Walther-Straub-Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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AG Mühlich: Regulation der Genexpression durch die transkriptionellen Koaktivatoren MKL1 und 2

Rezeptorpharmakologie und Signaltransduktion

Leitung: Dr. rer. nat. Susanne Mühlich

English - Muehlich Lab

Doktoranden:

Melanie Meier, M. Sc.
Constanze Hermanns, M. Sc. Biochemie
Sandra Voringer, M. Sc.

Ehemalige Labormitglieder:

Philipp Kircher, Apotheker
Natalie Frank, Dipl.-biol.
Josef Penkava, cand. med., FöFoLe-Promotionsstudent
Sahraa Khalid, cand. med.
Maximilian Nossek, FöFoLe-Promotionsstudent
Claudia Martin, Masterstudentin
Claudia Dahm, cand. med.
Maria Drexler, Masterstudentin
Veronika Hampl, M. Sc., PhD

 

Regulation der Genexpression

Im Mittelpunkt unserer Forschung stehen der Transkriptionsfaktor “Serum Response Factor” (SRF) und seine Koaktivatoren “Megakaryoblastic Leukemia 1 und 2” (MKL1/2 bzw. MRTF-A/B), die fundamentale biologische Vorgänge wie Zellwachstum, Zellmigration, Differenzierung und Organisation des Zytoskeletts kontrollieren.

SRF induziert die Transkription von Genen, die aufgrund ihrer transkriptionellen Induktion innerhalb von Minuten nach Stimulation mit Serum oder Wachstumsfaktoren auch “Immediate Early Genes” (IEGs) genannt werden (1).

Serum aktiviert RhoA- und MAPK-Signalwege. Die RhoA-Aktivierung führt zu einer vermehrten Aktinpolymerisation unter Abnahme von unpolymerisiertem G-Aktin, welche für die Translokation von MKL1 in den Kern verantwortlich gemacht wurde (2).

Wir konnten zeigen, dass der nukleäre Export von MKL1 durch ERK1/2-MAPK-vermittelte Phosphorylierung und gesteigerte Bindung an G-Aktin bewerkstelligt wird (3) (siehe Abb.1).

Somit bildet MKL1 eine Schnittstelle zwischen zwei essentiellen Signalwegen, dem MAPK- und RhoA-Signalweg. Beide Signalwege wurden bereits in die Tumorigenese impliziert: ERK1/2-MAPK-Inhibitoren befinden sich in der klinischen Testung, und eine RhoA-Überexpression wurde in verschiedenen Tumoren nachgewiesen (4). Wir konnten erstmals nachweisen, dass MKL1 und 2 in Mammakarzinom- und hepatozellulären Karzinom-(HCC) Zellen, sowie HCC-Patientenproben, die eine Deletion des Tumorsuppressors DLC1 aufweisen, im Kern lokalisiert ist (5). Eine Deletion von DLC1 liegt in ca. 50% der Leber-, Mamma- und Lungentumore und in ca. 70% der Kolonkarzinome vor (6). Die nukleäre Akkumulation von MKL1 und 2 in DLC1-defizienten Zellen ging mit einer konstitutiven Aktivierung tumorrelevanter MKL1/2-Zielgene wie CTGF und Integrin a5 und gesteigerter Zellproliferation einher (5). Des weiteren konnten wir zeigen, dass die Depletion von MKL1/2 tumorzellspezifische Charakteristika wie gesteigerte Zellmigration, -proliferation und die Fähigkeit zu autonomen Wachstum supprimiert (5).

Konsistent mit diesen Befunden fuehrte die Ausschaltung von MKL1 und -2 zur vollständigen Inhibition des HCC-Tumorwachstums (7, 8). Wir konnten zeigen, dass der Rückgang der HCC-Xenograft-Tumore mit onkogen-induzierter Seneszenz assoziiert war. Basierend auf diesen Befunden stellt die Seneszenzinduktion durch Antagonisierung von MKL1 und -2 einen sehr vielversprechenden therapeutischen Ansatz für die Behandlung des hepatozellulären Karzinoms, welches durch einen DLC1-Verlust gekennzeichnet ist, dar (7, 8).

Unser Ziel ist es, die Bedeutung von MKL1/2 und seinen Zielgenen sowohl in der normalen Wachstumskontrolle, als auch in der Tumorigenese zu verstehen. Wir werden potentiell tumorrelevante MKL1/2-Zielgene charakterisieren und ihre Fähigkeit prüfen, die Effekte von MKL1/2 auf die Tumorigenese zu vermitteln. Dazu verwenden wir einen multimethodischen Ansatz aus moderner Zell- und Molekularbiologie, Proteinbiochemie und Mausmodellen. Die gewonnenen Informationen werden uns erlauben, die Relevanz von MKL1 und 2 als Zielstrukturen für die Tumortherapie zu beurteilen.

model

Abb. 1: Modell der Regulation von MKL1 (aus Mühlich et al., 2008)

 

Literatur

  1. J. A. Winkles, Prog Nucleic Acid Res Mol Biol 58, 41 (1998)
  2. F. Miralles, G. Posern, A. I. Zaromytidou, R. Treisman, Cell 113, 329 (May 2, 2003)
  3. S. Muehlich et al., Mol Cell Biol 28, 6302 (Oct, 2008)
  4. M. Kohno et al., Ann Med 38, 200 (2006)
  5. S. Muehlich et al., Oncogene (2011)
  6. W. Xue et al., Genes Dev 22, 11 (2008)
  7. V. Hampl et al., EMBO MM (2013)
  8. S. Muehlich et al., Aging (2013)