Rolle der B-Raf und MEK-1 Kinasen im Zentral Nervensystem

Die Raf/MEK/ERK Signaltransduktionskaskade spielt eine zentrale Rolle in einer Vielfalt biologischer Prozesse, wie Proliferation, Differenzierung, Apoptose, aber auch Adhäsion und Migration. Das Hauptanliegen unserer Forschung ist es, die essentielle(n) Funktion(en) der Raf Kinases und deren Hauptsubstrat MEK-1 in verschiedenen Geweben im erwachsenem Tier zu untersuchen. Ziel dieses spezifischen Forschungs-vorhabens ist die Untersuchung der Rolle von B-Raf und Mek-1 im zentralen Nervensystem. Die Wahl des experimentellen System basiert auf zwei Gründen: die besonders hohe Expression der Kinasen in neuronalen Zellen und die in der Literatur beschriebene, beträchtliche funktionellen Relevanz des ERK Signaltransduktionswegs für die Proliferation und das Überleben von Neuronen in vitro, für Lernvorgänge, und insbesondere für die synaptische Plastizität in vivo. Im Rahmen eines früheren Projektes konnten wir mittels konditionaler Gendisruptionsexperimente zeigen, dass B-Raf im zentralen Nervensystem eine essentielle Funktion ausübt. In der Abwesenheit von B-Raf ist die ERK Phosphorylierung im zentralen Nervensystem dramatisch herabgesetzt bzw. nicht nachweisbar. Die Folgen einer B- Raf Defizienz in neuronalen Vorläuferzellen sind überraschenderweise eine schwere Hypomyelinierung des zentralen Nervensystems sowie Zwergenwuchs, was auf eine Rolle von B-Raf in Oligodendrocyten sowie in der neuronalen Kontrollen des somatischen Wachstums hinweist. Dieses Projekt hat zwei Ziele: die Untersuchung der Mechanismen, welche der pleiotropen Funktion von B-Raf im zentralen Nervensystem zugrunde liegen und die Untersuchung der Folgen der Mek-1 Disruption in neuronalen Vorläuferzellen und somit ein besseres Verständnis der Effektor:Substrat Beziehung zwischen B-Raf und Mek-1 Um diese Ziele zu erreichen, werden wir von uns (Mek-1) sowie von kooperierenden Arbeitsgruppen (B-Raf) hergestellte Mausstämme benutzen, in denen die gezielte Inaktivierung der Gene unter Verwendung des Cre-loxP Rekombinationssystems möglich ist. Mit diesen 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 B-Raf und 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.

Zellen können nur überleben, proliferieren und differenzieren, wenn sie auf die Signale, die sie aus ihrer unmittelbaren Umwelt bekommen, adequat reagieren. Werden die Signale missverstanden, und sei es nur in einem einzelnen Kompartement, so ist die gesamte Zelle in Gefahr. Die Signalwege sind meist kaskadenförmig organisiert - ein Enzym aktiviert das Nächste, was zu einer Verstärkung des Signals führt. Ein solcher Signalweg ist die Raf / MEK / ERK-Kaskade, die Impulse für die Zellproliferation, das Überleben und die Differenzierung gibt. Zwei Enzyme dieses Signalweges, B-Raf und Mek-1, sind besonders stark in neuronalen Zellen exprimiert. Wir konnten zeigen, dass B-Raf der Hauptaktivator der MEK/ERK Kaskade im zentralen Nervensystem ist und eine wesentliche Funktion im Axonwachstum bzw. in der Differenzierung einer bestimmten Klasse von Neuronen, spielt. Außerdem ist B-Raf für die Differenzierung von Oligodendrozyten notwendig, die für die Myelinisierung von Axonen zuständig sind. B-Raf besitzt somit eine wesentliche Funktion im Nervensystem - das Fehlen dieses Proteins in neuronalen Zellen führt zu einer aggressiven, degenerativen Erkrankung und hat den Tod des Tieres zur Folge. Überraschenderweise spielt MEK-1, der Effektor von B-Raf, eine wesentlich unwichtigere Rolle und beeinflusst die Myelinisierung nicht. Die Studie unterstreicht die Bedeutung von B-Raf als wichtigster Faktor der drei Raf-Isoformen in der Entwicklung des zentralen Nervensystems und der Myelinogenese.