Doppelfunktion von zonula occludens Proteinen

Enge Zell-Zellkontakte (sogenannte "tight junctions", TJs) sind für die "Schranken-Funktion" von Epithel- und Endothelzellen verantwortlich. Defekte dieser Barriere wurden für eine Reihe von pathologischen Zuständen verantwortlich gemacht, wie z.B. die Entstehung von Asthma, wo als erster Schritt eine Öffnung der Lungen- Epithel Barriere durch proteolytische Allergene aus der Umwelt angenommen wird. Störungen der Blut- Hirnschranke in den zerebralen Endothelzellen können als Begleiterscheinungen verschiedener Erkrankungen auftreten, wie z.B. diabetische Retinopathie, verschiedene Hirntumore, Meningitis, zerebrale Malaria, Enzephalitis und Multiple Sklerose. In den letzten Jahren allerdings haben neue Erkenntnisse aus der experimentellen Medizin gezeigt, daß TJs viel mehr mit Zellwachstum und Zellvermehrung zu tun haben, als ursprünglich angenommen. Ein erster Hinweis in diese Richtung ist der Befund, daß TJ-assoziierte Zonula Occludens Proteine (ZO Proteine) und das Tumorwachstums-Hemmprotein der Fruchtfliege (dlg-A) eine große strukturelle Ähnlichkeit aufweisen. ZO Proteine (ZO-1, -2, und -3) sind Proteine mit vielen Domänen, wovon einige für die Struktur der TJs notwendig sind und andere das Potential für eine Signalübertragungsfunktion besitzen. Wir haben kürzlich beobachtet, daß ZO-2 in solchen Endothelzellen, deren Zellteilung nicht kontaktinhibiert ist, im Kern lokalisiert ist. Obwohl noch eine ausführliche experimentelle Untersuchung fehlt, besteht die Annahme, daß diese Kernwanderung von ZO-2 ein wichtiger Schritt in jener intrazellulären Signal-Kaskade ist, die letztlich zu erhöhter Mobilität und reduzierter Haftung von Endothelzellen und Epithelzellen führt. Weitere Experimente unserer Arbeitsgruppe haben ergeben, daß ZO-2 direkt mit einem DNA/RNA-Bindungsprotein (SAF-B, scaffold attachment factor-B) interagiert. Die biologische Bedeutung dieser Interaktion ist vorläufig noch unbekannt. Im vorliegenden Projekt wollen wir uns auf die intrazelluläre Lokalisierung von ZO-2 konzentrieren. Wir werden versuchen jene konservierten DNA-Domänen zu identifizieren, die für den Kern-Import und -Export von ZO-2 verantwortlich sind. Darüberhinaus werden wir die Auswirkungen einer erhöhten Kernlokalisierung von ZO-2 auf funktionelle Aspekte (Migrations- und Invasionsverhalten, Barriere-Eigenschaften) und Genexpression studieren.

In den letzten Jahren haben neue Erkenntnisse aus der experimentellen Grundlagen- und medizinischen Forschung gezeigt, daß Proteine der engen Zell-Zellverbindungen (tight junctions, TJs) vermutlich eine mehrfache Rolle spielen. So bilden sie nicht nur die strukturelle Basis dieser Verbindungen, sondern sind auch an der Signalübertragung vom Zellinneren zur Plasmamembran und vice versa beteiligt. Zonula occludens proteine (ZOPs) gehören zur Familie der MAGUKs (membrane associated guanylate kinase-like homologues) und sind vornehmlich an TJs lokalisiert. Derzeit sind drei ZOPs beschrieben: ZO-1, ZO-2 und ZO-3. ZOPs weisen mehrere wichtige Proteindomänen auf, wovon einige für die Struktur der TJs notwendig sind und andere das Potential für Protein-Protein Interaktionen und Signalübertragung besitzen. ZOPs weisen eine hohe Homologie zum Drosophila disc large (dlg) Tumor Suppressor Protein auf. Es liegen auch vermehrt Daten vor, wonach ZOPs in Tumorentstehung bzw. -wachstum eine Rolle spielen. Wir haben beobachtet, daß ZO-2 in Epithelzellen und Endothelzellen unter bestimmten Bedingungen im Kern lokalisiert ist. Obwohl noch eine ausführliche experimentelle Untersuchung fehlt, besteht die Annahme, daß diese Kernwanderung von ZO-2 ein wichtiger Schritt in jener intrazellulären Signal-Kaskade ist, die letztlich zu erhöhter Mobilität und reduzierter Haftung von Endothelzellen und Epithelzellen führt. Weitere Experimente unserer Arbeitsgruppe haben ergeben, daß ZO-2 direkt mit einem DNA/RNA-Bindungsprotein (SAF-B), das seinerseits als Co-Repressor des Östrogen-Rezeptors alpha fungiert, interagiert. Im abgeschlossenen Projekt haben wir uns weiter auf die Kernlokalisierung von ZO-2 konzentriert. Mittels DNA- und Proteinanalysen wurde die biologische Konsequenz dieser Translokation untersucht. Eine Akkumulierung von ZO-2 im Zellkern von Epithel- und Endothelzellen führt zu erhöhter Proliferation und Adhäsion dieser Zellen, jedoch zu einer De-lokalisierung von Plasmamembran gebundenen Junction-Proteinen was auf eine generelle Schwächung der interzellulären Verbindungen schliessen lässt. Weiters weisen Zellen mit erhöhtem Kern-ZO-2 eine Zunahme an Tumor-assoziierten Proteinen auf.