Entwicklung und Charakterisierung spezifischer niedermolekularer Inhibitoren der Funktion der Klasse II Phosphatidylinositol 3-Kinase C2alpha

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Nazare
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278189589

Phosphoinositide (PIPs) spielen eine zentrale Rolle in der Zellphysiologie, von der Signaltransduktion bis zum Membrantransport. Phosphatidylinositol- 4,5-Bisphosphat [PI(4,5)P2] ist an der Plasmamembran konzentriert, wo es u.a. für die Bildung von Clathrin umhüllten Membrangrübchen notwendig ist. Da die folgenden Stadien des endozytotischen Wegs von Phosphatidylinositol 3-Phosphaten (z.B. PI(3)P) bestimmt werden, muss die Abschnürung endozytotischer Vesikel von der Plasmamembran und ihre Fusion mit Endosomen von einer PIP Konversion von PI(4,5)P2 zu PI(3)P begleitet werden. Unsere jüngsten Daten legen nahe, dass diese Konversion zum Teil bereits an der Zelloberfläche durch Akquisition von Phosphatidylinositol-3,4-Bisphosphat [PI(3,4)P2] erfolgt. So konnten wir zeigen, dass die Bildung von PI(3,4)P2 durch die Klasse II PI 3-Kinase C2 (PI3K C2a) die Clathrin vermittelte Endozytose (CME) räumlich und zeitlich kontrolliert. Depletion von PI(3,4)P2 oder PI3K C2a behindert die Reifung Clathrin umhüllter Membrangrübchen (CCPs) in späten Stadien. Die zeitlich kontrollierte Bidlung von PI(3,4)P2 durch PI3K C2a wird für die selektive Rekrutierung des BAR Domänenproteins SNX9 an endozytotischen Intermediaten benötigt. Neben seiner Lokalisation an CCPs an der Plasmamembran findet man PI3K C2a auch perinukleär. Zusammen mit Dr. Emilio Hirsch konnten wir zeigen, dass PI3K C2a am perizentriolären Recycling Kompartiment (PRE) an der Basis primärer Cilien angereichert ist. Am PRE reguliert PI3K C2a direkt oder indirekt (z.B. durch Synthese von PI(3,4)P2 und nachfolgende enzymatische Hydrolyse zu PI(3)P) die Bildung eines PI(3)P Pools, der für die Aktivierung von Rab11 und des Sonic Hedgehog Signalwegs notwendig ist. Schliesslich mehren sich die Hinweise, dass Klasse II PI 3-Kinasen einschließlich PI3K C2a wichtige Funktionen in der Kontrolle der Signaltransduktion, Proliferation, des Überlebens und der Angiogenese ausüben. In dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt werden wir (i) mittels Hochdurchsatzscreening kombiniert mit medizinalchemischen und biochemischen Verfahren neue Isoform spezifische Inhibitoren der PI3K C2a entwickeln und charakterisieren, (ii) die Effekte der akuten Perturbation der Funktion von PI3K C2a in lebenden Zellen analysieren, um die Rolle der PI3K C2a in der CME, im endosomalen Membranverkehr, dem PIP Metabolismus und in der Signaltransduktion und Zellproliferation zu entschlüsseln, und schließlich (iii), beabsichtigen wir, die 3-dimensionale Struktur der PI3K C2a im Komplex mit spezifischen Inhibitoren durch Röntgenstrukturanalyse zu bestimmen. Wir erwarten durch die vorgeschlagenen Studien wichtige neue Erkenntnisse zur zellulären Funktion der PI3K C2a zu erhalten und so mögliche Wege für die Entwicklung neuer Agentien zur Behandlung von Krebs zu eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen