MEK1 Komplexe regulieren Zeitpunkt und Intensität von ERK & AKT Signalen

Der RAF/MEK/ERK Signaltransduktionsweg leitet die Signale von aktivierten Rezeptortyrosinkinasen und Ras weiter und sorgt somit für die Proliferation und Überleben von Zellen. Wir haben kürzlich gezeigt, dass einer der Bestandteile dieses Signalweges, MEK1, völlig unerwartet nicht für die Weiterleitung, sondern vor allem für die negative Regulation des RAS Signales notwendig ist: zum einen sorgt es für eine Herunterregulierung des ERK Signals in der MEK2/ERK Achse, zum anderen beschränckt MEK1 aber auch die Aktivierung des parallelen Signalweges PIP3/AKT. Beide Funktionen basieren auf der ERK-vermittelte Phosphorylierung einer bestimmten Aminosäure (T292) in der Prolin-reichen Region von MEK1, die als negative Rückkoppelung in der MEK/ERK Achse dient. Daraus folgt, dass MEK Inhibitoren zwar die Herunterregulierung des RAF/MEK/ERK Signaltransduktionsweges bewirken, gleichzeitig aber auch den PIP3/AKT Signalweg anregen. Dies könnte widerum dazu führen, dass Tumorzellen Resistenzen gegen MEK Inhibitoren entwickeln. Die negative Regulierung von ERK und PIP3/AKT basieren auf der Bildung von Proteinkomplexen. Es ist bekannt, dass die negative Regulierung von MEK2 durch MEK1 nur möglich ist, sofern die beiden Proteine als Dimere vorliegen. Außerdem konnten wir zeigen, dass für die negative Regulierung des PIP3/AKT Signalweges mindestens zwei weitere Proteine in engem räumlichen Kontakt stehen müssen das Adaptorprotein MAGI1 und die Protein/Lipidphosphatase PTEN. Ohne MEK1 kann dieser Komplex nicht gebildet werden, MAGI1 und PTEN werden nicht zur Membran rekrutiert, und PTEN kann die Akkumulation von PIP3 an der Membran nicht mehr kontrollieren. Diese Daten haben völlig neue Funktionen von MEK1, die nicht voraussagbar waren, bewiesen der molekulare und räumliche Kontext, in dem diese Funktionen ausgeübt werden, konnte allerdings noch nicht vollständig geklärt werden. Unsere zentrale Hypothese ist, dass MEK1 die zentrale Schaltstelle in Bezug auf Zeitpunkt und Intensität der von Tyrosinkinaserezeptoren und Ras angeregten ERK und AKT Signale darstellt. Diese Basis dieser Funktion ist die Bildung von Proteinkomplexen. In diesem Projekt werden wir die MEK1 Komplexe näher charakterisieren und weitere Interaktionspartner von MEK1 identifizieren. Wir sind besonders interessiert an: a) der Phosphatase, die die Raf-abhängige Phosphorylierung an den MEK1 und MEK2 Proteinen entfernt und somit die Intensität und Länge des ERK Signals reguliert und b) zusätzliche Komponenten des MEK1/MAGI1/PTEN Komplexes, das die Herunterregulierung der PIP3 Produktion bewirkt. Außerdem werden wir die subzelluläre Lokalisation dieser Komplexe bestimmen, um sie mit den unterschiedlichen biologischen Aktivitäten korrelieren zu können.

Zellphysiologie kann betrachtet werden als das Produkt von Tausenden von Proteinen, die zusammenwirken, um die zelluläre Antwort auf Umweltsignale zu bestimmen. Diese Signale werden von Botenroteinen interpretiert, die physisch miteinander interagieren, um sicherzustellen, dass die Signale gleichzeitg verstärkt und spezifisch weitergegeben werdn. Man kann sich diese Botenproteine als Legosteine vorstellen, die abhängig vom Einfluss der Umwelt der Zelle in unterschiedlichen Formen neu angeordnet werden können. Um zu verstehen, wie die Zelle das / die Signal (e) interpretiert, müssen wir in der Lage sein, die Natur dieser dynamischen Botenproteinen-Komplexe zu untersuchen. In diesem Projekt haben wir eine Reihe von Reagenzien entwickelt, mit denen es möglich wird, solche Komplexe zu untersuchen. Im speziellen Fall handelt es sich um die Komplexe, die vom Botenprotein MEK1, das in vielen menschlichen Tumoren konstitutiv aktiv ist, während der Interpretation von Proliferationssignalen gebildet werden.