MDCK-MRP2 - Dkfz

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Forschungsschwerpunkt A
Zell- und Tumorbiologie
und Regulatorkomplex werden in vitro von CK2 phosphoryliert
[1,2].
Das FLO-Regulon kontrolliert das Adhäsionsverhalten von
Hefezellen und mehrere seiner Gene haben menschliche
Orthologe. FLO-Gene müssen für eine ungestörte Proliferation
der Zellen im reprimierten Zustand gehalten
werden. Wenn wir CK2 genetisch stören, wird die Repression
aufgehoben. Dies geht mit dem Expressionsanstieg
eines zentralen FLO-Transkriptionsaktivators (SSN5)
sowie einem Flocken der Zellen einher. Daraus kann geschlossen
werden, dass CK2 eine essentielle Rolle spielt
für die über Zell-Zell-Adhäsion vermittelte Proliferationssteuerung
[3].
Um CK2-abhängig regulierte Gene der Zellzyklus-Anfangsphase
zu erfassen, haben wir S.cerevisiae mit Hilfe von
α-Pheromon in der G0-Phase arretiert und die Genexpressionsprofile
von Wildtyp- und CK2-Mutanten-Stämmen
beim (Wieder)Eintritt in den Zellzyklus vergleichend
bestimmt. Wir finden signifikante Expressionsänderungen
von Genen aller Zellzyklusphasen, oft CK2-Untereinheiten-
und CK2-Isoform-spezifisch. Neben den Genen mit
Homologien in den Promoterregionen und gleichgerichteten,
permanenten CK2-Abhängigkeiten wie den PHO-
Genen (vgl. oben), finden sich vor allem temporär expressionsveränderte
Gene, die solche Homologien nicht
haben aber vergleichbar auf CK2-Mutationen reagieren
sowie Gene, die zwar Homologien besitzen aber unterschiedlich
auf CK2-Mutationen reagieren. Funktionell gehören
diese Gene zu den Regulonen von Zellzykluseintritt,
-progression und -austritt, und sie betreffen Komponenten
des Spindelpolkörpers und der Zellzykluskontroll-Maschinerie
samt assoziierter Stoffwechselwege, vor
allem aber Gene, die an Chromatin-Remodeling und -Modifikation
beteiligt sind, einschliesslich Chromatin-Assembly,
-Silencing und -Antisilencing, der Histonacetylierung
und -deacetylierung (Abb. 2). Interessanterweise sind
verschiedene der kodierten Proteine auch nachgewiesene
CK2-Substrate. Das Ergebnis ordnet der CK2 eine bisher
nicht bekannte globale Rolle zu: Beteiligung an der
A135
Biochemische Zellphysiologie
Abb. 1. Proteinkinase CK2 als Regulator des PHO-Stoffwechselweges. (A) Die Deletion von CK2-Genen reprimiert PHO-Exekutivgene
und ihren zentralen Aktivator PHO4. DNA-Chip-Analyse der angegebenen Genexpressionen zu verschiedenen Zeiten der Zellzykluseintrittsphase.
(B) Schematischer Überblick der Verknüpfung von PHO-Stoffwechselweg, Proteinkinase CK2 und Zellzyklus. Für Details
siehe Text.
Kontrolle des transkriptionsverknüpften Chromatin-Remodelings
[2,4,5].
Cell cycle
phase
Gene Gene product
G1 CAC2 p60 subunit of chromatin assembly factor I
ESC4 Establishes silent chromatin
ASF1 Anti-silencing protein
S SWI1 Chromatin remodeling zinc-finger transcription factor
TEL2 Telomere binding protein
S/G2 HOS3 Histone deacetylase
CSE4 Similar to histone H3 and to centromere protein CENP-A
G2/M SRI1 Swi/SNF and RSC interacting protein 1
AHC1 Component of Ada histone acetyltransferase complex
MCM6 ATP-dependent DNA helicase
M/G1 HST4 Histone deacetylase
Abb. 2. Bei Zellzyklus-Eintritt gestörte CK2-Gene ändern die Expression
von Genen, die Faktoren von Chromatin-Remodeling
und -Modifikation kodieren und die zu verschiedenen Zellzyklusphasen
gehören. Für Details siehe Text.
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
Unsere Daten weisen ferner aus, dass die CK2-Isoformen
α und α‘ funktionell unterschiedliche Rollen spielen können,
und dass der Untereinheit β nicht immer dieselbe
Bedeutung zukommt. Während die Repression der FLO-
Gene vom Kinaseaktivitätsniveau abhängt und nicht welche
Isoform sie erzeugt oder ob CK2β zugegen ist, ist
die Expressionskontrolle der PHO-Gene deutlich Isofomspezifisch
und stark CK2β-abhängig. Solche Differenzen
finden sich auch bei der Chromatin-verknüpften Expressionskontrolle
[1-5]. In welcher Form CK2 auch immer
eingreift, sie scheint stets derselben zellphysiologischen
Funktion zu dienen, der eines Überlebensfaktors (vgl.
auch Ahmed et al. 2002 Trends in Cell Biology 12, 226-
230).
Hefe ist nicht nur als zelluläres Modell interessant. Vielmehr
können Hefezellen auch als „biologische Retorte“ vorteilhaft
sein, etwa für mechanistische Studien der Expression
menschlicher Gene unter in vivo-Bedingungen im 1H-System
(one hybrid system). Wir haben damit beispielsweise
die Frage beantworten können, ob der zu beobachtende
stimulierende Effekt von CK2α auf die Expression des