Wir leben in einer Welt voller Viren, Bakterien und Parasiten. Ungefaehr 500 bis
1000 verschiedene Bakterien sind in unserem Verdauungstrakt oder auf unserer
Haut angesiedelt. Viele dieser Mikroorganismen gehen eine Symbiose mit
unserem Koerper ein. Sie tragen so bei zur Produktion von Vitaminen und
anderen nuetzlichen Stoffwechselprodukten. Zusaetzlich zu diesen eher
nutzbringenden Mikroorganismen, die unseren Organismus bereits von Geburt
an besiedeln, sind wir zu jeder Zeit einer Vielzahl an krankheitserregenden
Mikroorganismen ausgesetzt. Sie besitzen die Faehigkeit, in unseren
Organismus einzudringen und uns zu schaden. Trotz des ueberwaeltigenden
Aufkommens dieser Krankheitserreger in unserer Umwelt sind die meisten von
uns durch unser Immunsystem vollstaendig vor Infektionen mit diesen Keimen
geschuetzt. Zusaetzlich zu spezialisierten Zellen des Immunsystems – zum
Beispiel Lymphocyten und Macrophagen – besitzt jede Zelle unseres Koerpers
die Faehigkeit, auf Pathogene zu reagieren. Der Kontakt zwischen Epithelzellen
der Lunge, des Vedauungstrakts oder der Haut mit diesen Eindringlingen fuehrt
zur Produktion von biologisch aktiven Komponenten, die Krankheitserreger
unschaedlich machen koennen. Solche zellulaeren Reaktionen gegenueber
infektioesen Keimen muessen streng reguliert sein, da eine ungenuegende oder
zu starke Immunantwort die Ursache fuer eine lebensbedrohliche
Immunodefizienz oder Autoimmunitaet sein kann.
In meiner Doktorarbeit habe ich mich darauf fokussiert, die Mechanismen zu
verstehen, die die Genexpression waehrend einer angeborenen Immunantwort
auf bestimmte Krankheitserreger kontrollieren. Die Effizienz einer solchen
Immunantwort haengt stark von der Geschwindigkeit und dem Umfang der
Transkription von Genen ab, welche Proteine kodieren, die zur Abwehr von
Pathogenen beitragen. Dabei haengen Staerke und Kinetik der Genexpression
deutlich von der Zugaenglichkeit dieser Gene fuer Transkriptionsfaktoren ab, die
waehrend der Immunantwort aktiviert werden. Um Gentranskription zu starten,
muessen die Transkriptionsfaktoren Zugang zu den Promotoren erlangen, die inunstimulierten Zellen “geschlossen” sind, waehrend einer Infektion jedoch eine
“offene” Konformation annehmen und somit fuer Transkriptionsfaktoren
zugaenglich sind. Es ist wohl bekannt, dass die Zugaenglichkeit der Promotoren
fuer Transkriptionsfaktoren durch Chromatin reguliert wird. Die Mechanismen,
die fuer das “Oeffnen” oder “Schliessen” der Chromatinkonformation waehrend
einer Infektion veantwortlich sind, sind jedoch bisher kaum verstanden. In meiner
Arbeit befasse ich mich mit Mechanismen, die beschreiben, wie Chromatin die
Expression von proinflammatorischen Zytokinen regulieren kann. Dabei ist es
gelungen, den epigenetischen Mechanismus zu identifizieren, der zur
Unterdrueckung der Transkription von Typ-I IFN Genen und einer Vielzahl von
Interferon-stimulierten Genen in nicht-infizierten Zellen beitraegt. Die Histon-
Methyltransferase G9a, die fuer die Platzierung der inhibitorischen
Histonmodifizierung H3K9me2 in Euchromatin verantwortlich ist, spielt eine
Schluesselrolle fuer die Regulation dieser Gene. Dieses Ergebnis deutet auf die
Moeglichkeit hin, die Transkription von Typ-I IFN Genen durch den Einsatz von
synthetischen Inhibitoren von G9a zu erhoehen und so gegen chronische
Virusinfektionen wie Hepatitis C vorzugehen.
Zusaetzlich wurde der Einfluss von niedermolekularen pharmakologischen
Inhibitoren untersucht, die die Chromatin-abhaengige Elongation der mRNA
spezifischer pro-inflammatorischer Gene verhindern. Diese synthetischen
Molekuele binden spezifisch an die Acetyl-Lysin-Bindetasche von wenigen
verwandten Histon-Bindeproteienen und blockieren so deren Bindung an
acetylierte Histone. Dies verhindert wiederum die Expression bestimmter proinflammatorischer
Gene. Die Resultate dieser Arbeit praesentieren ein neues
Konzept fuer die Regulierung der Expression pro-inflammatorischer Gene.
Zusammengefasst zeigen die Experimente meiner Arbeit, wie das Verstaendnis
der Grundmechanismen zur Regulation der Genexpression durch Chromatin zu
neuen therapeutischen Ansaetzen fuehren kann.

We found that the HMTase G9a, that catalyzes H3K9me2 in euchromatin, plays
a key modulatory role in type I IFN expression. This finding raises the possibility
of targeted intervention with type I IFN expression by using small synthetic
inhibitors of G9a. Given the overall minimal negative effect of G9a-deficiency on
differentiated cells, the short-term suppression of G9a could be used to
potentiate type I IFN expression during chronic viral diseases such as
hepatitis C.
Accordingly, pharmacological enhancement of methylation, for example by
inhibition of the H3K9me2 specific demethylases, could be potentially used to
attenuate type I IFN expression and help to control chronic inflammatory and
autoimmune conditions. The mechanism responsible for canvassing the
epigenetic profile of type I IFN expressing cells are not known. It is plausible, that
similar to neurons, where G9a is targeted to specific loci with the help of noncoding
RNAs, IFN expressing cells possess similar mechanisms to target
H3K9me2 demethylating enzymes to type I IFN loci, thus keeping these loci
accessible for IFN-inducing transcription factors. Identification of non-coding
RNAs that may contribute to the establishment of the epigenetic state of IFN
producing cells will provide a further opportunity for targeted manipulation of IFN
expression.
In my thesis, I describe the collaborative experiments that show the ability of
synthetic compounds that interfere with the histone readers to suppress
inflammation. Our results present a novel concept for the regulation of
inflammatory gene expression. The diversity of histone readers and the
combinatorial nature of regulation of gene transcription may provide an
opportunity for highly selective interference with disease associated
transcriptional programs by interfering with specific readers. In the future we plan
to address the therapeutic potential of BET antagonists in autoimmune and
chronic inflammatory conditions.In summary, the experiments described in my thesis provide an example of how
the understanding of the basic mechanisms of chromatin control of gene
expression can facilitate novel therapeutic approaches that target chromatin.