Mutationen im humanen DNA Mismatch-Reparatur (MMR) Gens Mlh1 sind mit dem erblichen, nicht-polypösen Kolonkarzinom (Lynch Syndrom, HNPCC) und einem signifikanten Anteil sporadischer kolorektaler Tumore assoziiert. Zudem konnten MMR Defekte in sporadischen und erblichen Lymphom Erkrankungen beschrieben werden. In Zellen resultiert die Inaktivierung des Mlh1 Gens in der Akkumulation von somatischen Mutationen im Genom und einer erhöhten Resistenz gegenüber den genotoxischen Effekten einer Vielzahl von DNA schädigenden Agenzien. Mäuse, die ein Null Allel für das MMR Gen Mlh1 tragen zeigen einen starken Tumorprädispositions Phänotyp. Sie entwickeln vorrangig B- und T-Zell Lymphome und mit geringerer Haufigkeit gastrointestinale Tumore. Zusätzlich sind Mlh1-/- Mäuse durch einen meiotischen Phänotyp charakterisiert, der zu Sterilitäten in beiden Geschlechtern führt. Um die Effekte von Mlh1 missense Mutationen auf die Tumoranfälligkeit zu untersuchen, erzeugten wir eine Mauslinie, die die häufig in HNPCC Patienten beschriebene MLH1G67R Mutation tragen, die in einer der ATP Bindungs-Domänen von MLH1 lokalisiert ist. Auch wenn die MLH1G67R Mutation in homozygot mutanten Mäusen in einer DNA Reparatur Defizienz resultierte hatte sie keinen Effekt auf die MMR vermittelte zelluläre Antwort auf DNA Schäden. Hierzu gehörte die apoptotische Antwort von Epithelzellen der intestinalen Mucosa auf Cisplatin, die in Mlh1-/- Mäusen defektiv jedoch in Mlh1G67R/G67R Mäusen normal ausfiel. Mlh1G67R/G67R mutante Mäuse zeigten wie Mlh1-/- Tiere einen starken Tumorprädispositions Phänotyp. Sie entwickelten jedoch im Vergleich zu Mlh1-/- Tieren signifikant weniger gastrointestinale Tumore, was darauf hinweist, dass Mlh1 missense Mutationen die Tumor supprimierende MMR Funktion in einer Gewebs-spezifischen Weise beeinflussen können. Darüber hinaus sind Mlh1G67R/G67R Mäuse, aufgrund der fehlenden Bindungsfähigkeit des MLH1G67R Proteins an die meiotischen Chromosomen im Pachytän Stadium, steril. Dies zeigt, dass die ATPase Aktivität von MLH1 für die Fertilität in Säugern essentiell ist. Diese Untersuchungen belegen, dass die Mlh1G67R Mutation die biologischen MLH1 Funktionen differentiell mit einem eindeutigen Phänotyp beeinflusst. Um die Rolle von MLH1 für die Lymphomagenese detaillierter untersuchen zu können, generierten wir ein neues Mausmodell mit einem konditionellen Mlh1 Allel (Mlh1flox/flox). Das Einkreuzen von transgenen EIIa-Cre Mausen in die Mlh1flox/flox Mauslinie führte zur konstitutiven Inaktivierung von MLH1. Die resultierende Mlh1Δex4/Δex4 Mauslinie zeichnete sich durch MMR Defizienz und einen zu Mlh1-/- Tieren vergleichbaren Tumorprädispositions Phänotyp aus. Zur T-Zell spezifischen MMR Inaktivierung kombinierten wir das Mlh1flox/flox Allel mit dem Lck-Cre Transgen. In den resultierenden Mlh1TΔex4/TΔex4 Mäusen ist die MLH1 Inaktivierung auf doppelt positive und einzel positive Thymozyten und naïve periphere TZellen beschränkt. Die Entwicklung von T-Zell Lymphomen in Mlh1TΔex4/TΔex4 Mäusen ist im Vergleich zu Mlh1-/- Mäusen signifikant reduziert, was eine wichtige, Lymphom supprimierende MMR Funktion in frühen Stadien der T-Zell Entwicklung oder in lymphoiden Vorläuferzellen impliziert. / Mutations in the human DNA mismatch repair (MMR) gene Mlh1 are associated with hereditary nonpolyposis colorectal cancer (Lynch syndrome, HNPCC) and a significant proportion of sporadic colorectal cancer. Furthermore, MMR defects have also been observed in sporadic and hereditary lymphoid malignancies. In cells the inactivation of MLH1 results in the accumulation of somatic mutations in the genome and an increased resistance to the genotoxic effects of a variety of DNA damaging agents. Mice carrying a null allele for the MMR gene Mlh1 show a strong tumor predisposition phenotype. They are preferentially prone to the development of lymphomas of B- and T-cell origin and to a lesser extent gastrointestinal tumors. Additionally Mlh1-/- mice are characterized by a meiotic phenotype leading to male and female sterility. To study the effect of Mlh1 missense mutations on cancer susceptibility, we generated a mouse line carrying the recurrent MLH1G67R mutation that is located in one of the ATP-binding domains of MLH1. Although the MLH1G67R mutation resulted in DNA repair deficiency in homozygous mutant mice, it did not affect the MMR-mediated cellular response to DNA damage, including the apoptotic response of epithelial cells in the intestinal mucosa to cisplatin, which was defective in Mlh1-/- mice but remained normal in Mlh1G67R/G67R mice. Similar to Mlh1-/- mice, Mlh1G67R/G67R mutant mice displayed a strong cancer predisposition phenotype. However, in contrast to Mlh1-/- mice, Mlh1G67R/G67R mutant mice developed significantly fewer intestinal tumors, indicating that Mlh1 missense mutations can affect MMR tumor suppressor functions in a tissue-specific manner. In addition, Mlh1G67R/G67R mice were sterile because of the inability of the mutant Mlh1G67R protein to interact with meiotic chromosomes at pachynema, demonstrating that the ATPase activity of MLH1 is essential for fertility in mammals. These studies demonstrate that the Mlh1G67R mutation differentially affects the biological functions associated with MLH1 with distinct phenotypic effects. To study the role of MLH1 for lymphomagenesis in more detail, we generated a new mouse model carrying a conditional Mlh1 allele (Mlh1flox/flox). Mating of these mice with EIIa-Cre recombinase transgenic mice allowed the constitutive inactivation of MLH1 and the resulting Mlh1Δex4/Δex4 mouse line displays complete MMR deficiency and a cancer predisposition phenotype similar to Mlh1-/- mice. For T-cell specific MMR inactivation we combined the Mlh1flox/flox allele with the Lck-Cre Transgene. In the resulting Mlh1TΔex4/TΔex4 mice, MLH1 inactivation is limited to double positive and single positive thymocytes and naïve peripheral Tcells. The development of T-cell lymphomas in Mlh1TΔex4/TΔex4 mice is significantly reduced compared to Mlh1-/- mice implicating that MMR functions either at very early stages during Tcell development or even earlier in lymphoid precursor cells to suppress lymphomagenesis.

Zusammenfassung Das Myelinprotein P0 stellt eine zentrale Komponente für die Stabilität und Funktionalität der Myelinscheiden des peripheren Nervensystems dar. Mutationen des P0-Proteins führen zu verschiedenen, schwer behindernden peripheren Neuropathien wie der Charcot-Marie-Tooth- oder der Dejerine-Sotas-Erkrankung. Wir haben das Tiermodell der P0-Knock-Out-Mäuse verwendet, um im Vergleich zu den C57BL/6-Wildtyp-Tieren Selektionsmechanismen des P0-spezifischen T-Zell-Repertoires zu untersuchen. Dazu wurde eine Reihe von überlappenden 20-mer-Peptiden benutzt, die die gesamte Aminosäuresequenz von P0 abdeckten. Mit Hilfe dieser Peptide wurde ein sog. „Epitop-Mapping“ der H2-Ab-restringierten T-Zell-Antwort durchgeführt. Auf diese Weise konnte das P0-Peptid 5 (Aminosäure 41-60) in der extrazellulären P0-Domäne als immunogene Determinante identifiziert werden. Dieses immunogene Peptid wurde dann für Untersuchungen der Toleranzmechanismen verwendet und zeigte, dass in P0-Knock-Out-Mäusen ein hochreaktives P0-spezifisches T-Zell-Repertoire vorliegt, während es in Wildtyp-Tieren inaktiviert ist und so Selbsttoleranz erzeugt wird. Die Toleranzerzeugung in Wildtyp- und heterozygoten P0 +/- Mäusen hängt nicht von der Gen-Dosis ab. P0 ist ein gewebespezifisches Antigen, dessen Expression normalerweise auf myelinisierende Schwann-Zellen beschränkt ist. Die klassischen Vorstellungen zu Toleranzmechanismen gegenüber gewebsspezifischen Antigenen schrieben diese vor allem peripheren Immunmechanismen zu. Durch den erstmaligen Nachweis von intrathymischer Expression gewebsspezifischer Antigene wie P0 konnten wir bestätigen, dass für P0 offensichtlich die Expression deutlich weiter verbreitet ist, insbesondere auch auf Thymus-Stroma-Zellen. Unter Verwendung von Knochenmarkschimären haben wir weitere Untersuchungen durchgeführt, wie Knochenmarks-abstammende Zellen im Vergleich zu nicht-hämatopoetischen Zellen Toleranz gegenüber P0 erzeugen können. Unsere Befunde zeigen, dass Knochenmarks-abhängige Zellen nicht ausreichen, um völlige Toleranz zu erzeugen. Zusätzlich wurde eine P0-Expression auf anderen Geweben wie dem Thymus benötigt, um komplette Toleranz zu erhalten. Wir identifizierten ein kryptisches P0-Peptid 8 und zwei subdominante P0-Peptide 1 und 3. Während das Peptid 8 sowohl in Wildtyp- als auch Knock-Out-Mäusen erkannt wurde, wurden die Peptide 1 und 3 in Wildtyp-Mäusen nicht als Immunogen erkannt. Die genannten Peptide wurden verwendet, um eine experimentelle autoimmune Neuritis (EAN) zu erzeugen. Mit keinem der experimentellen Ansätze konnten wir klinische Zeichen einer EAN generieren, allerdings mit dem Peptid 3 doch Entzündung im peripheren Nerven beobachten. Es werden zukünftig weitere Untersuchungen benötigt, um P0-spezifische T-Zell-Linien zu etablieren und so mit höherer Effizienz eine EAN zu erzeugen. Unsere Untersuchungen sprechen dafür, dass bei gentherapeutischen Ansätzen bei erblichen Neuropathien vorsichtig und schrittweise vorgegangen werden muss, da mit sekundärer Autoimmunität und damit Inflammation im peripheren Nerven zu rechnen ist. / Summary Myelin protein zero (P0) is a key myelin component in maintaining the integrity and functionality of the peripheral nervous system. Mutated variants are the cause for several disabilitating peripheral neuropathies such as Charcot-Marie-Tooth disease or Dejerine –Sotas syndrome. Using P0 knockout mice - a mouse model for these diseases - together with their wt counterparts on C57BL/6 background we studied the shaping of the T-cell repertoire specific for P0 in the presence and in the absence of this protein during the ontogeny of T-cells. Our approach was to use a series of overlapping 20-mer peptides covering the entire amino acid sequence of P0. This series of P0 peptides was employed for epitope mapping of the H2-Ab restricted T cell response. Thus, P0 peptide 5 (P0 41-60) in the extracellular domain of P0 was identified as the main immunogenic peptide. The immunogenic peptide containing the core immunodominant determinant in the P0 sequence was employed in studies of tolerance, revealing a highly reactive P0 specific T-cell repertoire in P0 ko mice while in wt mice the high avidity repertoire was inactivated in order to ensure self tolerance. In wild type and heterozygous P0 mice tolerance is not dependent on gene dosage. P0 is a tissue specific antigen whose expression is limited to myelinating Schwann cells. The classical view on tolerance to tissue specific antigens attributed this role to peripheral mechanisms. Driven by the finding that intrathymic expression of tissue-specific antigens is a common occurrence, we confirmed that “promiscuous” expression on thymic stroma holds true also for myelin P0. In addition, using bone marrow chimeras we investigated the capacity of bone marrow derived cells versus nonhematopoietic cells to induce tolerance towards P0. Our findings show that bone marrow derived cells although tolerogenic to some degree are not sufficient to mediate complete tolerance. P0 expression on cells with origin other than bone marrow showed to be sufficient and necessary to induce sound tolerance. We identified one cryptic (P0 peptide 8) and two subdominant epitopes (P0 petides 1, and 3). P0 peptide 8 was reactive in both wt and P0 ko mice. Peptides 1 and 3 were immunogenic in P0 ko but not in wt mice. Several P0 peptides including the immunogenic peptide 5 were involved in direct and adoptive transfer EAN studies. None of them induced clinical signs of EAN. Immunization with P0 peptide 3 did induce inflammation of the peripheral nerves reflected by the infiltration of macrophages and CD3 positive cells. More studies involving highly P0 specific T-cell lines are needed to characterize the P0 induced EAN. Our findings may have direct implications for secondary autoimmunity and inflammation in peripheral nerves developing after correcting the P0 genetic defect by gene therapy in aforementioned diseases.

In dieser Arbeit wird anhand eines Würzburger Studienkollektivs von erblich an Brust-und Ovarialkrebs Erkrankten, das 150 Ratsuchende umfasst, das Risikokalkulationsprogramm Cyrillic 2.13 zur Abschätzung von Mutations- und Erkrankungswahrscheinlichkeiten bei erblichem Brust- und Ovarialkrebs untersucht. Es werden die vom Programm berechneten Mutationswahrscheinlichkeiten mit dem tatsächlichen Mutationsstatus der Probanden verglichen. Außerdem werden Stammbäume der Probanden auf Angehörige 1. und 2. Generation gekürzt, um zu untersuchen, ob dies die errechneten Ergebnisse beeinflusst. Es zeigt sich hierbei jedoch kein signifikanter Unterschied. / The risk calculating programme Cyrillic 2.13 for the likeliness of developing hereditary breast- and ovarian cancer is being examined in 150 Probands of Würzburg who had already been tested for mutations in brca -genes. It was known whether they had or did not have a mutation. The results are being compared to those calculated by Cyrillic 2.13 depending on their pedegree. The probands' pedigrees then were reduced to only first- and second degree relatives in order to figure out whether there is an influence on the calculated mutation rate or not. The results show, that there is no significant difference between the mutation rates offered by the programme compared to those tested for the probands.

Bei einem kleinen Prozentsatz (2–3 %) aller molekulargenetisch untersuchten Hä-mophilie-A-Fälle konnte bislang keine kausale Mutation innerhalb der F8-Gen-Region aufgedeckt werden. Die molekularen Ursachen der Hämophilie dieser Patienten sollten im ersten Teil der vorliegenden Doktorarbeit mittels zusätzlicher Methoden aufgeklärt werden. Bei zwei Patienten mit milder Hämophilie A konnte je ein Basenaustausch im Promotorbereich des F8-Gens identifiziert werden. Um die Kausalität dieser Austausche zu überprüfen, wurden für diese und zwei weitere bereits publizierte Promotor-Mutationen Luciferase-Assays durchgeführt. Diese Ergebnisse machten deutlich, dass die nachgewiesenen Promotor-Mutationen die Aktivität des Promotors deutlich herabsetzen und daher als ursächlich einzustufen sind. Weiterhin wurden die übrigen Patienten auf epigenetische Veränderungen in fünf CpG-Inseln im 5’UTR und Intron 1 des F8-Gens untersucht. Hierbei konnten bei drei Patienten auffällige Methylierungsmuster nachgewiesen werden, wobei diese auf ein Klinefelter-Syndrom und genomische Veränderungen im Intron 1 zurückzuführen sind, nicht jedoch auf einen aberranten Methylierungsstatus, der die FVIII-Expression beeinflussen könnte. Mit Hilfe von mRNA-Untersuchungen konnten bei vier Patienten mit mutmaßlichen F8-Spleißmutationen aberrante F8-Transkripte nachgewiesen werden und somit die Kausalität der Mutationen geklärt werden. Des Weiteren wurden aus der Literatur alle bisher als kausal identifizierten stillen Mutationen und Spleißmutationen zusammengestellt, um mit diesen Ergebnissen die Spleißvorhersage-Software Alamut zu validieren. Die große Mehrzahl (78 %) der Spleißvorhersagen stimmte mit den Resultaten der mRNA-Untersuchungen (zumindest im Trend) überein, während es bei 22 % der Vorhersagen und mRNA-Analysen zu unterschiedlichen Resultaten kam. Innerhalb einer vorangegangenen Diplomarbeit konnten zehn Duplikationsbruch-punkte im F8-Gen von nicht verwandten Hämophilie-A-Patienten aufgeklärt werden. Diese wurden nun mit verschiedenen in-silico-Programmen analysiert, um die Sequenzumgebung der Bruchpunkt genauer zu beschreiben. Die Untersuchung ergab, dass verschiedene Mechanismen zur Entstehung von Duplikationen führen können und vermutlich mehrere Sequenzmotive in direkter Nähe der Bruchpunkte hierzu beitragen. Im Rahmen der molekulargenetischen Hämophilie-A-Diagnostik zum Nachweis von Intron-1- bzw. Intron-22-Inversionen sind einige Patienten mit schwerer Hämophilie A aufgefallen, welche ungewöhnliche Bandenmuster in den analytischen PCRs bzw. Southern-Blots aufwiesen. Mittels MLPA-Analysen wurden bei diesen Patienten Deletionen oder Duplikationen (CNVs) aufgedeckt, die meist allein die auffälligen Bandenmuster nicht erklären konnten. Weitere Long-Range-PCR-Untersuchungen belegten dagegen, dass fünf der untersuchten Fälle auf ein kombiniertes Inversions- und Duplikations- bzw. Deletionsereignis zurückzuführen sind. Als zweiter Teil der Arbeit wurden Transkriptions- und Translationsuntersuchungen von Nonsense-Mutationen des F8-Gens in einem zellulären Expressionssystem durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass trotz Nonsense-Mutation eine komplette F8-Tran¬skrip¬tion stattfindet. Antigenanalysen konnten die Expression von trunkierten Proteinen nachweisen, wenn die Nonsense-Mutationen in der leichten Kette, d.h. den distalen Domänen A3, C1 oder C2, lag. Bei Nonsense-Mutationen in der schweren Kette (den proximalen Domänen A1, A2 oder B) war keine Proteinexpression nachweisbar. Diese Daten konnte durch intrazelluläre Immunlokalisation der trunkierten Proteine bestätigt werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die B-Domäne eine wichtige Rolle bei der Proteinprozessierung spielt, vermutlich indem sie die Bindung von Chaperonen ermöglicht und das FVIII-Protein vor Degradation schützt. / Molecular F8 gene diagnostic procedures fail to reveal any causal mutation in 2–3 % of haemophilia A patients. In the first part of this thesis, DNA samples from these patients were analyzed to identify ‘non canonical’ F8 gene mutations. Two of these patients showed single base substitutions in the promoter region of the F8 gene. These two and two further previously reported nucleotide substitutions were analyzed by luciferase assays for their promoter activities. F8 promoter activity levels were clearly reduced due to the base substitutions illustrating the causality of these promoter mutations. The remaining patients were investigated for methylation aberrations in five CpG is-lands in the 5’UTR and intron 1 of the F8 gene. Three samples with aberrant meth-ylation status were detected, of which one was caused by the second X chromosome in a haemophilia patient with Klinefelter syndrome and the other two were caused by as yet undefined genomic alteration in intron 1. No aberrant methylation status was detected which could have influenced FVIII expression. In four patients with presumptive splice site mutations, mRNA analysis demonstrated the presence of aberrant F8 transcripts and therefore mutation causality could be confirmed. In addition, all experimentally proven silent and splice site mutations were extracted from the literature and the experimental results were compared to those of splice site prediction tools of the software Alamut. In 78 % of cases, splice prediction was found in good agreement with mRNA analyses. In my previous diploma thesis, the duplication breakpoints of ten unrelated haemo-philia A patients with duplications in F8 gene were characterized by PCR and se-quencing. The sequence data flanking the breakpoints were now analyzed with in silico tools in order to identify sequence motifs which could suggest mechanisms for the generation of duplications. These analyses identified several sequence motives which are assumed to contribute to DNA-repair-related rearrangements and sug¬ge-sted different mechanisms to be involved in the origin of duplications. Upon routine molecular diagnostic analysis of F8 intron 1 and intron 22 inversions by PCR or Southern blotting, a few haemophilia A patients with severe phenotype had revealed inconsistent band patterns. Subsequent MLPA analysis in five of these patients identified additional deletions or duplications (CNVs) which could not fully explain the abnormal band patterns. Further long range PCR experiments provided hints to a combination of CNV and inversion events. In the second part of this thesis, in vitro FVIII expression analyses were performed to investigate the impact of nonsense mutations in the F8 gene on transcription and translation. F8 mRNA analyses of both wild type and mutated constructs showed transcription of full-length mRNA. Polyclonal antigen assays were able to detect truncated proteins in cell lysates transfected with F8 constructs carrying nonsense mutations in the distal light chain, i.e. domains A3, C1 or C2. No protein expression was detectable from F8 constructs harbouring nonsense mutations in the proximal heavy chain, i.e. domains A1, A2 or B. These data were confirmed by intracellular immune localization of the truncated proteins. These results suggest an important role of the B domain during intracellular protein processing: it likely enables chaperone binding and thus protects the FVIII protein from degradation.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2005

Universiẗat, Diss., 2005--Giessen.

Universiẗat, Diss.--Jena, 2007.

Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Dresden.

Universiẗat, Diss., 2004--Bielefeld.

Wilms tumor (WT) or nephroblastoma is the most common kidney tumor in childhood. Several genetic alterations have been identified in WT over the past years. However, a clear-cut underlying genetic defect has remained elusive. Growing evidence suggests that miRNA processing genes play a major role in the formation of pediatric tumors, including WT. We and others have identified the microprocessor genes DROSHA and DGCR8 as key players in Wilms tumorigenesis. Exome sequence analysis of a cohort of blastemal-type WTs revealed the recurrent hotspot mutations DROSHA E1147K and DGCR8 E518K mapping to regions important for catalyic activity and RNA-binding. These alterations were expected to affect processing of miRNA precursors, ultimately leading to altered miRNA expression. Indeed, mutated tumor samples were characterized by distinct miRNA patterns. Notably, these mutations have been observed almost exclusively in WT, suggesting that they play a specific role in WT formation. The aim of the present work was to first examine the mutation frequency of DROSHA E1147K and DGCR8 E518K in a larger cohort of WTs, and to further characterize these microprocessor gene mutations as potential oncogenic drivers for WT formation. Screening of additional 700 WT samples by allele-specific PCR revealed a high frequency of DROSHA E1147K and DGCR8 E518K mutations, with the highest incidence found in tumors of high-risk histology. DROSHA E1147K was heterozygously expressed in all cases, which strongly implies a dominant negative effect. In contrast, DGCR8 E518K exclusively exhibited homozygous expression, suggestive for the mutation to act recessive. To functionally assess the mutations of the microprocessor complex in vitro, I generated stable HEK293T cell lines with inducible overexpression of DROSHA E1147K, and stable mouse embryonic stem cell (mESC) lines with inducible overexpression of DGCR8 E518K. To mimic the homozygous expression observed in WT, DGCR8 mESC lines were generated on a DGCR8 knockout background. Inducible overexpression of wild-type or mutant DROSHA in HEK293T cells showed that DROSHA E1147K leads to a global downregulation of miRNA expression. It has previously been shown that the knockout of DGCR8 in mESCs also results in a significant downregulation of canonical miRNAs. Inducible overexpression of wild type DGCR8 rescued this processing defect. DGCR8 E518K on the other hand, only led to a partial rescue. Differentially expressed miRNAs comprised members of the ESC cell cycle (ESCC) and let-7 miRNA families whose antagonism is known to play a pivotal role in the regulation of stem cell properties. Along with altered miRNA expression, DGCR8-E518K mESCs exhibited alterations in target gene expression potentially affecting various biological processes. We could observe decreased proliferation rates, most likely due to reduced cell viability. DGCR8-E518K seemed to be able to overcome the block of G1-S transition and to rescue the cell cycle defect in DGCR8-KO mESCs, albeit not to the full extent like DGCR8-wild-type. Moreover, DGCR8-E518K appeared to be unable to completely block epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). Embryoid bodies (EBs) with the E518K mutation, however, were still able to silence the self-renewal program rescuing the differentiation defect in DGCR8-KO mESCs. Taken together, I could show that DROSHA E1147K and DGCR8 E518K are frequent events in WT with the highest incidence in high-risk tumor entities. Either mutation led to altered miRNA expression in vitro confirming our previous findings in tumor samples. While the DROSHA E1147K mutation resulted in a global downregulation of canonical miRNAs, DGCR8 E518K was able to retain significant activity of the microprocessor complex, suggesting that partial reduction of activity or altered specificity may be critical in Wilms tumorigenesis. Despite the significant differences found in the miRNA and mRNA profiles of DGCR8 E518K and DGCR8-wild-type mESCs, functional analysis showed that DGCR8 E518K could mostly restore important cellular functions in the knockout and only slightly differed from the wild-type situation. Further studies in a rather physiological environment, such as in a WT blastemal model system, may additionally help to better assess the subtle differences between DGCR8 E518K and DGCR8 wild-type observed in our mESC lines. Together with our findings, these model systems may thus contribute to better understand the role of these microprocessor mutations in the formation of WT. / Der Wilms Tumor (WT), auch Nephroblastom genannt, ist der häufigste Nierentumor im Kindesalter. In den letzten Jahren wurden bereits mehrere genetische Veränderungen in Wilms Tumoren festgestellt. Bisher konnte jedoch keine eindeutige genetische Ursache gefunden werden. Immer mehr Erkenntnisse deuten darauf hin, dass miRNA Prozessierungsgene eine wichtige Rolle bei der Entstehung von pädiatrischen Tumoren, einschließlich von WT, spielen. Uns ist es gelungen die Mikroprozessor-Gene DROSHA und DGCR8 als entscheidende Faktoren in der WT-Entstehung zu identifizieren. Mit Hilfe der Exom-Sequenzierung einer Kohorte blastemreicher Wilms Tumoren konnten die wiederkehrenden Hotspot-Mutationen DROSHA E1147K and DGCR8 E518K gefunden werden. Diese Mutationen betreffen Regionen, die für die katalytische Aktivität und die Bindung von RNA wichtig sind. Diese Veränderungen beeinflussen vermutlich die Prozessierung von Vorläufer-miRNAs und führen letztendlich zu einer veränderten miRNA Expression. In der Tat waren mutierte Tumorproben durch auffällige Expressionsmuster gekennzeichnet. Bemerkenswerterweise wurden diese Mutationen fast ausschließlich in WT beobachtet, was darauf hindeutet, dass sie eine spezifische Rolle bei der Entstehung von WT spielen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zunächst die Mutationshäufigkeit von DROSHA E1147K und DGCR8 E518K in einer größeren Kohorte von Wilms Tumoren zu untersuchen und anschließend diese Mikroprozessor-Genmutationen als mögliche onkogene Treiber für die WT-Entstehung näher zu charakterisieren. Das Screening von zusätzlichen 700 WT-Proben mittels allelspezifischer PCR ergab eine hohe Häufigkeit von DROSHA E1147K und DGCR8 E518K Mutationen. Dabei traten sie vermehrt bei Tumoren mit einer Hochrisikohistologie auf. Die DROSHA E1147K Mutation wurde in allen Fällen heterozygot exprimiert, was einen dominant-negativen Effekt impliziert. Im Gegensatz dazu zeigte die DGCR8 E518K Mutation ausschließlich eine homozygote Expression, was darauf hindeutet, dass die Mutation rezessiv wirkt. Um die Mutationen des Mikroprozessorkomplexes in vitro funktionell zu untersuchen, generierte ich stabile HEK293T-Zelllinien mit induzierbarer Überexpression von DROSHA E1147K, und stabile embryonale Mausstammzelllinien mit induzierbarer Überexpression von DGCR8 E518K. Um die in WT beobachtete homozygote Expression nachzustellen, wurden für die Erzeugung der DGCR8-Zelllinien Mausstammzellen mit einem DGCR8-Knockout verwendet. Die induzierbare Überexpression von Wildtyp oder mutiertem DROSHA in HEK293T-Zellen zeigte, dass DROSHA E1147K zu einer globalen Herunterregulierung der miRNA-Expression führt. Es wurde zuvor gezeigt, dass der Knockout von DGCR8 in Mausstammzellen ebenfalls zu einer signifikanten Herunterregulierung kanonischer miRNAs führt. Die induzierbare Überexpression von Wildtyp DGCR8 konnte diesen Prozessierungsdefekt aufheben. DGCR8 E518K führte dagegen nur zu einer partiellen Behebung des Prozessierungsdefekts. Differenziell exprimierte miRNAs umfassten hierbei Mitglieder aus der stammzellspezifischen ESCC-Familie und der let-7-miRNA-Familie, deren Antagonismus bekanntermaßen eine bedeutende Rolle bei der Regulation von Stammzelleigenschaften spielt. Zusammen mit einer veränderten miRNA-Expression zeigten DGCR8-E518K-Zellen Veränderungen in der Zielgenexpression, welche möglicherweise verschiedene biologische Prozesse beeinflussen können. Wir konnten verringerte Proliferationsraten beobachten, höchstwahrscheinlich aufgrund einer verringerten Lebensfähigkeit der Zellen. DGCR8-E518K schien in der Lage zu sein, den Block des G1-S Übergangs zu überwinden und den Zellzyklusdefekt in DGCR8-KO-Zellen zu beheben, wenn auch nicht in vollem Umfang wie Wildtyp DGCR8. Darüber hinaus schien DGCR8-E518K nicht in der Lage zu sein, die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) vollständig blockieren zu können. Embryoid-Körper (EBs) mit der E518K Mutation konnten das Selbsterneuerungsprogramm jedoch noch unterdrücken und somit den Differenzierungsdefekt in DGCR8-KO-Zellen beheben. Zusammenfassend konnte ich zeigen, dass DROSHA E1147K und DGCR8 E518K häufige Mutationen in WT sind und dabei am häufigsten in Hochrisiko-Tumoren vorkommen. Jede dieser Mutationen führte in vitro zu einer veränderten miRNA-Expression, was unsere vorherigen Befunde in Tumorproben bestätigte. Während die DROSHA E1147K Mutation zu einer globalen Herunterregulierung kanonischer miRNAs führte, konnte die DGCR8 E518K Mutation die Aktivität des Mikroprozessorkomplexes größtenteils wiederherstellen, was darauf hindeutet, dass eine teilweise Verringerung der Aktivität oder eine veränderte Spezifität bei der WT-Entstehung kritisch sein könnte. Trotz der signifikanten Unterschiede in den miRNA- und mRNA-Profilen von DGCR8-E518K- und DGCR8 Wildtyp-Zellen, ergab die Funktionsanalyse, dass DGCR8 E518K viele wichtige Zellfunktionen im Knockout wiederherstellen konnte und sich nur geringfügig von der Wildtyp-Situation unterschied. Weitere Studien unter physiologischeren Bedingungen, wie beispielsweise in einem WT-Blastem-Modellsystem, könnten zusätzlich helfen, die in unseren Mausstammzelllinien beobachteten feinen Unterschiede zwischen DGCR8 E518K und DGCR8 Wildtyp besser bewerten zu können. Zusammen mit unseren Erkenntnissen könnten diese Modellsysteme somit dazu beitragen, die Rolle dieser Mikroprozessormutationen bei der WT-Entstehung besser zu verstehen.