst wird. Das genaue Verständnis, wie NC-TFs reguliert werden, kann in Zukunft entscheidend dazu beitragen, neue zielgerichtete Therapien zur Behandlung des MM zu entwickeln und eine Therapieresistenz zu durchbrechen.

Die Arbeitsgruppe „Labor für Zelladhäsion“ der Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie (Von links nach rechts): Claudia Kammerbauer, Eva Hornig, Saskia Graf, Carola Berking, Annamarie Hamel, Markus Heppt (es fehlt Anja Wessely).

Quelle: Jahresbericht Münchner Universitätsgesellschaft 2017