Mechanismen der zellzyklusabhängigen Genexpression
Die differentielle Expression von Genen spielt eine zentrale Rolle bei der Kontrolle des Zellzyklus. Viele essentielle Regulatoren der S- und der G2/M-Phasen werden in ruhenden Zellen und während der frühen Zellzyklusphasen auf Transkriptionsebene reprimiert und beim Voranschreiten des Zellzyklus aktiviert. Als zentrales Promotorelement für die Steuerung von Genen mit einer maximalen Expression in G2 und M wurde das CHR (cell cycle genes homology region) von uns identifiziert. Wir konnten zeigen, dass der DREAM-Komplex in G0 und G1 an das CHR bindet.
DREAM ist ein Multiproteinkomplex bestehend aus den MuvB-Kern-Proteinen LIN9, LIN37, LIN52, LIN54 und RBBP4 sowie E2F4, p130/p107 und DP1. Dieser Komplex vermittelt die Repression seiner Zielgene. Am Übergang von der G1- zur S-Phase werden DREAM-Komponenten modifiziert, so dass sich E2F4, p130/p107 und DP1 vom MuvB-Kern ablösen. Daraufhin bindet B-MYB an MuvB und es entsteht der MYB-MuvB-Komplex (MMB), was die Initiation der Aktivierung der MMB-gebundenen Gene bewirkt. In G2 und M wird B-MYB am MuvB-Kern durch FOXM1 ersetzt, woraufhin die FOXM1-MuvB-Zielgene ihre maximale Aktivität erreichen.
Obwohl sowohl der repressive Komplex als auch die aktivierenden Komplexe mit E2F4/DP1, B-MYB und FOXM1 Transkriptionsfaktoren beinhalten, für die spezifische DNA-Bindungselemente beschrieben sind, konnten wir über bioinformatische Analysen, die Untersuchung der Regulation verschiedener Gene und durch Bindungsstudien zeigen, dass alle drei Komplexe über das CHR an die Promotoren von Zellzyklusgenen binden können. Dabei spielt wahrscheinlich das Protein Lin54 eine zentrale Rolle, welches Bestandteil sowohl des repressiven als auch der aktivierenden Komplexe ist.
Der Fokus unserer Forschungsprojekte liegt auf der Identifizierung und Analyse von CHR-regulierten Genen, der Untersuchung von Protein-DNA-Wechselwirkungen an den Promotoren von Zellzyklusgenen sowie der Aufklärung von Mechanismen, über die eine Bindung von DREAM/MMB/FOXM1 an Promotoren zu einer zellzyklusabhängigen Genregulation führt.
Dieses Projekt wird gefördert durch die DFG (Projekt EN 218/11-1).
Der Transkriptionsfaktor p53: kein Repressor, nur ein Aktivator
Ein wichtiger Regulator des Zellzyklus ist der Tumorsuppressor p53. Bei Stress und Zellschädigungen führt seine Aktivierung zur Zellzyklusarrest und Apoptose. Diese Funktionen werden von p53 hauptsächlich als Transkriptionsfaktor vermittelt. Es ist generell anerkannt, dass die transkriptionelle Aktivierung durch p53 mittels Bindung an spezifische DNA-Bindungsstellen in den Promotoren von p53-Zielgenen erfolgt. Die Aktivierung von p53 führt jedoch auch zur Repression einer Vielzahl an Genen, wofür verschiedene Modelle postuliert wurden.
Wir haben diese Modelle mit einer bioinformatischen Meta-Analyse beruhend auf genomweiten Daten untersucht. Interessanterweise stellten sich dabei mehrere dieser Modelle als nicht plausibel heraus. Eine direkte Repression von Zielgenen durch p53-Bindung konnte nicht bestätigt werden. Untersuchungen in unserem Labor zeigen, dass p53 seine Zielgene vielmehr durch einen indirekten Mechanismus reprimiert. Dabei liegt unser Fokus auf der Analyse des p53-p21-DREAM/RB-Signalwegs. Wir können zeigen, dass die p53-abhängige Aktivierung dieses Signalwegs zur Repression einer Vielzahl an Zellzyklusgenen führt.
Differentielle Expression und Funktion der humanen beta-Choriongonadotropin-Untereinheiten
Das als Schwangerschaftshormon bekannte humane Choriongonadotropin (hCG) spielt eine entscheidende Rolle in der Frühschwangerschaft des Menschen. Neben seiner klassischen endokrinen Funktion zur Aufrechterhaltung der Progesteronproduktion durch den Gelbkörper sind mittlerweile zahlreiche neue parakrine Wirkmechanismen beschrieben, die die Implantation des Embryos sowie die Plazentation fördern. hCG ist ein heterodimeres Glykoproteinhormon. Die beta-Untereinheit (CGB) wird von sechs verschiedenen Genen kodiert, von denen in der Schwangerschaft vor allem CGB3, 5, 7 und 8 von Bedeutung sind. CGB3, 5 und 8 kodieren für identische Proteine und werden vor allem von der Plazenta und von einigen Tumoren in hohem Maße exprimiert. CGB7 kodiert für ein Genprodukt, das sich in nur drei Aminosäuren von CGB3/5/8 unterscheidet, aber ein deutlich abweichendes Expressionsmuster aufweist. In meinen Vorarbeiten konnte ich zeigen, dass der Transkriptionsfaktor p53 ausschließlich die Expression von CGB7 durch direkte Bindung an den CGB7-Promotor induziert. Neueste Erkenntnisse aus unserer Arbeitsgruppe zeigen zudem, dass CGB7 vom sekretorischen Endometrium zum Zeitpunkt der zu erwartenden Implantation produziert wird, was erstmals die Bedeutung der maternalen hCG-Sekretion hervorhebt. Die offensichtlich unterschiedlichen Expressionsmuster der CGB-Gene werfen die bisher ungeklärte Frage nach einer differentiellen Funktion der CGB-Isoformen auf. Unsere Hypothese ist, dass CGB7 von mütterlicher Seite die Implantation fördert und damit als Implantationsmarker fungieren kann. Ob CGB7 und CGB3/5/8 tatsächlich unterschiedliche Funktionen ausüben, will ich im vorgeschlagenen Projekt untersuchen. Da hCG immunmodulatorisch wirkt, soll der Einfluss der CGB-Isoformen auf mononukleäre Zellen des peripheren Blutes untersucht werden. Zudem sollen CGB7 und CGB3/5/8 hinsichtlich ihrer Signaltransduktionseigenschaften und ihres Einflusses auf Zellzyklus, Apoptose und Invasion verglichen werden. Da Glykanseitenketten 30 % des Molekulargewichtes von hCG ausmachen und für die Funktion von hCG entscheidend sind, soll ein Schwerpunkt der Arbeiten auf der Analyse der Glykosylierungsmuster der CGB-Isoformen liegen. Um die klinische Bedeutung von hCG eingehender zu betrachten, soll die Assoziation von CGB mit erfolgreicher Implantation geprüft werden. Dazu werden Endometriumproben von Patientinnen des Zentrums für Reproduktionsmedizin der Universität Leipzig genutzt. Zur immunhistochemischen Darstellung der einzelnen CGB-Varianten ist die Erzeugung spezifischer monoklonaler Antikörper geplant.Mit den vorgeschlagenen Untersuchungen soll die Frage nach differentiellen Glykosylierungsmustern und Funktionen der CGB-Isoformen geklärt werden. Diese Erkenntnisse tragen grundlegend zum Verständnis der Vorgänge in der Frühschwangerschaft des Menschen bei, so dass sich neue diagnostische oder gar therapeutische Möglichkeiten in der Reproduktionsmedizin daraus ergeben könnten.
Dieses Projekt wird gefördert durch die DFG (Projektnummer 225144127).
