@phdthesis{Brocher2007,
  author    = {Brocher, Jan},
  title     = {Einfluss von HMGA1-Proteinen auf die Myogenese und Heterochromatinorganisation w{\"a}hrend der Differenzierung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24456},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {HMG-Proteine sind nach den Histonen die zweith{\"a}ufigste Superfamilie nukle{\"a}rer Proteine. Sie binden an DNA und Nukleosomen und induzieren strukturelle Ver{\"a}nderungen im Chromatin. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Dynamik des Chromatins und beeinflussen dadurch DNA-abh{\"a}ngige Prozesse, wie Transkription und Replikation. Proteine der HMGA-Familie sind charakterisiert durch konservierte DNA-Bindungsmotive, den AT-Hooks, welche eine Bindung an AT-reiche DNA-Sequenzen vermitteln und durch einen sauren C-Terminus. HMGA-Proteine sind verst{\"a}rkt im Heterochromatin konzentriert und stehen in Verbindung mit der Expressionsregulation spezifischer Gene aufgrund der Stabilisierung von Nukleoproteinkomplexen, so genannten Enhanceosomen. HMGA-Proteine spielen des Weiteren eine entscheidende Rolle in verschiedenen Entwicklungsprozessen und bei der Tumorprogression . Um den Einfluss von HMGA1 auf die zellul{\"a}re Differenzierung und die Chromatinmodulation zu untersuchen, wurden C2C12 Maus-Myoblastenzellen verwendet. Die Induktion der Myogenese in diesen Zellen geht mit der Herunterregulierung von HMGA1 einher. Durch die Etablierung einer C2C12-Zelllinie, welche ein EGFP-markiertes HMGA1a stabil exprimierte, konnte gezeigt werden, dass eine anhaltende HMGA1-Expression spezifisch die Myogeneseprozess inhibierte, w{\"a}hrend die Osteogenese davon unbeeinflusst zu bleiben schien. Dieser hemmende Effekt kann durch die HMGA1-abh{\"a}ngige Fehlexpression verschiedener Gene, welche f{\"u}r eine einwandfreie Muskeldifferenzierung n{\"o}tig sind und in die Zellzyklusregulation eingreifen, erkl{\"a}rt werden. Unter der Verwendung von RNAi konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulierung von HMGA1-Proteinen f{\"u}r eine korrekte Genexpression und den Muskeldifferenzierungsprozess notwendig ist. W{\"a}hrend der terminalen Differenzierung wird die Umorganisation des Chromatins durch die Fusion der Chromozentren offensichtlich. Fotobleichtechniken, wie „fluorescence recovery after photobleaching" (FRAP) zeigten, dass HMGA1-Proteine mit dem Methyl-CpG-bindenden Protein 2 (MeCP2), welches eine wichtige Rolle in der Chromozentrenfusion spielt, um DNA-Bindungsstellen konkurriert und dieses vom Chromatin verdr{\"a}ngt. Diese dynamische Konkurrenz zwischen einem anhaltend exprimierten HMGA1 und MeCP2 tr{\"a}gt somit zur Inhibition der differenzierungsabh{\"a}ngigen Modulation des Chromatins w{\"a}hrend der sp{\"a}ten Myogenese bei. Die Untersuchungen in C2A1a-Zellen lieferten weitere Hinweise daf{\"u}r, dass der wesentlichste Umbau des Chromatins in einem Zeitfenster um den dritten Tag nach Induktion der Myogenese stattfindet, an welchem HMGA1 nat{\"u}rlicherweise nahezu vollst{\"a}ndig herunterreguliert sind. In diesem Zeitraum kommt es zur Dissoziation der Chromozentren, zu ver{\"a}nderten Expressionsmustern in bestimmten Genen, zu Modulationen in Histonmodifikationen (H3K4me2, H3K4me3, H3K27me3), zur Replikations-unabh{\"a}ngigen Akkumulation von Histon H3 in den Chromozentren {\"u}ber ungef{\"a}hr einen Zellzyklus hinweg und zu eine signifikanten Erh{\"o}hung der HP1-Dynamik. Durch den Einsatz von Bimolekularer Fluoreszenzkomplementierung (BiFC), die es erlaubt Protein-Protein-Interaktionen in vivo zu visualisieren, konnte gezeigt werden, dass der saure C-Terminus des HMGA mit der Chromodom{\"a}ne (CD) des HP1 interagiert. Zus{\"a}tzlich ist f{\"u}r diese Interaktion die korrekte DNA-Bindung des HMGA n{\"o}tig. FRAP-Messungen mit HP1-EGFP-Fusionsproteinen in Zellen die wildtypisches oder ein mutiertes HMGA koexprimierten, best{\"a}tigten diese Daten und wiesen darauf hin, dass die HP1-Verweildauer im Heterochromatin maßgeblich von der Gegenwart eines funktionellen HMGA1 abh{\"a}ngig ist. Des Weiteren zeigten C2C12-Myoblasten, die HMGA1 nat{\"u}rlicherweise exprimieren, eine hohe HP1-Verweildauer, die nach HMGA1-knock down drastisch verringert ist. Umgekehrt ist die HP1-Verweildauer nach einer Herunterregulierung von HMGA1 an Tag 3 der Myogenese gering und steigt durch die Koexpression von HMGA1 auf das in Myoblasten gemessene Niveau an. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass die differenzielle Expression von HMGA1 und ihre F{\"a}higkeit mit HP1 zu interagieren, sowie ihre Konkurrenz mit MeCP2 um DNA-Bindungsstellen einen entscheidende Rolle in der Regulation der Aufrechterhaltung und Plastizit{\"a}t des Heterochromatins w{\"a}hrend der Differenzierung spielen. Daher ist eine zeitlich festgelegte Herunterregulierung von HMGA1 notwendig, um die Modulation des Chromatins und dadurch den Differenzierungsprozess zu erm{\"o}glichen},
  subject      = {HMG-Proteine},
  language  = {de}
}