Thiele, Holger: Struktur und Funktion des Gens für das translationell kontrollierte Tumorprotein (TCTP)

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Kapitel 1. Aufgabenstellung

Das translationell kontrollierte Tumorprotein (TCTP) ist ein ubiquitär in Eukaryonten vorkommendes Protein mit einem Molekulargewicht von 19,4 kd (Mensch, Kaninchen). Sein Gen trägt die Bezeichnung TPT1. Trotz seiner bislang unklaren Funktion, die wegen seiner Fähigkeit zur effektiven Tubulin-Bindung im Bereich des Zytoskeletts vermutet wird, ist dieses Protein aus mehreren Gründen für das Forschungsgebiet der molekularen Medizin interessant.

Physiologische Zellfunktionen sind durch die regulierte Expression genetischer Information charakterisiert. Deren Expression wird sowohl auf der Ebene der DNA (Transkription) als auch der mRNA (Translation) kontrolliert. Störungen dieser Regelkreise können zu Tod und Entartung von Zellen führen und sind die Ursache einer Vielzahl von Erkrankungen.

Es konnte gezeigt werden, daß TCTP bei atopischen Kindern mit Nahrungsmittel- unverträglichkeiten und allergischen Hautekzemen als Histamin-Freisetzungsfaktor (HRF) fungieren kann. Diese Histamin- und auch IL-4-Freisetzung aus basophilen Granulozyten war IgE-abhängig. Dies lieferte den Hinweis dafür, daß TCTP in die Pathomechanismen involviert sein könnte, die für die Entstehung allergischer atopischer Erkrankungen verantwortlich sind. TCTP "knock out" Experimente mit Hefen zeigten, daß die Ausschaltung des TPT1-Gens nicht zu den letalen Mutationen gehört, aber für das Zellwachstum von Bedeutung ist. Dafür sprechen auch Daten, die eine starke Abhängigkeit seiner Zytoskelett-Assoziation vom Zellzyklus zeigen. Damit ist es sehr wahrscheinlich, daß es mit TCTP-Mutationen verknüpfte Erkrankungen gibt, die aber noch nicht auf ihre Ursache zurückgeführt werden können. Die Tatsache, daß TCTP in allen Eukaryonten vorkommt und hochgradig konserviert blieb, unterstreicht die Bedeutung des Proteins.

Die Ebenen der Expression des TPT1-Gens sind bisher erst in Anfängen untersucht. Die Entdeckung des TCTP ist mit der Tatsache verknüpft, daß die mRNA im Zytosol als translationsinaktiver mRNP-Komplex gefunden wurde, was auf eine spezifische Translationskontrolle hinwies. Die TCTP-mRNA gehört zu den sogenannten "Poly-Pyrimidintrakt-mRNAs", die am 5'-Ende der 5'-untranslatierten Region eine typische pyrimidinreiche Sequenz aufweisen. Dieses Motiv ist wahrscheinlich in die mRNA-spezifische Kontrolle der Translation involviert. Es gibt auch Hinweise auf die Bedeutung der


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3'-untranslatierten Region der mRNA für die Translationskontrolle. Die Mechanismen dieser Regelvorgänge sind bisher jedoch unbekannt und Gegenstand eines anderen Projekts unserer Arbeitsgruppe.

Meine Aufgabe sollte darin bestehen, die transkriptionelle Ebene der Expression des TPT1-Gens zu untersuchen. Frühe Arbeiten haben gezeigt, daß TCTP durch Dimethylsulfoxid induziert werden kann. Von dieser Substanz weiß man, daß sie auch auf transkriptioneller Ebene wirkt. Später wurden weitere Induktoren wie Phorbolester, Lipopolysaccharide, IL-3 und Schwermetalle bekannt. Auch sie werden überwiegend mit Genaktivierungen in Verbindung gebracht. Die Wirkung dieser Induktoren unterscheidet sich in den verschiedenen Geweben. Dies weist auf die Mitwirkung gewebsspezifischer Faktoren hin. Die Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen setzt Kenntnisse über die Struktur des Gens und die Funktion des Promotors voraus. Von keiner Spezies waren jedoch bislang die Gene bekannt, oder Einsichten in die Strukturen der Gen-Kontrollregionen beschrieben worden.

Primäres Ziel der Arbeit war die erstmalige Aufklärung der Natur eines Säuger-TPT1-Gens, sowie Zelltransfektions-Studien zur Funktion des Promotors. Dies schloß weiterhin Untersuchungen zur Natur der gebildeten Transkripte und einer möglichen Gewebsspezifität ihrer Expression ein. Weiterhin sollte Hinweisen auf die Existenz alternativer verwandter Gene oder Pseudogene nachgegangen werden. Die spätere Identifizierung von zahlreichen TPT1-Pseudogenen führte zur Beschäftigung mit der Frage, wie Pseudogene und andere Vertreter retroposaler Elemente entstehen.

Die Hauptarbeiten zur Struktur und Funktion des TPT1-Gens wurden beim Kaninchen durchgeführt, Teilaspekte jedoch auch am menschlichen TPT1-Gen. Die gleichzeitige Untersuchung beider Spezies bot einige Vorteile. So können einige Experimente nur am Tiermodell durchgeführt werden. Vom Menschen dagegen existieren zahlreiche Zellinien und Untersuchungsmöglichkeiten, die keine Entsprechung zum Tiermodell haben. Der Vergleich konservierter Elemente, besonders im Promotorbereich, ließ Einsichten in bestimmte funktionelle Fragestellungen erwarten. Darüber hinaus waren Erkenntnisse zur Regulation der humanen TCTP Synthese aus medizinisch-pathogenetischer Sicht von großer Bedeutung, da bislang atopische Erkrankungen im Zusammenhang mit dem TCTP nur beim Menschen beschrieben worden sind.


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Mon May 29 13:40:59 2000