The role of DNMT1 in mouse epidermal development

In den letzten Jahrzehnten wurde zunehmend erkannt, dass eine auf genetischen Faktoren basierende Storung, nicht notwendigerweise auf Genmutation zuruckzufuhren sei; stattdessen spielen oft Unterdruckung bzw. Wiederzulassung der Zuganglichkeit der Gene fur die Transkription, welche durch einen komplexen, epigenetischen Apparat reguliert werden, eine Rolle. Epigenetische Regulation steuert welche Proteine und wieviel davon zu einer bestimmten Zeit produziert werden; die Expression einer spezifischen Zusammensetzung von Genen definiert einen bestimmten Zelltyp und ist unerlasslich fur Entwicklungsprozesse. Das Grundprinzip der Epigenetik beruht auf Chromatin-Umgestaltungen. Durch das Generieren von hochkompaktem Heterochromatin bzw. lose arrangiertem Euchromatin wird die Zuganglichkeit der entsprechenden Genregionen ermoglicht oder verweigert. Dies wird durch Modifikationen des chromosomalen Proteingerusts oder der Nukleotide erreicht, ohne dabei die DNA Sequenz selbst - und die darin enthaltenen Informationen - zu verandern. Solche Modifikationen sind vererbbar und reversibel. Neben zahlreichen Histon-Modulatoren (z. B. HDACs), welche chemische Gruppen an das N-terminale Ende von Histonen anfugen oder entfernen, etablieren DNA Methyltransferasen (DNMTs) entsprechende Methylierungsmarkierungen direkt an genomischen CpG-Dinukleotid-Sequenzen. Diese Markierungen werden von Proteinen mit Methyl-bindenenden Domanen (MBDs) erkannt und typischerweise mit der Stilllegung dieser Gene assoziiert. DNMT1, die sogenannte Wartungs-methyltransferase, spielt eine essentielle Rolle in der Regulation der Genexpression wahrend der Embryonalentwicklung. Das Ziel dieses Projekts war, die Funktion von DNMT1 in Entwicklung und Homeostase der Epidermis zu untersuchen. Ein kompletter knockout von dnmt1 in der Maus verursacht embryonale Lethalitat. Aus diesem Grund wurde ein konditioneller knockout von dnmt1 durch Keratin5-cre in der Epidermis etabliert. Interessanterweise zeigen auch die Mause mit epidermalem dnmt1 knockout einen markanten Phanotyp, charakterisiert durch Ausbleiben der Haarbildung, einen Barrieredefekt der Haut, schuppige und irritierte Haut, Gewichtsverlust ab P5 und Eintreten des Todes vor P9. Vorangegangene Untersuchungen unserer Gruppe stellten eine Hyperkeratose und reduzierte Differenzierung in der knockout Epidermis fest. Weiters wurde ein substanzieller Anstieg der Immunzellaktivitat berichtet. Wir setzten uns daher zum Ziel, die Rolle des Immunsystems innerhalb des knockout Phanotyps aufzuklaren. Durchflusszytometrische Messungen der knockout Haut liesen eine extensive und anhaltende Infiltration CD45 positiver Leukozyten in die Haut erkennen, angefangen von P3 bis zum Todeszeitpunkt (ungefahr P9) der Mause. Innerhalb der expandierenden Immunzellpopulation steigt vor allem die Zahl der myeloiden Zellen, d. h. Makrophagen und Neutrophile, obwohl auch Migration von gdT-Zellen und Langerhanszellen beobachtet werden kann. Moglicherweise als direkte Konsequenz der verscharften Immunzellinfiltration, zeigt die knockout Haut irritierte und teilweise wunde Stellen, vergleichbar mit durch Autoimmunreaktionen verursachte Lasionen in Psoriasis Patienten. Eine Untersuchung der viszeralen Organe lies auserdem eine Glomerulonephritis, ausgelost durch Antikorper-Ablagerungen in der Niere, sowie ein Versagen der Glykogenlagerung und eine Leberverfettung erkennen. Die Belastung des Haut-, Nieren- und Lebergewebes durch das Immunsystem betrachtend, entschieden wir uns, die knockout Mause in einen Myd88-/- Stamm einzukreuzen, um die angeborene Immunantwort abzumindern. Erste Ergebnisse zeigen reduzierte Immunzellinfiltrationsraten und leicht verlangerte Uberlebenszeit (bis P11), aber keine Heilung des Phanotyps. Zusammenfassend stellten wir eine erkennbare Aktivierung des Immunsystems nach Deletion des dnmt1 Gens in der Epidermis fest. Dies zog ersthafte systemische Effekte, die an Krankheitsmuster autoimmuner Hautkrankheiten, wie etwa Psoriasis oder SLE erinnern, nach sich. Eine MYD88 Defizienz verminderte oder verzogerte den immunologischen Phanptyp moglichweise nur, fuhrte jedoch nicht zu einer Heilung der nachgeburtlichen Entwicklungsstorungen. Nichtsdestotrotz glauben wir, dass weitere Untersuchungen interessante Hinweise auf Zusammenhange zwischen Hypomethylierung und Autoimmunitat liefern konnen.