Aufrechterhaltung der Proteinhomeostase in aneuploiden humanen Zellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Zuzana Storchova
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209937551

Eine vom natürlichen Chromosomensatz abweichende Anzahl an Chromosomen (Aneuploidie) hat grosse Auswirkungen auf die Physiologie eukaryotischer Organismen. Schon ein einziges zusätzliches Chromosom hat einen negativen Effekt auf die Proliferation in nicht transformierten humanen Zellen. Die genauen molekularen Prozesse, die den Auswirkungen von Aneuploidie zugrunde liegen, sind nicht vollständig geklärt. Die aus dem Gleichgewicht geratene Proteinexpression des zusätzlichen Chromosoms ist jedoch notwendig für dieses Phänotyp. Nahezu 70% der Krebserkrankungen weisen einen aneuploiden Chromosomensatz auf. Daher präsentieren Aneuploidie und die entstehenden Veränderungen neue Ansatzpunkte für die Krebstherapie. Das Ziel unserer Forschung ist es die molekularen Mechanismen der Konsequenzen von Aneuploidie zu verstehen. Um die Auswirkungen von Aneuploidie zu untersuchen, haben wir humane aneuploide Zelllinien entwickelt, indem ein oder mehrere Chromosomen in diploide Zellen eingeführt wurden (Stingele et al., 2012). Die quantitative Analyse von Genom-, Transkriptom- und Proteomeänderungen zeigte, dass die Gene des zusätzlichen Chromosoms exprimiert werden. Jedoch skaliert die Proteinexpression nicht linear mit der veränderten Kopienanzahl von Genen und RNA (Stingele et al., 2012). Wir haben Signalwege identifiziert, welche als Konsequenz der Aneuploidie differenziell reguliert werden. Dieses Aneuploidy Response Pattern ist nicht abhängig von der Chromosomenzusammenstellung und spiegelt Veränderungen wieder, die auch in Zellen mit proteotoxischem Stress zu beobachten sind (Dürrbaum et al., 2014). Aneuploide Zellen akkumulieren ubiquitin-positive Proteinaggregate und aktivieren Autophagie (Stingele et al., 2012; Stingele et al., 2013). Die Funktion von HSP90 und HSF1 und damit auch die Proteinfaltung werden stark beeinträchtigt durch Aneuploidie (Donnelly et al., 2014). Als Folge dessen postulieren wir, dass die abnormale Proteinexpression in Aneuploiden zu Veränderungen in der Proteostase führt, welche wiederum Auswirkungen auf die Zellphysiologie mit sich bringen (Donnelly et Storchova, 2014). In der Weiterführung unserer Forschungsarbeit werden wir die durch Aneuploidie ausgelöste Veränderung in der Proteinhomeostase und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen weiter aufklären. Erstens werden wir durch detaillierte Analyse der Veränderungen in der Regulation von HSF1, wie zum Beispiel posttranslationale Modifikationen und Bindung von HSF1 an Promoterregionen, den Mechanismus des HSF1 Defizits identifizieren. Zweitens werden wir die Mechanismen, durch welche aneuploide Zellen Autophagie aktivieren, näher untersuchen und erforschen, ob ein Zusammenhang zu der Beeinträchtigung der Proteinfaltung besteht. Schlussendlich werden wir die Konsequenzen der veränderten Proteinhomeostase für die Zellphysiologie genauer bestimmen und untersuchen, ob in dem Proteinfaltungsdefizit die Hauptursache des von Aneuploidie verursachten Phänotyps liegt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen