Identification of targets and interactors of the DYT6-related trancription factor THAP1

Dystonie ist gekennzeichnet durch unwillkürliche Bewegungen und abnorme Haltungen. Die Pathophysiologie ist allerdings nicht gut verstanden. Bis Februar 2009 war nur ein einziges Gen für eine primäre (isolierte) Form der Dystonie bekannt, und zwar das DYT1-Gen. Die DYT6-Dystonie, die phänotypisch der DYT1-Dystonie ähnelt, wird durch Mutationen im THAP1-Gen verursacht. THAP1 kodiert für ein DNA-bindendes Protein, welches die Transkription reguliert. In einer Pilotstudie fanden wir drei neue THAP1-Mutationen, was eine wichtige Rolle von THAP1 nahe legt. Der vorliegende Antrag umfasst drei Ziele: 1) Die Häufigkeit und das Spektrum von THAP1-Mutationen sollen durch qualitative und quantitative Mutationsanalysen von 1000 Patienten mit verschiedenen Dystonieformen bestimmt werden. 2) Die Rolle von häufigen THAP1-Varianten als mögliche Risikofaktoren für Dystonie soll durch große Fall-Kontroll-Studien untersucht werden. 3) Um Einblicke in die molekularen Mechanismen der Dystonie zu erhalten, sollen die Rolle von THAP1 bei der Transkriptionsregulation und seine Protein-Protein-Wechselwirkungen charakterisiert werden. Alle antragsrelevanten Methoden sind in den Laboratorien der Antragssteller etabliert, wie durch entsprechende Publikationen belegt ist. Das beantragte Projekt wird zu einem besseren Verständnis der pathophysiologischen Grundlagen der Dystonie beitragen und kann bei der Entwicklung neuer Therapien hilfreich sein.

Im Rahmen des Projektes „Identifizierung von Zielgenen und Interaktionspartnern des DYT6-assoziierten Transkriptionsfaktors THAP1“ haben wir erfolgreich Zielgene (u.a. THAP1 selbst) und Interaktionspartner wie HCFC1 identifiziert. Die vier bereits akzeptierten Originalarbeiten aus dieser Förderperiode wurden schon > 50mal zitiert und haben einen kumulativen Impaktfaktor von 22,3. Das Projekt war hauptsächlich auf die funktionelle Charakterisierung von THAP1 und der damit verbundenen Aufklärung der Rolle von THAP1-Mutationen bei der Entstehung einer Dystonie ausgelegt. Im Rahmen des Projektes wollten wir (1) induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) aus Fibroblasten herstellen und diese in Neurone differenzieren, um dann Expressionsunterschiede auf mRNA-Ebene in THAP1-Mutationsträgern messen zu können, (2) durch THAP1 regulierte Gene erkennen sowie (3) mit THAP1 interagierende Proteine identifizieren. Unser Arbeitsprogramm umfasste ein umfangreiches Methodenspektrum einschließlich der Herstellung von 12 iPS-Zelllinien von zwei THAP1-Mutationsträgern und vier Kontrollen, die mittels etablierter Protokolle in Neurone differenziert wurden. Diese Zellen wurden anschließend verwendet, um die Expression von THAP1-Zielgenen zu untersuchen. Diese Zielgene wurden durch detaillierte Untersuchungen von Kandidatengenen identifiziert, die z.B. die Suche nach THAP1-Bindestellen in den Promotoren von anderen Dystonie-verursachenden Genen sowie die Auswertung der öffentlich verfügbaren ChIP-Seq Daten aus dem ENCODE-Projekt umfassten. Die besten Kandidatengene wurden detailliert validiert, u. a. mittels Luciferase-Reportergen-Assays, (quantitativen) Chromatin-Immunpräzipitationen (ChIP), Elektromobilitäts-Shift-Assays (EMSA) sowie durch die o.g. Expressionsanalysen in Neuronen und in mittels CRISPR/Cas-Technologie veränderten HEK293-Zellen. Während dieser zweiten Förderperiode konnten wir die Autoregulation von THAP1 publizieren (Erogullari et al. Biochim Biophys Acta 2014). Außerdem untersuchten wir den Effekt von THAP1 auf die Expression von SGCE (welches bei der Myoklonus-Dystonie mutiert ist) sowie von TBP (welches bei SCA17-Patienten mutiert ist). Um Protein-Protein-Interaktionen zu untersuchen, führten wir Co-Immunpräzipitationen, Hefe-2-Hybrid-Experimente, GFP pull downs sowie Formaldehyd-crosslinking-Untersuchungen durch. Dadurch identifizierten wir vier verschiedene Interaktionspartner von THAP1, wovon wir drei klar bestätigen konnten, und zwar THAP1 (Homodimerisierung), HCFC1 und HDAC3. Darüber hinau haben wir einige Hinweise auf eine THAP1-Interaktion mit YWHAE erhalten können. Neben der funktionellen Charakterisierung von THAP1, untersuchten wir auch weiterhin das phänotypische und genotypische Spektrum von THAP1-Mutationen. Einige der Mutationsträger waren mittels Tieferhirnstimulation (THS) behandelt wurden. Obwohl die ersten Untersuchungen nahelegten, dass THAP1-Mutationsträger prinzipiell nicht von THS profitieren, zeigten unsere Untersuchungen an großen Patientengruppen, das eine THS auch bei einigen THAP1-Patienten über viele Jahre wirksam sein kann. Darüber hinaus trug unsere Expertise im Bereich der Genetik von Dystonien zur Publikation von zwei Übersichtsartikeln bei.