Protein-Interaktionspartner des Glucocorticoid-Rezeptors

Glucocorticoide (Verwandte des Cortisons) sind lebenswichtige Steroidhormone, die in der Nebennierenrinde synthetisiert werden und zahlreiche Organsysteme beeinflussen mit dem Ziel, Stress-Situationen zu bewältigen. Synthetische Glucocorticoide gehören zu den meistangewendeten Medikamenten. Häufige Erkrankungen, zu deren Behandlung sie eingesetzt werden, sind rheumatoide Arthristis, Asthma bronchiale und Leukämie. Glucocorticoide wirken durch Bindung an den Glucocorticoidrezeptor, der in Abwesenheit des Hormons in einen zytoplasmatischen Multiproteinkomplex integriert ist, der aus Heat-Shock-Proteinen und Immunophilinen aufgebaut ist. Nach Bindung des Liganden wechselt er in den Zellkern, wo er als Transkriptionsfaktor an DNA bindet und zahlreiche Gene an- oder abschaltet. Die Bedeutung von Protein-Protein-Interaktionen für das Funktionieren des Rezeptors wurde klar, als Gene identifiziert wurden, die ohne DNA-Bindung des Rezeptors reguliert wurden. Im Lauf der Zeit wurden zahlreiche nukleäre, transkriptionsregulierende Interaktionspartner des Rezeptors identifiziert. Ebenso wurde intensiv daran gearbeitet, die Bestandteile und die Funktionsweise des zytoplasmatischen Multiproteinkomplexes aufzuklären, der den Rezeptor in Abwesenheit des Hormons zurückhält. Möglichen anderen zytoplasmatischen Interaktionen wurde hingegen wenig Aufmerksamkeit gewidmet; vielleicht, weil nach der Datenlage wenig Grund bestand, solche zu vermuten. In letzter Zeit verdichten sich jedoch die Hinweise für eine signifikante Rolle solcher Interaktionen, z. B. mit dem Tumorsuppressor p53. Die Intention des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, systematisch nach zytoplasmatischen Interaktionspartnern des Rezeptors zu suchen. Wir beabsichtigen, dafür eine kürzlich entwickelte Modifikation der Yeast Two-Hybrid- Technik zu verwenden, da sich die klassische Technik nicht für Proteine mit Transaktivierungsdomänen, wie den Glucocorticoidrezeptor, eignet. Das langfristige Ziel solcher Untersuchungen des Glucocorticoidrezeptors ist es, neue Angriffspunkte für die Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von Entzündungsreaktionen, unerwünschten Immunreaktionen und Leukämie zu finden.

Cortison, bzw. seine wirksame Form, Cortisol, werden von unseren Nebennieren erzeugt und sind lebenswichtige Steroidhormone, die unserem Körper ermöglichen, mit Stresssituationen fertig zu werden. Gleichzeitig gehören Cortisol und Cortisol-ähnliche Substanzen, die sogenannten Glucocorticoide, zu den erfolgreichsten Medikamenten der Medizin, die zur Behandlung von Allergien, Rheumatischen Erkrankungen und Leukämien eingesetzt werden. Da praktisch jede Zelle in unserem Körper auf diese Hormone anspricht, haben diese Medikamente allerdings auch viele unerwünschte Wirkungen. Ein genaueres Verständnis der molekularen Wirkungsweise dieser Substanzgruppe ist die Voraussetzung dafür, aus diesem Bündel von Wirkungen vielleicht einmal pharmakologisch nur einzelne Teilwirkungen "herauspicken" zu können. Hauptziel dieses Projekts war, zelluläre Proteine zu finden, die mit dem intrazellulären Rezeptor für diese Medikamente, dem sogenannten Glucocorticoidrezeptor, durch direkten Kontakt unmittelbar zusammenarbeiten. Dieses Ziel wurde erreicht: mit einem speziellen Suchsystem wurden etwa 100 interagierende Proteinfragmente identifiziert. Viele der gefundenen Proteine müssen noch genauer abgeklärt werden, doch ist die Arbeit mit einem dieser Proteine bereits fortgeschritten. Dieses Protein aus der Zink-Finger-Familie hält sich im Zellkern auf, während der Glucocorticoidrezeptor, solange kein Cortisol vorhanden ist, im Zytoplasma bleibt. Kommt Cortisol in die Zelle, wechselt der Rezeptor in den Zellkern und wird durch das Zinkfingerprotein offenbar sehr effizient an bestimmte Stellen an der DNA geholt: nach 12 Stunden Cortisolwirkung sieht man den Rezeptor mit mikroskopischen Methoden in einem körnigen Muster an genau denselben Stellen konzentriert wie das Zinkfingerprotein. Was der Effekt dieser gemeinsamen Arbeit an der DNA ist, ist noch nicht klar. Das Zinkfingerprotein enthält eine Domäne, die zum Abschalten von Genen beiträgt, indem die DNA-Verpackung, das Chromatin, an dieser Stelle verdichtet wird. Wir suchen nun nach Genen, die durch das Zinkfingerprotein beeinflusst werden, um dann den Effekt von Cortisol auf diese Gene zu beobachten. Eine weitere Stoßrichtung unserer Arbeit war eine genauere Beschreibung jener Stellen des Glucocorticoidrezeptorgens, an denen die Transkription der Messenger-RNA beginnt. Das erste Exon ist nicht immer dasselbe, sondern es existieren mehrere Gensegmente, die alternativ als erstes Exon verwendet werden können. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Prof. Reinhard Kofler konnten wir zwei weitere alternative erste Exons beschreiben und so zum Verständnis der Expression des Glucocorticoidrezeptors beitragen.