Von der Struktur zur Funktion: Verstehen wie Wnt-Proteine an ihre Rezeptoren binden

• Antragsteller: Dr. Anselm Sommer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412008255

Wnt Proteine sind wichtige Signal Proteine, die viele Funktionen durch eine Vielzahl verschiedener Zelloberflächenrezeptoren haben. Zu diesen Rezeptoren gehören die 7-Transmembran-Domänen Rezeptoren Frizzleds (Fzs), 5 Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTKs) und weitere Ko-Rezeptoren. Defekte in Wnt-Signalwegen führen zu verschiedenen Erkrankungen, unter anderen zu kardiovaskulären Erkrankungen und verschiedene Krebserkrankungen.Ein wichtiges Ziel ist es daher die Komplexität der Wnt-Signalwege und Funktionen zu entschlüsseln und herauszufinden welche Wnt-Proteine an welche Rezeptoren binden und welche Eigenschaften diese Bindungen haben. Am besten untersucht ist dabei bislang der beta-Catenin-abhängige, „kanonische“ Wnt-Signalweg, bei dem Wnt-Proteine an Fz-Rezeptoren und LRP5/6-Korezeptoren binden - wobei die Mechanismen der Rezeptoraktivierung bislang nicht bekannt sind. Viel weniger bekannt ist über die beta-Catenin-unabhängigen, oder nicht-kanonischen Wnt-Signalwege, zu denen der planare zelluläre Polaritätssignalweg und der Calcium-abhängige Wnt-Signalweg gehören. Die nicht-kanonischen Signalwege umfassen dabei eine bestimmte Untergruppe an Wnt-Proteinen und Rezeptoren, insbesondere die RTKs und bestimmte Fzs. Die Wnt-bindenden RTKs sind dabei besonders interessant denn 4 (von 5) besitzen eine nicht-funktionelle pseudo-Kinase Domäne und deren funktionelle Mechanismen sind nahezu unbekannt.Obwohl die Bindung eines Wnt-Proteins an eine Fz-Cystein-reiche-Domäne kristallographisch visualisiert werden konnte, ist es nicht klar wie Wnt-Proteine im Detail an ihre Rezeptoren binden und wie diese dadurch aktiviert werden. Verschiedene Hinweise aus veröffentlichten Studien und eigenen Vorarbeiten lassen dabei Zweifel an der Rolle der Wnt-Acylierung für die Rezeptorbindung und -aktivierung aufkommen, die durch die Wnt/Fz Kristallstruktur propagiert wird. Die beantragte Arbeit zielt darauf ab die vielfältigen Wnt/Rezeptor Interaktionen zu untersuchen und die Rezeptoraktivierung zu verstehen. Ich werde dafür die strukturellen und biophysikalischen Grundlagen der Wnt/Rezeptor Bindungen untersuchen und zusätzlich die auf eigenen Vorarbeiten basierende Hypothese testen, dass Wnt-Acylierung eher Wnt/Rezeptor Selektivität, sowie die Reichweite des Signals beeinflusst, aber nicht für die Rezeptorbindung und Aktivierung notwendig ist. Um das zu erreichen werde ich Expressions- und Aufreinigungsstrategien für Wnt-Proteine und deren Rezeptoren etablieren und vorhandene Protokolle verfeinern. Ich werde die Bindungsprofile und Signalaktivitäten mittels biochemischer, biophysikalischer und zellbiologischer Methoden untersuchen und ich werde die Wnt/Rezeptorkomplexe mittels Proteinkristallografie visualisieren. Diese Arbeit wird das Wissen über die Wnt-Protein-Biologie substantiell erhöhen und wird die Basis für künftige Wirkstoff Entwicklungen legen im Kampf gegen kardiovaskuläre Erkrankungen und Krebs.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Mark Lemmon, Ph.D.