Charakterisierung der Funktion regulatorischer Elemente in den unstrukturierten Regionen von Aktivator und Inhibitor des G2-M Zellzyklus-Kontrollpunkts

• Antragstellerin: Ricarda Toerner, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528834085

Zellproliferation ist ein streng überwachter Prozess. Während des Zellzyklus dienen zwei Zellzyklus-Checkpoints, G1-S und G2-M, als Schranke um sicherzustellen, dass sich nur genomisch intakte Zellen in einer gesunden Umgebung vermehren. Diese Zellzyklus-Kontrollpunkte werden von einem komplexen Netzwerk von Kinase- und Phosphatase-Enzymen reguliert, die Signale über Phosphorylierung oder Dephosphorylierung übertragen. Zellzyklus-assoziierte Kinasen und Phosphatasen sind in Krebszellen stark dysreguliert, was sie zu wichtigen Zielen für Medikamentenentwicklung macht. Der G2-M-Zellzyklus-Kontrollpunkt kann von Krebszellen genutzt werden um Chemotherapie zu entkommen. Als Reaktion auf genotoxische Krebstherapien werden dabei Komponenten der sogenannten DNA-Schadensantwort hochreguliert, was zu einer vorübergehenden Verzögerung des Übergangs von der G2- in die M-Phase führt. Diese Pause ermöglicht es Krebszellen dem programmierten Zelltod zu entgehen, indem genügend DNA-Reparaturarbeiten durchgeführt werden um zur Zellteilung fortzuschreiten,obwohl die Zellen weiterhin stark dysfunktional sind. Es gibt zwei Hauptstrategien zur gezielten Therapie dieses Checkpoints bei Krebs: i) Eine Überaktivierung trotz angehäufter DNA-Schäden kann Zellen in eine mitotische Katastrophe treiben, wodurch Krebszellen eliminiert werden oder ii) Die Hemmung des Übergangs, was zur Induktion von Apoptose aufgrund von Stagnation führt. Ich konzentriere ich mich in meiner Studie auf die beiden entscheidenden, medizinisch-relevanten Akteure des G2-M Checkpoints, den Aktivator Cdc25c und den Inhibitor Wee1, die auf die Effektor-Kinase Cdk1 wirken. Die Kinase Wee1 hemmt Cdk1, indem sie sie in einem Bereich phosphoryliert, der die Substrataffinität reduziert, während Cdc25c, eine Phosphatase, diese Phosphorylierung entfernt. Mein Ansatz ist neuartig, da ich mich auf die umfangreichen, dynamischen Regionen konzentriere, die neben den gefalteten enzymatischen Domänen dieser Proteine liegen. Diese Regionen wurden als wichtige Regulatoren der Enzymaktivität identifiziert, ihre dynamische Struktur erschwert mechanistische Untersuchungen jedoch, weshalb diese sehr wenig erforscht sind. Diese Regionen werden von upstream-Kinasen stark phosphoryliert und sind Zentren für Proteininteraktionen, wodurch sie eine wichtige Rolle bei der Substratrekrutierung spielen können. Ich werde die Eigenschaften dieser dynamischen Bereiche von Cdc25c und Wee1 mithilfe von NMR-Spektroskopie untersuchen, eine Strukturaufklärungstechnik die auch auf Moleküle ohne eine stabile dreidimensionale Struktur angewendet werden kann. Ich möchte herausfinden, wie Zellzyklus und Phosphorylierungsmuster in Verbindung stehen und welche Auswirkungen diese auf enzymatische Aktivität und intermolekulare Interaktionen haben. Durch ein umfangreiches Verständnis der Aktivitätsregulierung von Cdc25c und Wee1 möchte ich dazu beitragen neue Wege zu ihrer Modulation für die Entwicklung von neuartigen Krebstherapie aufzuzeigen

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Dr. Haribabu Arthanari