XBP1 koordiniert DNA-Schaden-induzierte Stammzellsuppression im intestinalen Epithel durch DDIT4L-vermittelte mTOR-Inhibition

Einleitung:

Vorstudien zeigen, dass RNase H2 die genomische Integrität von intestinalen Stammzellen (ISC) mittels Ribonukleotidexzisionsreparatur bewahrt. Bei RNase H2-Verlust verursachen DNA-Schäden in intestinalen Epithelzellen (IEC) eine p53-gesteuerte, vor intestinaler Karzinogenese schützende ISC-Suppression (Aden, Bartsch et al. 2019). XBP1 kodiert für einen Transkriptionsfaktor, dessen Funktion sich als essenziell für die Resolution von ER-Stress erwiesen hat (Kaser, Lee et al. 2008).

Ziele:

Ziel der Studie ist es, die bisher unbekannte Rolle von XBP1 in der Koordination epithelialer DNA damage responses (DDR) zu analysieren.

Methodik:

Als Modell dienen mit Cytarabin A (AraC) stimulierte, murine intestinale epitheliale ModeK-Zellen (iCtrl und iXbp1), Rnaseh2b/Xbp1 ^fl/fl (WT), Xbp1 ^dIEC , Rnaseh2b ^dIEC, Rnaseh2b/Xbp1 ^dIEC und Rnaseh2b/p53 ^dIEC Mäuse sowie aus diesen Tieren generierte intestinale Organoide. Es werden Immunoblots, Genexpressionsanalysen, Kolonieformierungs- und Zelltodassays durchgeführt; weitere in-vivo Untersuchungen umfassen basale Phänotypisierungen, DSS-Colitis-Modelle sowie histologische Färbungen.

Ergebnis:

Xbp1-Defizienz erhöht AraC-induzierte DNA-Schäden und epithelialen Zelltod in-vitro; Rnaseh2b/Xbp1 ^dIEC Mäuse weisen eine Verstärkung von DNA-Beschädigungen, Zelltod und Darmentzündungen auf. Verglichen mit dem p53-abhängigen Stammzellarrest im Rnaseh2b ^dIEC-Modell bedingt Xbp1-Verlust eine beeinträchtigte ISC-Suppression, welche durch epitheliale Hyperproliferation zu spontaner intestinaler Tumorigenese in Rnaseh2b/Xbp1 ^dIEC Mäusen führt. Die RNA-Sequenzierung von Organoiden zeigt, dass Xbp1 die p53-vermittelte Expression von DNA-Schaden-induzierbaren Genen, wie z.B. Ddit4 l (DNA damage inducible transcript 4 l), reguliert. Mechanistisch steuert Xbp1 eine Ddit4 l-mediierte mTOR-Inhibition, die durch Dephosphorylierung des Translationsinitiators 4E-BP1 epitheliale Proliferation supprimiert. In Rnaseh2b/Xbp1 ^dIEC Organoiden kann durch Rapamycin-vermittelte mTOR-Inhibition die ISC-Suppression wiederhergestellt werden.

Schlussfolgerung:

Unsere Daten implizieren, dass XBP1 intestinale Stammzellfunktionen im Zuge der DDR-Regulation über einen bisher unbekannten p53-abhängigen DDIT4L-mTOR-Feedback-Mechanismus koordiniert.