Mechanistische und funktionelle Analyse des multi-funktionellen mitotischen Motors Kif15

• Antragsteller: Dr. Hauke Drechsler
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417890911

Der Aufbau der mitotischen Spindel erfolgt durch die Kräfte zweier funktionell redundanter tetramerer Molekularmotoren; Kinesin-5 (Eg5) und Kinesin-12 (Kif15). Aufgrund seiner zentralen Rolle im Spindelaufbau, zielen aktuelle anti-proliferative Krebsbehandlungsmethoden darauf ab, die Aktivität von Eg5 und damit auch Tumorwachstum zu unterbinden. Jedoch erlangen Zellen, die chronisch Eg5-Inhibitoren ausgesetzt sind, schnell eine Resistenz durch Überexpression von Kif15. Im Allgemeinen verstärkt eine Überexpression von Eg5 oder Kif15 das Wachstum, die Überlebensfähigkeit und die Invasivität von Tumorzellen.Während der Spindelaufbaumechanismus durch Eg5 etabliert ist, wird dieser für das multi-funktionelle Kif15 noch diskutiert. So ist unklar, welche der diversen zellulären Kif15-Subpopulationen auf der Spindel oder den Chromosomen sowie welche der Kif15-Funktionen zu Spindelaufbau und Entstehung von Eg5-Inhibitorresistenzen beitragen. Interessanterweise lokalisiert Kif15 während der Zellteilung und -migration auch mit dem Aktinzytoskelett. Diese Verbindung ist bisher nur wenig untersucht, jedoch weisen erste Experimente Kif15 eine Rolle in der Zellmigrationskontrolle zu. Dies hätte wichtige Implikationen für die Metastasierung durch Tumorzellen, die Kif15 überexpremieren. Um die Mechanik des Spindelaufbaus, der Eg5-Inhibitorresistenz sowie der Zellmigrationskontrolle durch Kif15 aufzugliedern, beabsichtige ich einzelne zelluläre Subpopulationen und molekulare Funktionen von Kif15 mit den jeweiligen mechanischen Prozessen zu verknüpfen. In einem Hypothese-getriebenen Ansatz werde ich Kif15-Varianten untersuchen, welche Punktmutationen oder kurze Deletionen in einem neu definierten regulatorischen Abschnitt des Motors tragen. Diese Mutationen verhindern, dass der Motor i) tetramerisiert oder ii) mit bestimmten zellulären Subkompartimenten oder iii) dem Aktinzytoskelett interagiert. Da einzelne Motorfunktionen von dessen Oligomerisierungsgrad abhängen, sind konstitutiv dimere Kif15 (cdKif15) Varianten funktionstrennende Mutanten. Alle Kif15 Varianten werden auf ihre Substrukturlokalisation in vivo, ihren Oligomerisationsgrad sowie ihre Fähigkeit bekannte Interaktionspartner zu binden hin untersucht. Außerdem werde ich die Biophysik und die Funktionalität dieser Kif15 Varianten in vitro beschreiben und testen, ob sie in vivo den Spindelaufbau bei fehlender Eg5-Aktivität vorantreiben können. Ebenso werde ich die Verbindung zwischen Kif15 und dem Aktinzytoskelett auf molekularer Ebene beschreiben und den Effekt interaktionsunfähiger Motoren auf die Zellteilung und - mit Dr. Anne Straube (Warwick University, UK) - auf die Zellmigration untersuchen. Die Zuordnung einzelner zellulärer Kif15-Subpopulationen und Funktionen zu Spindelaufbau und Zellmigration wird mögliche Ziele künftiger Krebsbehandlungsmethoden identifizieren, welche Tumorwachstum und -metastasierung zu begrenzen aber die Entstehung einer Eg5-Inhibitorresistenz zu verhindern suchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen