Beschreibung

• Zytokinrezeptoren mit Schlüsselfunktionen in der Hämatopoese aktivieren homodimere Rezeptoren auf der Zelloberfläche durch gleichzeitige Wechselwirkung mit beiden Rezeptoruntereinheiten. Während ursprünglich eine Steuerung der Signalaktivierung über eine Ligand-induzierte Dimerisierung vermutet wurde, gibt es zunehmend Hinweise darauf, dass diese Rezeptoren auch ohne Ligand als Dimere oder Oligomere vorliegen. In der Tat gehen derzeit diskutierte Mechanismen von einer Liganden-induzierten Konformationsänderung prädimerisierter Rezeptoren aus. Im Verlauf der letzten Jahre haben wir Methoden der Einzelmolekülbildgebung systematisch optimiert, um die spatiotemporale Organisation von Proteinen in der Plasmamembran lebender Zellen zu untersuchen und damit Rezeptordimerisierung unter physiologischen Bedingungen zu quantifizieren. Für verschieden Rezeptorsysteme einschließlich der homodimeren Rezeptoren für Erythropoietin (EpoR), Thrombopoietin (TpoR) und Somatropin konnten wir interessanterweise keine Prädimerisierung, sondern ausschließlich Liganden-induzierte Dimerisierung beobachten. Dagegen konnten wir für konstitutiv aktive Jak2 und TpoR Mutanten, die in Patienten mit myeloproliferativen Neoplasien (MPN) gefunden wurden, eine Liganden-unabhängige Prädimerisierung zeigen. Diese Beobachtungen stellen den ursprünglich postulierten Mechanismus einer Ligand-induzierten Dimerisierung wieder her und lassen Interaktionen zwischen den JAKs im aktiven Signalkomplex vermuten. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, diese Interaktionen aufzuklären um die molekularen Grundlagen der Signalaktivierung zu identifizieren. Die Wechselwirkungen sollen mittels Einzelmolekül-Dimerisierungsassays und mikrostrukturierter Immobilisierung in der Plasmamembran lebender Zellen quantifiziert werden - Methoden, die kürzlich in der Arbeitsgruppe für solche Untersuchungen entwickelt wurden. Dazu nutzen wir komplementäre Eigenschaften von EpoR und TpoR als zentrale Zytokinrezeptoren der Hämatopoese, die durch konstitutiv aktive Jak2-Mutationen dysreguliert werden. Mittels Verkürzungen und Mutanten der Rezeptoren und Jak2 sollen die molekularen Determinanten der Rezeptordimerisierung und -aktivierung identifiziert werden. Um die Rolle der Geometrie und die konformationelle Organisation der JAK im Signalkomplex aufzuklären werden Abstände über Einzelmolekül-FRET in einzelnen Signalkomplexen vermessen. Dazu sollen EpoR- und TpoR-spezifische agonistische und invers agonistische Diabodies genutzt werden. Diese Untersuchungen werden ein detailliertes Bild ergeben, wie die Wechselwirkungen zwischen JAKs und den Rezeptoren die Assemblierung eines aktiven Signalkomplexes regulieren. In Anbetracht der zentralen Rolle dysregulierter Rezeptor- und Jak2-Mutanten in MPN lassen sich aus den mechanistischen Einblicken durch diese Studien möglicherweise neue Strategien ableiten, um selektivere Inhibitoren zur Bekämpfung von Leukämien und verwandten Krankheiten zu behandeln.

Projektlaufzeit

• 01.11.2017 - 31.01.2021