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Der hochkonservierte Wnt/ß-Catenin-Signaltransduktionsweg spielt eine wichtige Rolle während der Embryonalentwicklung, der Homöostase und der Tumorgenese in Adulten. Die BCL9 Proteine wurden zunächst als Kofaktoren dieses Signalweges identifiziert. Entsprechend agiert BCL9/Legless als essentieller Wnt/ß-Catenin-Kofaktor in Drosophila. Jedoch scheint die Rolle von BCL9 und BCL9-2, der Orthologe von Legless, in Vertebraten komplexer zu sein. Des Weiteren wurden die genauen Funktionen der BCL9 Proteine während der intestinalen Homöostase und Tumorgenese bislang wenig untersucht. Es konnte jedoch bereits gezeigt werden, dass BCL9-2 in intestinalen und Mammakarzinomen verstärkt expremiert wird. Diese Arbeit beschreibt erstmalig den Einfluss und die Funktion von BCL9-2 während der intestinalen Tumorgenese. BCL9-2 beinflusst die Tumorprogression positiv durch Verstärkung des Wnt/ß-Catenin-Signaltransduktionsweg und der Expression von Zielgenen, die Tumorwachstum und -invasion vermitteln. Zudem aktiviert BCL9-2 die Transkription von ß-Catenin-unabhängigen Genen durch einen neuartigen Mechanismus. Im Gegensatz zu BCL9, welches in allen humanen und murinen intestinalen Zelltypen expremiert wurde, beschränkte sich die BCL9-2 Expression auf die Zotten des Darmes. Die Wnt/ß-Catenin-positiven Krypten hingegen zeigten keinerlei BCL9-2-Expression auf, was darauf hinweist, dass BCL9-2 für den Wnt/ß-Catenin-Signalweg bei der intestinalen Homöostase entbehrlich ist. Während jedoch BCL9 Proteinlevel in Kolontumoren, im Vergleich zum normalen Epithel, unverändert blieben, wurde BCL9-2 bereits in frühen Stadien der Tumorgenese und in 90% aller Kolonkarzinome stark expremiert. Darüber hinaus führte transgene Überexpression von BCL9-2 im Darm von K19-BCL9-2;APCMin/+ Mäusen zu einer verstärkten Formation von Adenomen, deren Invasion und einem verringerten Überleben der Versuchstiere. Wie anhand von TOP/FOP Luciferase Reportergen-Versuchen gezeigt werden konnte, korrelierte die Stärke der BCL9-2-Proteinexpression mit der Aktivität des Wnt/ß-Catenin-Signalweges in Kolonkarzinomzellen. Zudem regulierte BCL9-2 die Transkription einiger ß-Catenin-abhängiger und darüber hinaus ß-Catenin-unabhängiger Zielgene, die bei der Tumorentstehung eine wichtige Rolle spielen. Des Weiteren zeigt diese Arbeit, dass in Kolonkarzinomzellen die BCL9-2 abhängige Transkription von CDX1 und CDX2 durch SP1-bindende Elemente über deren proximale Promotoren vermittelt wurde. Mittels Immunpräzipitation konnte zudem eine Interaktion zwischen BCL9-2 und SP1 in Kolonkarzinomzellen bestätigt werden. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass BCL9-2-Überexpression in frühen Phasen der intestinalen Tumorgenese die Progression von benignen Tumoren in invasive Karzinome fördert. Diese Eigenschaft wird durch verschiedene Mechanismen vermittelt: Zum einen verstärkt BCL9-2 die Expression einiger Wnt/ß-Catenin-abhängiger Zielgene; zum anderen reguliert BCL9-2 ß-Catenin-unabhängige Gene, die für die Tumorgenese eine wichtige Rolle spielen. Diese Funktion wird vermutlich durch die Bindung an SP1 Transkriptionsfaktoren und damit an die Promotoren von BCL9-2 Zielgenen vermittelt, was zu der verstärkten Expression von Genen führt, die die Tumorprogression und Invasion fördern.

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Verticillium longisporum ist ein bodenbürtiges vaskuläres Pflanzenpathogen, das im europäischen Raum eine ernsthafte Bedrohung des agronomisch wichtigen Raps, einer Quelle für Biokraftstoff und Speiseöl, darstellt. Infektionsanalysen mit V. longisporum zeigten in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine neue Funktion des Jasmonoyl-Isoleucin- (JA-Ile) Rezeptors COI1, die unabhängig von JA-Ile oder pilzlichen Analoga dieses Pflanzenhormons Suszeptibilität gegenüber dem Pathogen vermittelt. Pfropfungsexperimente führten zu der Erkenntniss, das COI1 in Wurzeln für die Ausprägung von Krankheitssymptomen im Spross benötigt wird (Ralhan et al., 2012). Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, welche Gene unter der Kontrolle der JA-Ile-unabhängigen COI1-Funktion stehen und inwieweit sich die Signaltransduktionskette von der bekannten, durch COI1 aktivierten, Signaltransduktion unterscheidet. RNA-Sequenz-Analysen von infizierten und nicht-infizierten Wurzeln des Wildtyps, der coi1-Mutante und der JA-Biosynthesemutante aos ergaben zunächst, dass unter den gewählten Infektionsbedingungen nur wenige Gene durch den Pilz beeinflusst werden. Beim Vergleich der Transkriptomdaten von coi1- und aos-Wurzeln fiel jedoch auf, dass eine Gruppe von 113 Genen in der coi1-Mutante konstitutiv stärker exprimiert wurde als in der JA-Biosynthesemutante. Im Gegensatz dazu gab es nur wenige Gene, die in der coi1-Mutante geringer exprimiert waren als in aos und deren Expressionsmuster sich in unabhängigen Proben als nicht reproduzierbar erwies. Als Markergene für die Gruppe von Genen, bei der COI1 unabhängig von JA-Ile, d.h. auch in der aos-Mutante, als negativer Regulator der Genexpression wirkt, wurden aufgrund robuster Effekte der hochregulierten Transkriptmenge in der coi1-Mutante die Gene Phosphoglyceratmutase, Germin 2 und Cysteine-rich Receptor-like Kinase 15 (CRK15) gewählt. Durch Mutationen der Ligandenbindestelle von COI1 für JA-Ile wurde gezeigt, dass ein mutiertes COI1-Protein, das in der Pflanze JA-Ile-abhängige Funktionen wie Fertilität, JA-sensitives Wurzelwachstum und JA-induzierbare JAZ10-Expression nicht mehr ausführen konnte, ähnlich wie das WT-COI1 die Expression der Markergene weiterhin reprimieren konnte. Die Suszeptibilität-vermittelnde JA-Ile-unabhängige Funktion von COI1 gegenüber V. longisporum konnte mit diesen Konstrukten jedoch nicht eindeutig gezeigt werden, da die entsprechenden Leervektorkontrollen unerwarteterweise stark ausgeprägte Krankheitssymptome nach Infektion mit V. longisporum aufwiesen. Weitere bekannte Signalkomponenten der JA-Signaltransduktion wurden bezüglich ihrer Rolle in der JA-Ile-unabhängigen Funktion des COI1-Proteins analysiert. Dabei konnte über die Beteiligung der JAZ-Proteine keine Aussage getroffen werden, da eine beschriebene dominant-negative Wirkung des JAZ1∆3-Proteins in dieser Arbeit nicht bestätigt werden konnte. Da-hingegen konnte gezeigt werden, dass Komponenten wie NINJA und MYC2,3,4 keinen Einfluss auf die reprimierende Funktion von COI1 bezüglich der Phosphoglyceratmutase haben. Demnach konnte in dieser Arbeit durch Expressionsanalysen der Phosphoglyceratmutase, einem Schlüsselenzym der Glykolyse, demonstriert werden, dass sich die neue Funktion von COI1 stark von der klassischen und bekannten Funktion als JA-Ile-Rezeptor und Aktivator downstream agierender Prozesse der JA-Signaltransduktion unterscheidet. Es wird postuliert, dass es sich dabei um eine anzestrale Funktion des Proteins handelt, die mit der Entwicklung der JA-Synthese in Pflanzen aufgrund hoher Affinität des Rezeptors zu seinem Liganden in den Hintergrund gestellt wurde.

Die Osteoarthrose ist eine degenerative Erkrankung der Gelenke. Sie zeichnet sich durch eine sukzessive Destruktion des Knorpels sowie der umliegenden Strukturen aus. Die Osteoarthrose ist die häufigste Gelenkerkrankung des Menschen und tritt insbesondere im hohen Lebensalter auf. Schätzungen zu Folge wird Osteoarthrose im Jahr 2020 zu der viert häufigsten Ursache für Erwerbsunfähigkeit aufsteigen. Neben dem Leidensdruck für den Patienten ist dies auch mit erheblichen Kosten für das Gesundheitssystem verbunden. Die natürliche Regeneration des avaskulären hyalinen Knorpels ist aufgrund der geringen Zelldichte und dem niedrigen Metabolismus der Zellen beschränkt. Es fehlt ein Perichondrium das den Knorpel stabilisiert und mit undifferenzierten Mesenchymzellen, als Quelle für frische Chondroblasten bzw. Chondrozyten, versorgt. Das fibrokartilaginäre Ersatzgewebe im erkrankten artikulären Knorpel beherbergt eine Population von Vorläuferzellen mit chondrogenen Eigenschaften. Die Herkunft dieser Zellen ist wenig erforscht. Es wird vermutet, dass diese durch Einsprossungen von Blutgefäßen aus dem subchondralen Knochen in die beschädigten Areale migrieren. Diese chondrogenen Progenitorzellen (CPCs) könnten sich als zugänglich für medikamentöse Therapien zur Stimulation ihres Reperaturpotentials erweisen. In dieser Arbeit sollten Coaktivatoren von dem chondrogenen Transkriptionsfaktor SOX9 oder Corepressoren von dem osteogenen Transkriptionsfaktor RUNX2 identifiziert werden. Dazu wurden CPCs verwendet, die durch siRNA-vermittelten Knockdown von RUNX2 in der Produktion von chondrogenen Faktoren stimuliert werden sollten. Auch der umgekehrte Versuch wurde durchgeführt. Durch den Knockdown von SOX9 sollten osteogene Faktoren stimuliert werden, die als Ziel inhibitorischer Therapien dienen könnten. Dabei konnte zunächst der antagonistische Zusammenhang zwischen SOX9 und RUNX2 in CPCs gezeigt werden. Der Knockdown von RUNX2 führte zu einer Hochregulation von SOX9 und damit zu einer Erhöhung des chondrogenen Potentials der Zellen. Umgekehrt führte der Knockdown von SOX9 zu einer Hochregulation von RUNX2 und damit zu einer Verringerung des chondrogenen Potentials der CPCs. Mithilfe massenspektrometrischer Analysen konnten aus Immunpräzipitationen und Pulldown-Isolaten von SOX9 und RUNX2 eine Vielzahl von Proteinen isoliert werden, die mit Signaltransduktionen und der Transkription in Verbindung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige der möglichen Coaktivatoren von SOX9 in CPCs überexprimiert und mögliche Corepressoren von SOX9 durch siRNA in ihrer Expression inhibiert. Die Überexpression von DDX5, HSPA8, RAB5C und YWHAE führte zu einer Zunahme der Genexpression von SOX9. Während HSPA8 auch eine Zunahme der Genexpression von RUNX2 bewirkte, führte YWHAE zu dessen Herabregulation und damit zu einer Erhöhung des chondrogenen Potentials von CPCs. Durch den Knockdown von LEMD2 und TMPO konnte ebenfalls eine Hochregulation von SOX9 erreicht werden. Ein Anzeichen für die Erhöhung des chondrogenen Potentials bot hierbei zusätzlich die erhöhte Expression der extrazellulären Bestandteile ACAN und die verminderte Expression von COL1A1. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal die Interaktion zwischen SOX9 und DDX5 durch Coimmunpräzipitation untersucht. SOX9 konnte dabei copräzipitiert werden allerdings war der umgekehrte und damit der validierende Versuch nicht erfolgreich und bedarf weiterer Untersuchung, z. B. mithilfe einer anderen Methode wie Yeast-Two-Hybrid, um die tatsächliche Protein-Protein-Interaktion zu bestätigen bzw. um sie auszuschließen. Diese Ergebnisse zeigen, dass mithilfe der affnitätschromatographischen Aufreinigung von SOX9 sowie RUNX2 mögliche Interaktionspartner durch massenspektrometrische Analysen der isolierten Proteinkomplexe identifiziert werden können. Inwieweit diese Proteine direkt auf SOX9 einwirken oder Teil einer übergeordneten Transkriptionsmaschinerie sind muss in weiteren Studien untersucht werden, um die Frage zu beantworten, ob diese auch als potentielles Ziel für therapeutische Maßnahmen in Betracht kommen. Darüber hinaus muss die Frage geklärt werden, inwieweit sich die identifizierten Proteine auf die Expression von nachgeschalteten chondrogenen Faktoren auswirken. Diese Arbeiten könnten einen wichtigen Beitrag in der Entwicklung von neuen Therapeutika gegen Osteoarthrose leisten.

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