Die Funktion von mehrfacher Proteinphosphorylierung für die Etablierung zeitlicher Abfolgen während der Mitose.

• Antragstellerin: Dr. Julia Kamenz
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321115587

In Eukaryoten ist der Übergang zwischen Interphase und Mitose durch eine umfangreiche Umstrukturierung der Zelle gekennzeichnet. Am Ende der Mitose zum Beispiel teilen sich die Schwesterchromatiden, das Chromatin dekondensiert und die Zellkernhülle baut sich wieder auf. Eine fehlerhafte zeitliche Abfolge dieser Prozesse kann den Verlust von genetischer Information oder den Zelltod bedeuten. Den Eintritt und Austritt aus der Mitose steuert die sich ändernde Aktivität der cyclin-abhängigen Kinase (Cdk1), welche Hunderte von Substraten phosphoryliert, häufig an mehreren Aminosäurenseitenketten. Jedoch ist insbesondere in Vertebraten wenig darüber bekannt, wie die Veränderung der Kinaseaktivität dazu führen kann, dass unterschiedliche Substrate mit unterschiedlichen Zeitverläufen phosphoryliert werden und somit zu einer präzise zeitliche Abfolge der zellulären Prozesse führt. Die mehrfache Phosphorylierung eines Proteins könnte dabei einen wirksamen Mechanismus darstellen, um die korrekte Abfolge der Prozesse während des Ein- und Austritts aus der Mitose sicherzustellen. Diese Hypothese werde ich experimentell mithilfe von aus Eiern des afrikanischen Krallenfroschs (Xenopus laevis) gewonnenen Proteinextrakten testen: In den letzten Monaten habe ich das Nukleoporin Nup53 (MP44) als ein geeignetes Cdk1-Substrat identifiziert, anhand dessen sich der Mechanismus der mehrfachen Phosphorylierung in vitro und im Proteinextrakt mithilfe von Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) analysieren lässt. Mit einer Kombination aus NMR Experimenten und biochemischen Analysen werde ich die Phosphorylierungen der einzelnen Aminosäureseitenketten des Protein mit hoher zeitlicher Auflösung verfolgen. Darüber hinaus werde ich die Phosphorylierungs- und Dephosphorylierungsdynamik weiterer Cdk1-Substrate charakterisieren und untersuchen, wie die mehrfache Phosphorylierung dieser Substrate zu den unterschiedlichen zeitlichen Phosphorylierungsverhalten der Proteine beiträgt. Ich werde die experimentellen Erkenntnisse durch mathematische Modelle und Computersimulationen stützen. Ich hoffe dadurch grundsätzliche Mechanismen zu identifizieren, wie zelluläre Prozesse zeitlich akkurat koordiniert werden - Erkenntnisse, die auch auf eine Vielzahl anderer Signalwege übertragbar sein könnten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. James E. Ferrell