Eine veränderte Mikrotubuli Plusend-Dynamik als ein zentraler Mechanismus einer chromosomalen Instabilität in humanen Krebszellen

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Bastians
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266656343

Die fortwährende Fehlverteilung von Chromosomen während der Mitose wird als chromosomale Instabilität (CIN) bezeichnet und stellt ein Haupt-Charakteristikum von humanen Tumorzellen dar. CIN führt zu einer sich ständig weiterentwickelnden Aneuploidie, die eine erhöhte Anpassungsfähigkeit von Tumorzellen vermitteln kann und so zur Tumorgenese und Tumorprogression beitragen könnte. Trotz der zentralen Bedeutung dieses Phänotyps sind die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen in Krebszellen bisher unklar. Unsere jüngsten Arbeiten konnten nun einen weit verbreiteten Schlüsselmechanismus zur Entstehung von CIN identifizieren. Dabei führt eine erhöhte Mikrotubuli-Assemblierungsrate zu transienten Defekten bei der Ausbildung der mitotischen Spindel, was nachfolgend in fehlerhaften Mikrotubuli-Kinetochor-Anheftungen und Chromosomen-Fehlverteilungen resultiert. Wir haben die onkogene Aurora-A Kinase als einen zentralen Mediator dieses Phänotyps identifiziert und gezeigt, dass die Aktivität dieser Kinase an mitotischen Zentrosomen durch den CHK2-BRCA1 Tumorsuppressor-Signalweg negativ reguliert wird. Es ist jedoch bisher nicht bekannt, wie CHK2-BRCA1 eine Aurora-A Hyper-Aktivität beschränken und wie eine erhöhte Aurora-A Aktivität zu einer erhöhten Dynamik an Mikrotubuli-Plusende und zu Chromosomen-Fehlverteilungen führen kann. Da dieser Phänotyp aber häufig in Tumorzellen detektierbar ist und direkt zur Induktion von CIN beiträgt, ist es von größter Bedeutung, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die eine normale Mikrotubuli-Dynamik in der Mitose sicherstellen und zu entschlüsseln, wie eine erhöhte Assemblierung von Mikrotubuli Plusenden eine Chromosomen-Fehlverteilung induzieren kann. Diesen zentralen Fragestellungen wollen wir uns in diesem Projekt widmen. Wir wollen untersuchen, wie die CHK2-BRCA1 Tumorsuppressoren die Aktivität von Aurora-A negativ reguliert und wollen analysieren, wie die erhöhte Mikrotubuli-Dynamik zu Defekten beim Spindelaufbau, bei der Zentrosomen-Positionierung und bei der Mikrotubuli-Kinetochor Interaktion führen kann. Um weitere Gene zu identifizieren, die den Phänotyp einer erhöhten Mikrotubuli-Dynamik als Grundlage für die Induktion von CIN vermitteln, wollen wir großangelegte siRNA Screens durchführen, die einen neuen Phänotyp-basierenden Assay nutzen, der in unserem Labor vor kurzem zur Identifizierung von Mikrotubuli-Assemblierungsfaktoren entwickelt wurde. Diese neu identifizierten Mikrotubuli-Dynamik Regulatoren werden auf ihre Funktion während der Mitose und auf ihre Veränderung in Tumorzellen charakterisiert. Die von uns geplanten Studien haben das Ziel, eine erhöhte Mikrotubuli-Dynamik als Grundlage des CIN-Phänotyps in humanen Tumorzellen molekular zu charakterisieren und Gene zu identifizieren, die in humanen Krebszellen diesen Defekt vermitteln können. Solche CIN-Gene könnten wichtige Zielstrukturen für die Tumor-Therapie darstellen, um den Tumor-promovierenden CIN-Phänotyp therapeutisch zu unterdrücken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen