AG Borggrefe
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Molekulare Mechanismen der Notch Signaltransduktion
Der Notch-Signalweg ist ein evolutionär konservierter Signaltransduktionsweg, der bei der Zelldifferenzierung, der Gewebehomöostase und der Tumorentstehung eine zentrale Rolle spielt. In der Hämatopoese ist Notch1 für die Entwicklung von T-Zellen von entscheidender Bedeutung und wird mit der Versorgung von hämatopoetischen Stammzellen in Verbindung gebracht. Auf der molekularen Ebene induziert eine Ligandenbindung die Prozessierung des Notch-Rezeptors; dies führt zur Freisetzung der intrazellulären Notch-Domäne (NICD), siehe auch Abbildung 1. Anschließend wandert die NICD in den Zellkern, bindet den Transkriptionsfaktor RBPJ und aktiviert die Transkription von Zielgenen. In Abwesenheit der NICD unterdrückt RBPJ aktiv die Genexpression von Notch-Zielgenen durch Rekrutierung von Corepressor-Komplexen. Mein Labor hat diesen molekularen Schalter (Corepressor zu Co-Aktivator) umfassend charakterisiert (Oswald et al., 2016; Giaimo et al., 2018, Ferrante et al., 2020; zusammengefasst in Giaimo et al. 2021).
Chromatin-Akteure an Notch Zielgenen
In den letzten Jahren haben wir und andere Forscher postuliert, dass chromatinbasierte Mechanismen eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Notch-Zielgenexpression spielen (zusammengefasst in Giaimo et al., 2021). Eine Schlüsselfrage war, wie Histon-Methylierung und -Acetylierung dynamisch reguliert wird. Wir haben zum Beispiel gezeigt, dass die Histonmethylierung durch die Histon-Methyltransferase KMT2D und der Histon-Demethylase KDM5A eine herausragende Rolle in der Regulation von Notch Zielgenen spielt (Oswald et al., 2016 und Liefke et al., 2010).
Charakterisierung des RBP-J-Repressor-Komplexes in der Leukämogenese
Die Notch-Signalisierung wird mit der Entwicklung verschiedener Leukämieformen in Verbindung gebracht. Wir konnten ETO als Teil des RBP-J-Korepressorkomplexes identifizieren. Ein chromosomales Fusionsprotein AML1/ETO kann den Corepressor-Komplex stören, was zu einer Derepression von Notch-Zielgenen führt. Wir wollen den zugrunde liegenden molekularen Mechanismus, der zur Leukämogenese führt (Agrawal et al., 2020), weiter charakterisieren.
Charakterisierung des Notch-Koaktivatorkomplexes
Posttranslationale Modifikationen der Notch-intrazellulären Domäne NICD (Ubiquitinylierung, Phosphorylierung, Hydroxylierung und Acetylierung) kontrollieren sowohl Stärke als auch Dauer eines Notch-Signals. Mutationen in der C-terminalen PEST-Domäne, die die NICD stabilisieren, wurden bei T-ALL-Patienten nachgewiesen. Wir konnten bereits zeigen, dass die NICD nicht nur ubiquitiniert sondern auch methyliert als auch acetyliert wird (Hein et al, 2015; Ferrante et al. 2020). Diese Modifikationen bestimmen nicht nur die Stärke des Notch Signals, sondern regulieren auch die Halbwertszeit des aktiven NICD-Koaktivator-Komplexes.
In Zukunft wollen wir die molekulare Mechanismen von Chromatin- und RNA-regulierenden Prozessen, die den Notch Signalweg lenken, weiter entschlüsseln. Hierfür werden wir sowohl biochemische, molekularbiologische und zelluläre Techniken einsetzen.
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