PI3K Signalwege: Akt vor- und nachgeschaltete Aktivitaeten

Wachstumsfaktoren und Hormone binden an Rezeptoren auf der Zelloberfläche um intrazelluläre Antworten einzuleiten, die essentiell für Gewebe sind, um auf Veränderungen in ihrer Umwelt zu reagieren. Die Bindung an diese Rezeptoren aktiviert eine Signalkaskade, die zur Produktion von phosphorylierten Lipiden in der Plasmamembran führt, welche als Signalmoleküle nachgeschaltete Signalwege in Gang setzen, um eine physiologische Antwort einzuleiten. Dieser Signalweg ist einerseits in Krankheiten wie Krebs und Großwuchssyndromen häufig hyperaktiviert, und andererseits in metabolischen Erkrankungen, wie Diabetes, oft inaktiviert. Akt ist eine lipid-aktivierte Proteinkinase, die von Phosphoinositol-3,4,5-trisphosphat (PIP3), einem dieser Signalmoleküle, aktiviert wird. Nach der Aktivierung durch PIP3 phosphoryliert Akt zahlreiche Effektormoleküle und kontrolliert dadurch essentielle Prozesse wie Wachstum, Proliferation, Differenzierung und Metabolismus. Obwohl wir mittlerweile verstehen, daß Akt nur an Membranen aktiv ist, die PIP3 enthalten, sind die genauen Mechanismen, durch welche Akt aktiviert und inaktiviert wird, nicht bekannt. Akt wird von einer anderen Kinase, der Proteinkinase 3-phosphoinositide dependent kinase 1 (PDK1) aktiviert, deren Aktivität selbst wiederum durch PIP3 gesteuert wird. Im Gegensatz zu Akt, aktiviert sich PDK1 durch den Prozess der Autophosphorylierung selbst, wobei der genaue Mechanismus bisher unbekannt ist. Wir werden daher untersuchen, wie genau PDK1 als Antwort auf Wachstumsfaktoren aktiviert wird, und wie PDK1 dann wiederum nachgeschaltete Substrate, inklusive Akt, aktiviert. Außerdem werden wir den genauen Mechanismus der Aktivierung von Akt durch PIP3 erforschen und des Weiteren die Phosphatase PHLPP (PH domain-containing leucine-rich repeat protein phosphatase) untersuchen, die den Akt-Signalweg durch Dephosphorylierung von Akt terminiert. Wir möchten dabei erforschen ob und wie die Deaktivierung von Akt durch PHLPP funktioniert und unter welchen Bedingungen diese Deaktivierung stattfindet. Dieses Proposal kombiniert strukturbiologische, biophysikalische und biochemische Techniken, um neue Einsichten in die Biochemie von Akt, PDK1 und PHLPP zu gewinnen. Während das Konzept der Aktivierung von PDK1 durch Dimerisierung und Autophosphorylation bereits etabliert ist, fehlt das molekulare Verständnis dieses Mechanismus gänzlich. Weil PDK1 aufgrund seiner Rolle in der Aktivierung zahlreicher nachgeschalteter Signalwege oft als Masterkinase bezeichnet wird und Akt eine sehr zentrale Rolle im Wachstumsfaktoren-Signalweg spielt, wird die erfolgreiche Ausführung dieses Antrags neue, wichtige Einsichten in die Regulation dieses kritischen Signalweges bringen. Diese Forschungsergebnisse werden daher nicht nur für Grundlagenforscher, sondern auch für Onkologen und pharmazeutische Entwickler von großer Bedeutung sein.