Megakaryozyt

Transkriptionelle Regulierung der Thrombozytenbildung

Die Entwicklung von Megakaryozyten und die Bildung von Thrombozyten werden durch die koordinierte Wirkung von Transkriptionsfaktoren gesteuert, die spezifisch die Gene von Megakaryozytenvorläufern anschalten oder die Expression von Genen unterdrücken, die andere Zelltypen unterstützen.22 Durch Gen-Targeting-Studien an Mäusen wurden mehrere Gene identifiziert, die für die Entwicklung von Megakaryozyten und die Thrombozytenbildung entscheidend sind. Die Liste der Transkriptionsfaktoren, die bei der Reifung der Megakaryozyten und der Biogenese der Blutplättchen eine wesentliche Rolle spielen, wird von dem basischen Leuzin-Zipper-Heterodimer NF-E2 angeführt. NF-E2 ist ein Protein, das aus einer ubiquitär exprimierten 18-20-kDa small-Maf-Untereinheit und einer p45-Untereinheit besteht, die auf erythroide und megakaryozytäre Linien beschränkt ist. Obwohl postuliert wurde, dass NF-E2 ein Transkriptionsfaktor ist, der spezifisch die Expression von Genen steuert, die für die Erythropoese wichtig sind, zeigen Mäuse, denen p45 NF-E2 fehlt, keine Defekte in der Erythropoese. Stattdessen sterben Mäuse, denen die p45-Untereinheit oder zwei der kleinen Maf-Untereinheiten fehlen, kurz nach der Geburt an Blutungen, weil ihnen die zirkulierenden Blutplättchen völlig fehlen. Obwohl Megakaryozyten eine normale Endomitose durchlaufen und sich als Reaktion auf TPO vermehren, produzieren Mäuse, denen p45 NF-E2 fehlt, eine erhöhte Anzahl von Megakaryozyten, die größer als normal sind, weniger Granula enthalten, ein stark desorganisiertes DMS aufweisen und in vitro keine Prothrombozyten bilden, ein Phänotyp, der auf eine späte Blockade der Megakaryozytenreifung hinweist. Daher scheint NF-E2 die Transkription einer begrenzten Anzahl von Genen zu steuern, die an der zytoplasmatischen Reifung und der Bildung von Blutplättchen beteiligt sind. Shivdasani und Kollegen haben eine subtrahierte cDNA-Bibliothek erstellt, die mit Transkripten angereichert ist, die in Megakaryozyten mit NF-E2-Knockout herunterreguliert sind. Mit diesem Ansatz haben die Forscher begonnen, die nachgeschalteten Ziele von NF-E2 zu identifizieren und ihre Rolle in den Endstadien der Megakaryozytendifferenzierung zu analysieren. Zu den mutmaßlichen Transkriptionszielen von NF-E2 gehören β1-Tubulin, Thromboxan-Synthase und Proteine, die die Inside-Out-Signalübertragung über αIIbβ3-Integrin regulieren. Das Zinkfingerprotein GATA1 ist ebenfalls ein Transkriptionsfaktor, der eine entscheidende Rolle bei der Expression von Genen spielt, die für die Reifung von Megakaryozyten wichtig sind. Im Gegensatz zu NF-E2, das die spätere Phase der Megakaryozytenentwicklung zu steuern scheint, funktioniert GATA1 jedoch in mehreren Entwicklungsstadien. Ursprünglich ging man davon aus, dass GATA-Proteine die Reifung der roten Blutkörperchen regulieren, da die genetische Unterbrechung des GATA1-Gens bei Mäusen zu embryonaler Letalität infolge einer Blockade der Erythropoese führt. Mehrere neuere Beobachtungen weisen jedoch darauf hin, dass GATA1 auch die Differenzierung von Megakaryozyten reguliert. Erstens induziert die forcierte Expression von GATA1 in der frühen myeloischen Zelllinie 416b die Megakaryozytendifferenzierung. Zweitens verwendeten Shivdasani und Kollegen die gezielte Mutagenese von regulatorischen Elementen innerhalb des GATA1-Lokus, um Mäuse mit einem selektiven Verlust von GATA1 in der Megakaryozyten-Linie zu erzeugen. Diese Knockdown-Mäuse exprimierten ausreichende Mengen von GATA1 in erythroiden Zellen, um die durch Anämie verursachte embryonale Letalität zu umgehen. Ein GATA1-Mangel in Megakaryozyten führt zu schwerer Thrombozytopenie. Die Zahl der Blutplättchen ist auf etwa 15 % des Normalwerts reduziert, und die wenigen zirkulierenden Blutplättchen sind rund und größer als normal. Diese Mäuse haben eine erhöhte Anzahl kleiner Megakaryozyten, die eine beschleunigte Proliferationsrate aufweisen. Das kleine zytoplasmatische Volumen der GATA1-defizienten Megakaryozyten enthält typischerweise einen Überschuss an rauem endoplasmatischem Retikulum, sehr wenige plättchenspezifische Granula und ein unterentwickeltes oder desorganisiertes DMS, was darauf hindeutet, dass die Reifung der Megakaryozyten in GATA1-defizienten Megakaryozyten gestoppt ist.

Eine Familie mit X-chromosomaler dyserythropoetischer Anämie und Thrombozytopenie aufgrund einer Mutation in GATA1 wurde beschrieben. Eine Ein-Nukleotid-Substitution im N-terminalen Zinkfinger von GATA1 hemmt die Interaktion von GATA1 mit seinem essentiellen Cofaktor, dem Friend of GATA1 (FOG). Obwohl die Megakaryozyten in den betroffenen Familienmitgliedern reichlich vorhanden sind, sind sie ungewöhnlich klein und weisen mehrere abnormale Merkmale auf, darunter ein reichlich vorhandenes glattes endoplasmatisches Retikulum, ein unterentwickeltes DMS und ein Mangel an Granula. Diese Beobachtungen deuten auf eine wesentliche Rolle der FOG1-GATA1-Interaktion bei der Thrombopoese hin. Die genetische Eliminierung von FOG in Mäusen führte unerwarteterweise zu einer spezifischen Ablation der Megakaryozytenlinie, was auf eine GATA1-unabhängige Rolle von FOG in den frühen Stadien der Megakaryozytenentwicklung hindeutet; daher sind GATA1 und FOG für die Erzeugung von Megakaryozyten aus einem gemeinsamen bipotentiellen Vorläufer erforderlich.

Mehrere Knockout-Mäuse deuten auch auf eine Rolle für zusätzliche Transkriptionsfaktoren in der Megakaryozytenentwicklung hin. Mäuse, die eine Null-Mutation in Fli-1 tragen, einem Mitglied der ETS-Familie der geflügelten Helix-Turn-Helix-Transkriptionsfaktoren, die purinreiche Sequenzen in Genpromotoren binden, weisen Defekte in der Megakaryozytenentwicklung auf. Megakaryozyten, die aus Mäusen ohne Fli-1 kultiviert wurden, weisen eine geringere Anzahl von α-Granula, eine Desorganisation der Abgrenzungsmembranen und eine Verringerung der Größe auf. Mäuse, denen das hämatopoetische Zinkfingerprotein (Hzf) fehlt, ein Transkriptionsfaktor, der vorwiegend in Megakaryozyten exprimiert wird, weisen eine geringere Anzahl von α-Granula in Megakaryozyten und Blutplättchen auf. Daher reguliert Hzf möglicherweise die Transkription von Genen, die an der Synthese von α-Granulatbestandteilen und/oder deren Verpackung in α-Granula beteiligt sind. SCL, ein Basic Helix-Loop-Helix-Transkriptionsfaktor, der ursprünglich in einer Untergruppe der menschlichen T-Zell-Leukämie mit multilinearen Eigenschaften identifiziert wurde, scheint ebenfalls entscheidend für die Megakaryopoese zu sein. Die Ergebnisse der Deletion von SCL in Mäusen deuten darauf hin, dass dieser Transkriptionsfaktor für eine ordnungsgemäße erythroide und megakaryozytäre Entwicklung erforderlich ist.