Die funktionelle und molekulare Architektur des CAK Komplexes

• Antragstellerin: Professorin Dr. Caroline Kisker
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448287206

Der Transkriptionsfaktor IIH (TFIIH) spielt sowohl bei der RNA Polymerase II abhängigen Transkription als auch bei der Nukleotid-Exzisionsreparatur (NER) eine zentrale Rolle. In seiner Gesamtheit besteht TFIIH aus 10 Untereinheiten, von denen XPB, XPD, p62, p52, p44, p34 und p8 den Core-Komplex bilden. Die CDK7-, MAT1- und Cyclin H-Untereinheiten bilden das Cyclin-aktivierte Kinase (CAK) -Modul, einen Kinasekomplex, der entscheidend an der Promotor-Clearance, der proximalen Pausierung, der co-transkriptionellen Chromatin-Modifikation und der Terminierung beteiligt ist und daher für die RNA-Polymerase II essentiell ist.Mehrere TFIIH Kryo-EM-Strukturen wurden im Kontext der Transkription und Nukleotid-Exzisionsreparatur (NER) gelöst. Obwohl diese Strukturen unser Wissen bezüglich des Core-Komplexes entscheidend verbessert haben, sind bisher keine Strukturen verfügbar, die das CAK Modul und vor allem die aktive Form von CDK7 beschreiben.In vorausgegangenen Studien haben wir gezeigt, dass wir alle Core-TFIIH-Komponenten des eukaryotischen Modellorganismus Chaetomium thermophilum in ausreichender Menge und Qualität herstellen können. Darüber hinaus haben wir in einer "Proof-of-Principle-Analyse" gezeigt, dass die Daten, die für XPD von C. thermophilum erhalten wurden, direkt mit denen des menschlichem XPD korrelieren. Wir haben diesen Ansatz nun auf die drei CAK-Untereinheiten aus C. thermophilum (ctCAK) ausgedehnt und erfolgreich die erste Struktur eines CAK-Komplexes bestimmt. Basierend auf diesen Daten verfolgen wir nun Komplexe, die gebundene Nukleotide sowie Peptide enthalten, die den C-Terminus der RNA Pol II-Untereinheit Rpb1 repräsentieren. Die Strukturanalyse wird von biochemischen Studien und strukturbasierter funktioneller Mutagenese begleitet. Unsere Studien umfassen dabei auch den Einfluss eines aktiven CAK-Komplexes auf den Core-TFIIH Komplex, d.h. die mögliche Phosphorylierung verschiedener TFIIH-Untereinheiten, die zu einer regulatorischen Funktion bei der NER oder Transkription führen können. Darüber hinaus werden unsere Analysen auch das humane CAK beinhalten. Basierend auf unseren Daten zur funktionellen Mutagenese und In-situ-Phosphorylierung von ctCAK werden wir spezifische Reste untersuchen, die für die Bildung und Aktivität von CAK-Komplexen entscheidend sind, und ihre Auswirkungen auf die Transkription und Reparatur analysieren. Unsere Analysen sollten damit zu wichtigen Erkenntnissen beitragen, wie CDK7 im Komplex mit MAT1 und Cyclin H hochspezifisch gegenüber dem C-Terminus von Rbp1 agiert und möglicherweise eine regulatorische Funktion gegenüber TFIIH bei der Transkription oder Reparatur einnimmt. CDK7 ist unter anderem auch ein vielversprechendes Ziel für die Tumortherapie. Inhibitoren gegen CDK7 wie THZ1 und seine Nachfolger weisen eine hohe antiproliferative Aktivität auf. Einblicke in die aktive Form von CDK7 im CAK-Komplex sollten die Entwicklung neuer potenter Inhibitoren nachdrücklich unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen