Onkogene Transkriptionsfaktoren und ihre zellulären Zielgene

Die prinzipiellen wissenschaftlichen Ziele unseres Forschungsprogrammes sind die Definition der Struktur und Funktion von Onkogenen und ihrer Proteinprodukte, und die Erforschung der molekularen Mechanismen der zellulären Proliferationskontrolle und der Tumorentstehung. Für onkogene Transkriptionsfaktoren, wie Myc oder Jun, erfordert dies die Identifikation der direkten und indirekten Zielgene dieser Proteine. Die spezifischen Ziele dieses Projektes sind gerichtet auf die strukturelle und funktionelle Charakterisierung von bereits in diesem Labor isolierten Zielgenen, auf die Identifizierung neuer Zielgene für Myc und Jun unter Verwendung von umfassender Genexpressionsanalyse, und auf strukturelle und dynamische Analysen von Transkriptionsfaktor - DNA Interaktionen. Das Expressionsmuster von WS5, einem neuen Genisolat aus diesem Labor, in konditional oder nicht-konditional myc-transformierten Geflügelfibroblasten weist stark darauf hin, dass es sich um ein direktes transkriptionelles Zielgen des Myc Proteins handelt. Die komplette Struktur des WS5 Gens und die molekularen Mechanismen seiner transkriptionellen Regulation sollen bestimmt werden. WS5 ist eng verwandt zu Genen, die melanosomale Membranproteine kodieren und im humanen malignen Melanom überexpremiert sind, einem Tumor mit häufig beobachteter myc Überexpression. Die Struktur und transkriptionelle Regulation der humanen WS5 Homologe und ihre Deregulation im malignen Melanom sollen analysiert werden. Für die in diesem Labor isolierten Jun Zielgene JAC und TOJ3 haben wir intrinsisches onkogenes Potenzial nachgewiesen. Direkte transkriptionelle Regulation durch Jun wurde für JAC bereits gezeigt, und soll für TOJ3 getestet werden. Die biochemische Funktion der JAC und TOJ3 Proteine und ihre spezifische Rolle in jun-induzierter Karzinogenese soll erforscht werden. Für das von einem in transformierten Zellen supprimierten Zielgen kodierte LIM Protein CRP2 konnten wir nachweisen, dass es mit EB1 interagiert, das auch ein Bindungspartner des Tumorsuppressor-Proteins APC ist. Wir werden den Mechanismus dieser CRP2 - EB1 Interaktion im Detail strukturell und funktionell untersuchen, und die funktionelle Relevanz bei der Zelltransformation erforschen. Weiterhin planen wir die Isolierung neuer Myc und Jun Zielgene unter Verwendung konditionaler Zelltransformationssysteme und Anwendung von "open-system" umfassenden Genexpressionsanalysen. Neue differenziell exprimierte Gene sollen detailliert auf ihre molekulare Verbindung zu den induzierenden Onkogenen und auf ihre biochemische Funktion untersucht werden. Außerdem werden wir die Analysen der Lösungsstruktur und Dynamik der Komplexe onkogener Transkriptionsfaktoren und der Mechanismen ihrer spezifischen Interaktion mit DNA von Zielgenen fortführen und ausbauen.

The principal scientific goals of our research program are the definition of the structure and function of oncogenes and their protein products, and the elucidation of the molecular pathways of cellular proliferation control and carcinogenesis. For oncogenic transcription factors, like Myc or Jun, this requires the identification of the direct and indirect target genes of these proteins. The specific aims of this project will focus on the structural and functional characterization of target genes already isolated in this laboratory, on the identification of novel targets of Myc and Jun proteins using open-system comprehensive gene expression analyses, and on further structural and dynamic analyses of transcripton factor - DNA interactions. The expression pattern of WS5, a novel gene recently isolated in this laboratory, in avian fibroblasts conditionally or non-conditionally transformed by the myc oncogene strongly suggests that it is a direct transcriptional target of the Myc protein. The entire structure of the WS5 gene and the molecular mechanisms of its transcriptional regulation will be determined. Intriguingly, WS5 is closely related to melanosomal membrane protein encoding genes strikingly overexpressed in human malignant melanoma, a tumor frequently associated with myc overexpression. The structure and transcriptional regulation of the human WS5 homologs and their deregulation in malignant melanoma will be analyzed. For the Jun targets JAC and TOJ3, isolated in this laboratory, it was unambiguously demonstrated that they have intrinsic oncogenic potential. Direct transcriptional regulation by Jun has already been proven for JAC and will be probed for TOJ3. The biochemical function of JAC and TOJ3 proteins and their specific role in jun-induced carcinogenesis will be determined. For the LIM domain protein CRP2, encoded by a target gene commonly suppressed in transformed cells, we discovered and will further analyze its specific interaction with EB1, which is also a binding partner of the tumor suppressor protein APC. We will also aim at the isolation of novel Myc and Jun targets using conditional cell transformation and open- system comprehensive gene expression analyses. Genes displaying unambiguously correlated changes in gene expression will be analyzed in detail, both for their molecular connection with the inducing oncogene and for their biochemical function. Furthermore, we will continue the analyses of the solution structure and dynamics of oncogenic transcription factor complexes and of the mechanisms of their interaction with target DNA.