MDCK-MRP2 - Dkfz

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Abteilung Pathochemie (A060)
Leiter: Prof. Dr. Volker Kinzel (- 3/03)
Forschungsschwerpunkt A
Zell- und Tumorbiologie
Senior Wissenschaftler
Dr. Dirk Bossemeyer PD Dr. Dieter Kübler
Prof. Dr. Jennifer Reed
Post-docs
Dr. Michael Gaßel (01-) Dr. Dan Mihailescu
Gastwissenschaftler
Dr. Saturnino Herrero de Vega (- 1/04)
Dr. Zeily Nurachman (3-9/03)
Doktoranden
Andreas Schlosser (- 3/02 mit Abtlg. B090)
Darko Gosenca (- 8/02) Frank Gesellchen (- 10/03)
Katrin Weise (10/02-) Katja Gehenn (1/03-)
Andrea Erlbruch (7/03-)
Techniker/innen:
Hannelore Horn (½) Norbert König
Ursula Stanior (- 6/02) James Richards (- 7/03)
Die Abteilung befaßt sich mit Themen der zellulären
Signalgebung auf Proteinebene durch strukturelle und
funktionelle Analysen molekularer Interaktionen. Die Projekte
umfassen:
- Proteinkinasen als therapeutische Targets
- Die Zelloberfläche als Reaktionszentrum und Angriffsziel
- Steuerung des Zellzyklus am G2/Mitose Übergang
- Strukturelle Kontrollmechanismen molekularer Interaktionen
(Krankheitsrelevante Proteindomänen als
Target)
Die reversible Proteinphosphorylierung ist ein universelles
Werkzeug zur schnellen Steuerung der biologischen
Aktivität von Proteinen. Auch beim Wachstum
von Krebszellen spielt sie eine große Rolle. Das Verständnis
dieser Reaktion erfordert die Kenntnis der für Proteinphosphorylierung
verantwortlichen Schlüsselenzyme - der
Proteinkinasen - auf molekularer Ebene bis hin zu ihrer
Regulation, Funktion und Hemmung bei der lebenden
Zelle. Proteinkinase-Hemmstoffe werden bereits zur Therapie
verschiedener Krebsformen eingesetzt.
Die durch Phosphorylierung ausgeübte Kontrolle geschieht
häufig durch lokale Strukturänderungen der Substrate,
wie dies auch in unseren früheren Arbeiten gezeigt
werden konnte. Wir haben diese Art von Konformationskontrolle
von isolierten Proteindomänen anhand
synthetischer Peptide untersucht. Diese Arbeiten
umfassen Untersuchungen zum Aktionsmechanismus von
Fusionspeptiden und einen neu entdeckten Dömänentyp,
ein β→α Polaritäts-abhängiger Konformationsschalter.
Abteilung A060
Pathochemie
Proteinkinasen als therapeutische Targets
D. Bossemeyer, A. Erlbruch, S. Herrero de Vega,
Z. Nurachman, M. Gassel, N. König, V. Kinzel
In Zusammenarbeit mit:
Intern: W.-D. Lehmann und A. Schlosser (B090)
Extern: Dr. R.A. Engh, Roche-Diagnostics Penzberg; Prof. Dr. R.
Huber und Dr. T. Holak, MPI für Biochemie, Martinsried; Prof. Dr.
F.W. Herberg, Univerität Kassel
Zusatzfinanzierung: Roche-Diagnostics, Penzberg
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
Die Mehrzahl aller menschlichen Krebserkrankungen und
vieler andere Krankheiten ist eng mit der Fehlregulation
von Proteinkinasen verknüpft. Proteinkinasen als zentrale
Schalter der zellulären Regulation und Signaltransduktion
phosphorylieren Proteine, wodurch deren Funktionszustand
reversibel geändert wird. Im Grundzustand sind die meisten
Proteinkinasen allerdings inaktiv, ihre pathologischen
Wirkungen resultieren in der Regel aus ihrer Überexpression
oder Daueraktivierung. Hemmstoffe für die Aktivität von
Proteinkinasen sind daher äußerst vielversprechende Agenzien
in der Tumortherapie mit z. T. überwältigenden therapeutischen
Erfolgen bei nur geringen Nebenwirkungen.
Dies zeigt eindrucksvoll das Beispiel des Proteinkinaseinhibitors
STI571 (Gleevec) bei der Behandlung der chronischen
myeloischen Leukämie. Eine Grundlage für die Entwicklung
dieses Therapeutikums war die Struktur der ATP-
Bindestelle von Proteinkinasen, wie sie von uns für die cAMPabhängige
Proteinkinase 1993 mit als erstes vorgelegt
wurde. Ein großes Hindernis bei der strukturbasierten Entwicklung
von selektiven Proteinkinaseinhibitoren ist der
Mangel an Kristallstrukturen therapeutisch relevanter Proteinkinasen.
Von den über 500 verschiedenen Proteinkinasen
des menschlichen Genoms sind gerade einmal 6%
kristallisiert. Die Arbeitsgruppe versucht daher, auf zwei
Wegen räumliche Strukturinformationen von Proteinkinasen
für die Inhibitorentwicklung zu gewinnen. Der direkte Weg
führt über die rekombinante Expression, Reinigung und
Kristallisation von Proteinkinasen, z. Zt. überwiegend aus
der Gruppe der AGC-Kinasen, zu der u. a. so wichtige Vertreter
wie PKA, PKC, PDK1, PKB gehören. Hierzu werden
sowohl bakterielle als auch eukaryontische (Insektenzell-)
Expressionsysteme eingesetzt. Der indirekte Weg führt über
die katalytische Untereinheit der PKA. Kokristallisationsstudien
mit Proteinkinaseinhibitoren lassen Rückschlüsse
darauf zu, welche Faktoren und Eigenschaften für die
Bindung von Inhibitoren eine Rolle spielen [1,2]. Wegen
der hohen Konserviertheit des katalytischen Kerns von
Proteinkinasen lassen sich bestimmte Eigenschaften und
strukturelle Charakteristika anderer, verwandter Kinasen
durch gerichtete Mutagenese von PKA nachahmen (dabei
entstehen sogenannte Surrogatkinasen) [3,4]. Dieser Weg
bietet den Vorteil der leichten Gangbarkeit, da für PKA
von uns vielfältige Aktivierungs- Reinigungs- und
Kristallisationssysteme entwickelt wurden, die sich längst
im Routineeinsatz bewährt haben.
Um eine möglichst breite und solide Basis für die Entwicklung
neuer Hemmstoffe zu schaffen, versuchen wir darüber
hinaus, die strukturellen und funktionellen Mechanismen
der Katalyse und der zellulären Inaktivierungsprozesse von
Proteinkinasen zu verstehen. Hierzu kombinieren wir strukturelle
Analysen, gerichtete Mutagenesen von ausgewählten
Aminosäureresten und konservierten Strukturelementen
und funktionelle sowie kinetische Studien, z.