Funktion und Inhibition onkogener Transkriptionsfaktoren

Kernziel unserer Forschung ist die Aufklärung der molekularen Mechanismen zellulärer Proliferationskontrolle und malignen Zellwachstums, basierend auf der Analyse von Onkogenen und ihren möglichen Antagonisten. Das c-myc Protoonkogen kodiert einen Transkriptionsfaktor (Myc) mit onkogenem Potential. Myc und sein Dimerisierungspartner Max sind DNA-bindende Proteine, die zentrale zelluläre Prozesse kontrollieren. Deregulation von c-myc führt zur Tumorgenese und ist ein typisches Merkmal vieler humaner Tumore. Wir haben vor kurzem Urformen von myc (myc1, myc2) und max Genen aus dem frühen diploblastischen Cnidarier Hydra isoliert, dem basalsten bisher dafür verwendeten Metazoen [Hartl et al. (2010), PNAS 107:4051-4056]. Hydra myc1 Expression wird spezifisch in schnell proliferierenden Zelltypen des interstitiellen Stammzellsystems aktiviert. Die Hydra Myc1 und Max Urproteine teilen das Grunddesign und die wichtigsten biochemischen Eigenschaften mit ihren Nachfahren in Vertebraten, und Hydra Myc1 besitzt sogar onkogenes Potential. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Grundfunktionen des Hauptregulators Myc schon früh in der Evolution der Metazoen entstanden, was ihre Analyse in einem sehr basalen Modellorganismus ermöglicht. Wir werden nun Struktur und spezifische Expression auch des myc2 Gens im Detail studieren. Wir werden besonders die Rolle dieser Gene in der Hydra Entwicklung und Stammzellbiologie durch gene silencing analysieren. Weiterhin werden wir Effektorgene downstream von Hydra Myc identifizieren und die Signalwege mit denen vergleichen, die für die Rolle von Myc in Wachstumskontrolle oder Karzinogenese in höheren Organismen angenommen werden. Wir werden unsere Analysen auch auf mögliche nicht-transkriptionelle Funktionen von Myc ausdehnen, z.B. Kontrolle der DNA Replikation. Myc-induzierte Zelltransformation geht mit transkriptioneller Aktivierung oder Suppression spezifischer Zielgene einher. Wir haben unlängst das BASP1 Gen als neues supprimiertes Target von Myc identifiziert [Hartl et al. (2009), PNAS 106:5604-5609]. Das 25 kDa BASP1 Protein wurde ursprünglich als zytoskelett-assoziiertes Protein aus Ratten und Hühner Hirn isoliert, wurde aber auch in anderen Geweben und subzellulären Orten gefunden. Die BASP1 Expression wird spezifisch in v-myc-transformierten aviären Fibroblasten supprimiert. Ektopische BASP1 Expression führt zu Resistenz gegen nachfolgende Zelltransformation durch v myc. Mutationsanalyse ergab, dass die N-terminale Domäne mit Motiven für Myristoylierung, Calmodulin Bindung, und mögliche Kernlokalisation essentiell für die inhibierende Funktion des BASP1 Proteins ist. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Suppression des BASP1 Gens ein notwendiger Schritt in myc-induzierter Onkogenese darstellt und BASP1 ein möglicher Tumorsuppressor ist. Wir werden nun den Antagonismus von Myc and BASP1 auch in Säugerzellen analysieren, insbesondere in humanen Tumorzellen. Weiterhin werden wir die Möglichkeiten testen, BASP1- abgeleitete Peptide as mögliche Inhibitoren myc-induzierter Tumorgenese anzuwenden.

Unsere Forschung ist ausgerichtet auf die molekularen Mechanismen der zellulären Proliferationskontrolle und der Karzinogenese. Im Besonderen analysieren wir die Funktion von Onkogenen und suchen nach möglichen Antagonisten und Mechanismen zur Inhibition von Onkogenfunktion. Zelltransformation und Tumorinduktion durch aktivierte Onkogene (mutierte Proto-Onkogene) oder inaktivierte Tumorsuppressorgene involviert Änderungen in der Transkriptionskontrolle mit nachfolgender Veränderung im Genexpressionsmuster. Einer der kritischen Transkriptionsfaktoren (Myc) wird von einem prominenten Proto-Onkogen kodiert, c-MYC. Myc und sein Dimerisierungspartner Max sind bHLH-LZ DNA-bindende Proteine, die fundamentale zelluläre Prozesse kontrollieren. Deregulation des zentralen Regulators c-MYC führt zur Tumorentstehung und ist ein Kennzeichen vieler humaner Krebsformen. Die spezifischen Ziele des durch diesen Grant geförderten Projektes waren ausgerichtet auf (i) die Definition der elementaren Funktionen von Myc Homologen in sehr einfachen metazoischen Organismen, (ii) die Identifizierung neuer transkriptioneller Zielgene von Myc und neuer Proteininteraktionspartner, und (iii) die Identifizierung von Molekülen und Mechanismen zur Inhibition der Myc Funktion als Strategie zur therapeutischen Intervention in der Karzinogenese. (i) Wir haben unterschiedliche Homologe des humanen c-MYC Proto-Onkogens im einfachen Vielzeller Hydra (myc1 and myc2) identifiziert, mit verschiedenen entwicklungsspezifischen Expressionsmustern und unterschiedlicher Kontrolle durch Wnt Signaling. Untersuchungen der prinzipiellen Myc Funktionen in einfachen Organismen können zu weiteren Einblicken in relevante Myc Funktionen in höheren Organismen, auch im Menschen, führen. (ii) Wir haben Gene identifiziert, die direkte transkriptionelle Targets von Myc sind und Komponenten der DNA Replikationsmaschinerie kodieren, was ein Hinweis auf transkriptionelle Kontrolle der DNA Replikation durch Myc darstellt. Das ist von besonderem Interesse, da frühere Studien gezeigt hatten, dass DNA Replikation auch unter nicht-transkriptioneller Kontrolle durch Myc steht. Weiterhin haben wir den Kalzium-Sensor Calmodulin als neuen Protein-Protein Interaktionspartner von Myc identifiziert, mit Hinweisen auf einen möglichen Synergismus von Ca2+ und Myc Signaling. (iii) In Kooperation mit dem Scripps Research Institute in Kalifornien haben wir kleinmolekulare Inhibitoren der Myc:Max Dimerisierung identifiziert, die im nanomolaren Bereich wirken und gegenwärtig in mögliche therapeutische Agenzien weiterentwickelt werden. Zusätzlich zu diesen Hauptzielen haben wir in Kooperation mit der Universität Wien strukturelle Analysen der Proteinprodukte von relevanten Myc Targetgenen fortgeführt, und in Kooperation mit Kollegen der Universität Innsbruck neue Methoden zum Silencing krebsrelevanter Gene entwickelt.