Rolle der Kinasen Raf-1, B-Raf und MEK-1 in der Apoptose

Die cytosolischen Serin/Threonin Kinasen Raf und Mek-1 spielen eine zentrale Rolle in evolutionär konservierten Signaltransduktionskaskaden. Diese Enzyme wurden mit einer Vielfalt biologischer Prozesse, wie regulierte/deregulierte Proliferation, Differenzierung, und programmierter Zelltod (Apoptose), in Verbindung gebracht. Aufgrund dessen werden Raf und Mek-1 als therapeutisch relevante Zielmoleküle angesehen. Gendisruptionsexperimente in unserem Labor (Raf-1 und Mek-1) sowie in anderen Gruppen (B-Raf) haben gezeigt, das Raf-1 und B-Raf eine essentielle anti-apoptotische Funktion, welche von der jeweils anderen Raf Kinase nicht übernommen werden kann, ausüben. Überraschenderweise verursacht die Ablation des gemeinsamen Zielmoleküls MEK-1 eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber der Apoptose, welche in adherenten Zellen durch die Ablösung von der Matrix ausgelöst wird (Anoikis). Diese Daten zeigen, dass Raf-1, B-Raf Kinasen und MEK-1 unterschiedliche biochemische Ereignisse im Rahmen der Apoptose beeinflussen. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Identifizierung der molekularen Mechanismen, welche den Funktionen von Raf-1, B- Raf und MEK-1 in der Fas-induzierten Apoptose bzw. in der Anoikis zugrunde liegen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir von uns (Raf-1 und MEK-1) sowie von kooperienden Arbeitsgruppen (B-Raf) heregstellte Mausstämme und Zelllinien benutzen, in denen die gezielte Inaktivierung der Gene unter Verwendung des Cre- loxP Rekombinationssystems möglich ist. Mit diesen einzigartigen Reagenzien wollen wir die Analyse der im gesamten Organismus (in vivo) sowie in Zellen (ex vivo) auftretenden Phänotypen mit biochemischen Experimenten in deletierten Zellen kombinieren, um die molekulare Grundlage des jeweiligen Phänotyps aufzuklären. Die erhobenen Ergebnisse sollen über die in vivo Funktion von Raf bzw. von Mek-1, sowie über ihre relevanten Zielmoleküle, Auskunft geben. Diese Erkenntnisse werden entscheidend zu der Bewertung des therapeutischen Potentials, der Entwicklung und dem Einsatz von pharmakologischen Kinase-Inhibitoren beitragen.

Die hochkonservierten Raf Kinasen spielen eine zentrale Rolle in der Übertragung von Umweltsignalen in Fliegen, Würmern oder Menschen. Sie sind in eine Vielzahl biologischer Prozesse, wie Zellproliferation, Differenzierung und Zelltod, involviert. Aus diesem Grund, und weil einige der Komponenten der Kaskade in Krebszellen mutiert vorkommen, gelten sie als vielversprechende Zielmoleküle für die Therapie von Krebserkrankungen. Unerlässlich für den Erfolg eines solchen Therapieansatzes ist ein besseres Verständnis der biologischen Funktionen von Raf sowie: der Moleküle; die diese Funktionen vermitteln. In diesem Projekt wurde die Verbindungung zwischen Raf und dem Zelltod untersucht. Wir konnten feststellen, dass ein bestimmtes Raf Protein, Raf=1, der - Selbstzerstörung- von Zellen entgegenwirken kann, und zwar dadurch, dass es an drei weiteren Kinasen bindet und diese inhibiert. Zwei dieser Enzyme können direkt den Zelltod signalisieren. Das Dritte verhindert die Internalisierüng eines Oberflächenrezeptors; der seinerseits die Selbstzerstörung der Zelle initiiert, wodurch die Zelle einem länger andauernden Tod-Signal ausgesetzt ist. Dieses kontinuierliche Zelltod Signal verursacht den vorzeitigen Tod der Mausembryos, denen Raf-1 fehlt. Interessanter Weise ist für die lnhibition vom Zelltod nur die Anwesenheit des Raf-1 Proteins notwendig, nicht aber seine enzymatische Funktion. Diese ist wiederum essentiell für die Differenzierung der roten Blutkörperchen. In diesem Prozess sichert Raf-1, durch die Aktivierung seiner konservierten Zielmoleküle, der Mitogen-aktivierte Protein Kinase (MAPK) Kaskade, die Proliferation und das Überleben der roten Blutkörperchen-Vorläuferzellen, und verhindert so die Entstehung von Anämie. Die Erforschung eines zweiten Raf proteins, B-Raf, erzielte die erste in vivo Demonstration, dass diese Kinase ein wichtiger Aktivator der MAPK Kaskade während der Entwicklung der Plazenta ist. Überraschenderweise ist die Kaskade in diesem Organ nicht für die Stimulierung der Proliferation oder der Verhinderung des Zelltodes wichtig, sondern wird für die Produktion eines bestimmten Wachstumsfaktors; VEGF, benötigt. VEGF unterstützt die Proliferation, die Differenzierung und das Überleben von Endothelzellen, und ermöglicht somit die Entstehung neuer Blutgefäße. Dementsprechend wird VEGF vermehrt in Tumoren exprimiert, die ihre eigene Blutzufuhr durch die Neubildung von Blutgefäßen sichern. Unsere Daten deuten daraufhin, dass B-Raf Inhibitoren dazu genützt werden könnten, um die Versorgung dieser Tumoren mit Blut zu drosseln, was die therapeutischen Indikationen dieser Medikamente wesentlich ausweiten würde.