Transport, Prozessierung und Regulation des Notch Rezeptors
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Notchrezeptor steuert wichtige Entwicklungs- und Differenzierungsvorgänge. Nach Aktivierung wird durch γ-Sekretase die Notch intrazelluläre Domäne (NICD) abgespalten und in den Kern transportiert. Dort wirkt sie mit dem Koaktivator RBP-J als Transkriptionsfaktor. Hyperaktivierung von Notch kann Krebs auslösen, beispielsweise T-ALL (T-Zell akute lymphatische Leukämie). Wir haben in der jetzigen Förderperiode hauptsächlich einen aus einem Bild-basierten Hochdurchsatzscreens gewonnenen neuen Regulator des Notch Transportes untersucht. Das Kernporenprotein Nup214 ist ein negativer Regulator von Notch, indem es am Export von RBP- J aus dem Kern beteiligt ist. Folgende Fragen sollten untersucht werden: Was ist die molekulare Rolle von Nup214 bei der Notch Signaltransduktion? Wie interagiert Nup214 mit RBP-J? Ist der Export von RBP-J aus dem Kern reguliert, z.B. durch Aktivierung von Notch, durch Stress, in unterschiedlichen Differenzierungsstadien? Wir konnten die molekulare Funktion von NUP214 und seines direkten Interaktionspartners NUP88 bei der Notch Signaltransduktion zeigen. Fehlt NUP214 oder NUP88, kann der Koaktivator RBP-J nicht mehr aus dem Kern transportiert werden. Es bindet mehr RBP-J an entsprechende Bindungsstellen auf der DNA, was die Notch-Signaltransduktion erhöht. Wir konnten das anhand von Notch-Reporterassays und ChIP-qPCR zeigen. Eine physiologische Auswirkung der erhöhten Notch-Signaltransduktion ist eine verzögerte oder verringerte Differenzierung von Muskelzellen, was wir in Versuchen mit C2C12 Zellen zeigen konnten. In vivo in Zebrafischen fanden wir heraus, dass Nup214 in frühen Entwicklungsstadien überall, aber verstärkt im ZNS exprimiert wird. In adulten Zebrafischen ist die Expression auf wenige Zelltypen in Ovarien beschränkt. Funktional bestätigten wir die in vitro Befunde, auch in vivo ist Nup214 ein negativer Regulator von Notch. Wir zeigten dies mit Hilfe von verschiedenen Morpholinos. Ein knock-down von Nup214 führt zu einer aktivierten Notch-Signaltransduktion oberund unterhalb des Notochords. Außerdem wurde der Nachweis einer erhöhten Expression eines Notch down-stream Genes im Gehirn geführt. Vorversuche zeigten, dass eine T-ALL auslösende Set-Nup214 Fusion im Kern aggregiert und dort andere Nucleoporine sequestriert, was die Notch Signaltransduktion erhöhen und damit zur Tumorgenese beitragen könnte. Wir konnten das für SET-NUP214 sowie zwei andere Fusionen, DEK-NUP214 und NUP214-ABL zeigen. Alle drei führen zu einer erhöhten Notch- Signaltransduktion. Der Fusionspartner ist dabei nicht von entscheidender Bedeutung, eine erhöhte Notch Aktivierung wurde auch mit GFP- oder FKPB-NUP214 Fusionen gemessen. Abschließend wurden eine in vitro Differenzierung von T-Zellen etabliert und erste Vorarbeiten an Mausmodellen durchgeführt, um den Einfluss der erhöhten Notch-Signaltransduktion durch die NUP214-Fusionsproteine auf die Tumorgenese genauer zu untersuchen. Zusammengefasst konnten wir mit Hilfe der Sachbeihilfe erstmals zeigen, dass die Notch Signaltransduktion auch auf der Ebene des Kernimports/-exports geregelt werden kann. NUP214 und NUP88 sind Kernporenproteine mit einer speziellen Expression in bestimmten Zellen und Geweben. Nup88/Nup214 sind in vitro und in vivo am Kernexport von RBP-J beteiligt und damit negative Notch Regulatoren. Fusionsproteine von NUP214 mit verschiedenen Proteinen sind an der Entstehung von T-ALL beteiligt. Wir konnten erstmals zeigen, dass diese Fusionen Notch aktivieren und dadurch möglicherweise zur Tumorgenese beitragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2016. The Oncogenic Fusion Proteins SET-Nup214 and Sequestosome-1 (SQSTM1)-Nup214 Form Dynamic Nuclear Bodies and Differentially Affect Nuclear Protein and Poly(A)+ RNA Export. J Biol Chem. 291:23068-23083
Port, S.A., A. Mendes, C. Valkova, C. Spillner, B. Fahrenkrog, C. Kaether, and R.H. Kehlenbach
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2019. The nuclear pore proteins Nup88/214 and T-ALL-associated NUP214 fusion proteins regulate Notch signaling. J Biol Chem. 294:11741-11750
Kindermann, B., C. Valkova, A. Kramer, B. Perner, C. Engelmann, L. Behrendt, D. Kritsch, B. Jungnickel, R.H. Kehlenbach, F. Oswald, C. Englert, and C. Kaether
