Mechanismen von Nonstop Mutationen in Tumor-Suppressor-Genen

• Antragsteller: Professor Dr. Sven Diederichs
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397982491

Krebs ist meist eine Erkrankung des Genoms, für die Missense und Nonsense Punktmutationen oder Kopienzahl-Änderungen untersucht wurden.Für unser vorhergehendes Projekt berichten wir die Entdeckung der funktionellen Relevanz einer bislang bei Krebs nicht charakterisierten Klasse von Mutationen: Nonstop Mutationen. Diese Mutationen wandeln ein Stop in ein reguläres Codon um und verlängern so das Protein am C-terminus. Wir haben eine umfangreiche Datenbank mit 3412 Nonstop-Mutationen bei Krebs (NonStopDB) erstellt. Unter den krebsrelevanten Genen, zeigte der Tumorsuppressor SMAD4 am häufigsten Nonstop-Mutationen. Diese verminderten seine Proteinexpression stark in exogenen und endogenen Modellen (Precision Genome Editing). Wir identifizierten ein Degron-Motiv mit voluminösen hydrophoben Aminosäuren, das Ubiquitinierung und proteasomalen Abbau induzierte (Dhamija, Nat Cell Biol 2020).Unsere vorläufigen Daten identifizierten auch rekurrente Nonstop-Mutationen in den Tumorsuppressoren VHL und BAP1 bei Nierenkrebs. Diese verringerten auch die Proteinexpression - aber mit wesentlichen Unterschieden zu SMAD4: Die VHL Mutation beeinflusste Expression nur endogen im Genom, jedoch nicht bei exogener Überexpression. Allein die lange BAP1 Extension (205 aa) zeigte keine Anreicherung voluminöser Reste.Daher stellen wir die Hypothesen auf, dass Nonstop-Mutationen eine bislang unerforschte Rolle in Krebsgenen spielen und dass generell C-terminale Verlängerungen und Sequenzmotive die Proteinmenge steuern können.Im vorgeschlagenen Projekt verfolgen wir drei Ziele in drei Arbeitspaketen (WP): In WP1 untersuchen wir die funktionelle Relevanz und den molekularen Mechanismus der Nonstop-Mutationen in VHL, wobei der Schwerpunkt auf der Diskrepanz zwischen exogen und endogen eingeführten Mutationen liegt. In WP2 charakterisieren wir den mechanistischen Einfluss von Nonstop-Mutationen auf BAP1 und Sequenzmotive in der langen Extension. Im größten WP3 analysieren wir systematisch den Effekt aller Krebs-assoziierten Nonstop-Mutationen auf die Reporterproteinexpression. Dies identifiziert nicht nur einzelne Nonstop-Verlängerungen mit starkem Einfluss auf die Expression, sondern ermöglicht auch die Analyse von C-terminalen Sequenzmotiven, die mit der Proteinhäufigkeit korrelieren und weiter untersucht werden. In silico fanden wir bereits signifikante Unterschiede in der Aminosäurezusammensetzung der Nonstop-Extensionen gegenüber dem Proteom mit einer Anreicherung voluminöser und einer Depletion acidischer Reste.Insgesamt wird das Projekt molekulare Mechanismen einzelner Nonstop-Mutationen in den wichtigen Tumorsuppressorgenen VHL und BAP1 detailliert untersuchen, und systematisch den Einfluss aller krebsassoziierten C-terminalen Extensionen und Motive au die Proteinexpression analysieren. Die WPs können synergistisch verfolgt werden und von gemeinsamen Methoden und Modellsystemen profitieren, aber alle Ziele können auch unabhängig voneinander erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen