Molekulare Mechanismen der Gli Protein Aktivierung durch den Hedgehog Signaltransduktionsweg und in Hedgehog-autonomen Tumoren.

• Antragsteller: Dr. Hermann Broder Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282919647

Die Transkriptionsfaktoren der Gli-Familie sind die finalen Exekutoren des Hedgehog (Hh) Signaltransduktionswegs, welcher die Entwicklung der Gliedmaßen und die Etablierung der dorso-ventralen Achse des Neuralrohrs reguliert. Unkontrollierte Hh Aktivität hingegen resultiert in konstitutiv-aktiven Gli-Proteinen und kann somit zur Entstehung verschiedener Krebsarten in Kindern und Erwachsenen führen. Normalerweise werden Gli-Proteine auf drei Ebenen reguliert. In der Abwesenheit von Hh-Signalen werden sie von ihrem Interaktionspartner Suppressor of Fused (SuFu) im Cytoplasma zurückgehalten, was ihre effiziente Phosphorylierung durch die Protein Kinase A (PKA) und anschließenden teilweisen Abbau durch das Proteasom-System erlaubt. Die verbleibenden Fragmente gehen in den Zellkern und fungieren dort als Transkriptionsrepressoren (GliR). Wird der Hh Signalübertragungsweg jedoch aktiviert, so wandern die Gli-SuFu Komplexe in das primäre Cilium und dissoziieren hier vermutlich. Die befreiten Gli-Einheiten treten daraufhin in den Zellkern ein, wo sie nun als Transkriptionsaktivatoren (GliA) fungieren. Interessanterweise sind die aktivierten Gli-Proteine im Zellkern hyper-phosphorylierte, kurzlebige Spezies, die umgehend von nukleären Proteasomen degeneriert werden. Obgleich ihrer zentralen Bedeutung sind diese Regulationsebenen von Gli-Proteinen nur unvollständig verstanden. Das gilt insbesondere für die geordnete Dissoziation des Glli-SuFu Komplexes und die Kontrolle der GliA Aktivität im Zellkern. Das hier beschriebene Forschungsvorhaben hat zum Ziel, die Aktivierungsschritte von Gli-Proteinen im Cytoplasma, Cilium und Zellkern zu klären. Konkret möchte ich erstens testen, wie die Phosphorylierung von Gli durch PKA im Cytoplasma die Komplexbildung mit SuFu und die Translokation des Gli-SuFu Komplexes in das Cilium beeinflusst. Dazu werde ich phospho-mimetische und -defekte Gli Mutanten herstellen und untersuchen, ob diese weiterhin (i) SuFu binden, (ii) in das Cilium eintreten und (iii) in der Hh Signaltransduktionskette aktiv sein können. Zweitens werde ich vielfältige biochemische Methoden (insbesondere Chromatin-Immunopräzipitation) nutzen, um die funktionale Bedeutung von Hyperphosphorylierung und Metastabiltät aktivierter Gli Transkriptionsfaktoren im Zellkern zu klären. Von besonderem Interesse ist, inwiefern diese Modifizierungen die Rekrutierung und/oder Aktivität von Gli-Proteinen an ihre Promoter-Regionen beeinflussen. Zuletzt werde ich umfassende genetische (CRISPR-)Screens durchführen, um bislang unbekannte Faktoren zu identifizieren, die an der Regulation von Gli-Proteinen beteiligt sind. Zusammengenommen wird meine Arbeit nicht nur zu unserem Verständnis der Gli-Protein Regulation beitragen, sondern auch Einblicke in die Funktion von primären Cilien und die Transkriptionsregulation durch Proteasomen ermöglichen. Darüber hinaus zielt sie auf die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung von Hh-getriebenen Tumoren ab.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Rajat Rohatgi