Ein Screening-Verfahren für Regulatoren des Wnt Signalwegs mittels induzierter Nähe zwischen Proteinen in Darmkrebs

• Antragstellerin: Dr. Lucie Wolf
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533617596

Kolorektales Karzinom trägt erheblich zur weltweiten Krankheitslast bei und fast allen Fällen liegen aktivierende Mutationen im beta-Catenin-abhängigen Wnt-Signalweg zugrunde. Es gibt derzeit aber keine Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten mit erhöhter Wnt Aktivität und neue therapeutische Ansätze werden dringend benötigt. Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet des gezielten Proteinabbaus liefern solche Ansätze durch die Entwicklung kleiner Moleküle, die physische Nähe zwischen einem Zielprotein und Bestandteilen der zellulären Proteinabbaumaschinerie (z. B. einer E3-Ubiquitin-Ligase) induzieren. Diese induzierte Nähe führt dann zum Abbau des Zielproteins. Der Anwendungsbereich dieser Moleküle ist aber begrenzt, da derzeit nur wenige E3s für diese Zwecke verwendet werden und systematische Ansätze für das Finden weiterer Kandidaten und alternativen Wirkmechanismen fehlen. In dem hier vorgestellten Projekt möchte ich das Konzept der induzierten Nähe nutzen, um neue Kandidaten für den Abbau von beta-Catenin, und damit Regulatoren des Wnt Signalwegs, in Darmkrebszellen zu finden. Hierzu habe ich in zwei Screens die endogene beta-Catenin Funktionalität und Proteinmenge getestet, nachdem es gezielt in die Nähe von über 15 000 offenen Leserahmen gebracht wurde. Dieser Ansatz erlaubt es mir, sowohl E3-Ubiquitin-Ligasen als auch andere Proteinklassen und Arbeitsmechanismen zu untersuchen. Unter den Hits beider Screens befinden sich viele E3-Ubiquitin-Ligasen, was auf ein erfolgreiches Screening Verfahren hindeutet. Ein Beispiel ist SIAH2, welches in der Literatur als Regulator von beta-Catenin beschrieben ist. Überraschenderweise zählt auch die Casein Kinase I Familie (CSNK1) zu den gefundenen Regulatoren von beta-Catenin durch induzierte Nähe. CSNK1 alpha ist dafür bekannt, an der Degradation von beta-Catenin in gesunden Zellen beteiligt zu sein, wurde aber noch nicht für dessen gezielten Proteinabbau verwendet. In Folgeexperimenten konnte ich bisher zeigen, dass der Abbau von beta-Catenin durch CSNK1 von räumlicher Nähe, Kinaseaktivität und Proteasom abhängt und die E3-Ubiquitin-Ligase beta-TrCP2 beteiligt ist. Ich habe deshalb die Hypothese aufgestellt, dass der Kinase-abhängige Abbau von beta-Catenin die Bildung eines Phospho-Degrons beinhaltet. Mit meinen zukünftigen Experimenten möchte ich auf diesen Erkenntnissen aufbauen und die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen weiter untersuchen. Hierbei werde ich den Fokus auf die beteiligten E3-Ubiquitin-Ligasen und die Ubiquitylierung von beta-Catenin legen. Um das grundlegende Prinzip des Kinase-abhängigen Proteinabbaus zu beweisen, plane ich eine Reihe von Zellkultursystemen zu entwickeln, in denen ich beta-Catenin Proteinmenge und Funktion durch kleine Moleküle dynamisch beeinflussen kann. Außerdem möchte ich den Phospho-Degron-Ansatz auf weitere Zielproteine mit Funktionen in Krebs ausweiten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeber: Professor Dr. Stéphane Angers