Charakterisierung und funktionelle Analyse der Interaktion zwischen Polo-like Kinase 1 und mitotischem Zentromer-assoziierten Kinesin

• Antragstellerin: Professorin Dr. Juping Yuan
• Fachliche Zuordnung: Gynäkologie und Geburtshilfe
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188052775

Eine der grundlegendsten Veränderung von Krebszellen gegenüber Normalzellen besteht im Verlust der Zellzykluskontrolle. Die beiden mitotischen Kinasen Cyclin-abhängige Kinase 1 (Cdk1) und Polo-like Kinase 1 (Plk1) sind Schlüsselregulatoren, die den korrekten Verlauf der Mitose gewährleisten. Während Cdk1 essentiell für den Eintritt in die Mitose ist, wird Plk1 in vielen Phasen der Mitose benötigt. Die Deregulation von Cdk1 sowie Plk1 ist mit der Tumorgenese assoziiert und mitverantwortlich für die aggressive Proliferation von Tumorzellen. Die Mechanismen durch die die mitotischen Kinasen den Zellen ermöglichen, diese Kontrollpunkte zu überschreiten, und somit zur genetischen Instabilität sowie zur Förderung neoplastischer Transformation führen, sind noch nicht völlig aufgeklärt. Das mitotische Zentromer-assoziierte Kinesin MCAK, das zur Sicherstellung genetischer Integrität beiträgt, ist entscheidend an der Regulation der Mikrotubuli-Dynamik und der Korrektur falsch geschlossener Kinetochor-Mikrotubuli-Verbindungen beteiligt. Neueste Studien haben gezeigt, dass die Lokalisation und Aktivität von MCAK an den Zentromeren/Kinetochoren von der Aurora Kinase B kontrolliert wird. MCAK findet sich auch reichlich im Zytosol und an den Zentrosomen, wobei die regulatorischen Mechanismen hierfür unklar sind. Hinzu kommt noch, dass MCAK während der Mitose abgebaut wird. Da sowohl Überexpression als auch Hemmung von MCAK die Mikrotubuli-Dynamik auf fatale Weise stören, kommt der Klärung dieser Abbaumechanismen eine entscheidende Bedeutung zu. Wir haben herausgefunden, dass Cdk1 T537 in der Motordomäne von MCAK phosphoryliert, wodurch die Mikrotubuli eine erhöhte Stabilität aufweisen. Diese Phosphorylierung durch Cdk1 löst MCAK in der frühen Mitose von den Zentrosomen ab und sorgt für eine korrekte Spindelbildung. Die Expression des MCAK T537E, die phosphorylierung-mimetische Form, verringert den interzentromeren Abstand und arretiert die Zellen in der Mitose. Weitere Analysen belegen, dass eine Beeinträchtigung dieser Regulation zu anomaler Spindelform und schwerwiegenden Fehlern bei der Ausrichtung der Chromosomen führt. Folglich wirkt Cdk1, vor allem während der Mitose, als wichtiger Regulator von MCAK. Wir haben beobachtet, dass die Suppression von Plk1 eine Erhöhung der MCAK Proteinexpression verursacht. Zudem interagiert Plk1 mit Flag-gekoppeltem MCAK während der Mitose. Darüber hinaus phosphoryliert Plk1 den C-Terminus von MCAK. Diese Erkenntnisse ziehen weitere Fragen nach sich, zeigen neue Herausforderungen auf, denen wir uns im Rahmen dieses Antrags stellen wollen: 1. Charakterisierung der Interaktion zwischen Plk1 und MCAK sowie Identifikation der Phosphorylierungsstelle(n) in MCAK durch Plk1. 2. Analyse der funktionellen Bedeutung der Phosphorylierung von MCAK durch Plk1, in Verbindung mit der Regulation von MCAK durch mehrere mitotische Kinasen. 3. Zur Überprüfung, ob die Interaktion zwischen Plk1 und MCAK hemmbar ist. Plk1 und MCAK sind wichtig für den genauen Ablauf der Chromosomentrennung und zur Aufrechterhaltung der chromosomalen Stabilität. Diese Arbeit wird wesentlich dazu beitragen, das Gesamtbild zu vervollständigen, wie MCAK zeitlich und räumlich durch Plk1 und andere mitotische Kinasen kontrolliert. Angesichts der entscheidenden Rolle von Plk1 in der tumorgenese glauben wir, dass diese Arbeit die molekularen Mechanismen, wie die Deregulation von Plk1 zur genetischen Instabilität führt und die Transformation von Zellen fördert, aufklären wird. Ferne, mehrere spezifische Plk1 Inhibitoren, die eine neue Strategie der molekularen Intervention repräsentieren, werden bereits in klinischen Studien getestet. Die vorliegende Untersuchung wird zu neuem Kenntnis der Krebshemmenden Mechanismen der Plk1 Inhibitoren führen und überdies Voraussagen über die Konsequenzen der Plk1 Inhibition während der Chemotherapie erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen