Cyclin-dependent kinase (CDK) 6: ein molekularer Schalter zwischen dem Zellzyklus und der inflammatorischen Genregulation

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2014

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-13931

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Der Eintritt einer Zelle in die G1-Phase des Zellzyklus wird durch die Synthese von D-Cyclinen initiiert, die an die cyclinabhängigen Proteinkinasen CDK4 und CDK6 binden und diese aktivieren. CDK4 und CDK6 phosphorylieren in der Folge das Retinoblastom Protein Rb und aktivieren damit indirekt den Transkriptionsfaktor E2F. Dieser Arbeit vorausgehende Befunde identifizierten CDK6 darüber hinaus als eine Kinase, die in vitro die p65-Untereinheit des Transkriptionsfaktors NF-kappaB phosphoryliert. P65 NF-kappaB fungiert neben vielen anderen Funktionen als ein essentieller Regulator der zytokin-vermittelten inflammatorischen Genexpression. Durch kontrollierbare Überexpression einer katalytisch aktiven CDK6-Variante konnte in Zellkulturen und auf Einzelzellebene gezeigt werden, dass CDK6 die Interleukin(IL)-1-abhängige Expression des Chemokins IL-8 verstärkt. Genomweite Untersuchungen ergaben, dass der synchronisierte Eintritt von humanen epithelialen Tumorzellinien in die G1-Phase neben IL8 noch eine Reihe von weiteren proinflammatorischen Genen induzieren kann. Dieser Effekt war in Zelllinien, die eine shRNA-vermittelte Suppression von CDK6 oder CDK4 aufwiesen, stark vermindert und konnte insbesondere für CDK6 auch in nicht-synchronisierten Zellen beobachtet werden. Verschiedene Interaktionsassays, wie Kolokalisationsstudien, Koimmunopräzipitationen und proximity ligation assays (PLA) wiesen eine IL-1-regulierbare Interaktion von CDK6 mit p65 im Zellkern und in der Chromatinfraktion nach. Die Suppression von CDK6 führte zu einer Abnahme des chromatin-assoziierten p65 und einer Reduktion der Phosphorylierung an Ser536, einer Modifikation, die für den Kernimport von p65 eine Rolle spielen könnte. Darüber hinaus konnte mittels Chromatinimmunpräzipitations-Experimenten eine Korekrutierung von CDK6 und p65 an den IL8-Locus gezeigt werden. Offenbar reguliert CDK6 die Bindung von p65 an den IL8-Promotor und in der Folge die Beladung des IL8-Locus mit RNA Polymerase II. Proteomweite Untersuchungen mit phosphorylierungs-spezifischen Antikörpern gegen putative CDK6-Substrate führten zur Identifikation des Koaktivators TRIP6, dessen Interaktion mit p65 und CDK6 im Zytosol und Zellkern mittels PLA nachgewiesen wurde. Mutationen der CDK6-Phosphorylierungsstellen in TRIP6 führten zur Aufhebung der Koaktivator-Funktion von TRIP6 bei der p65-vermittelten IL8-Expression. Neben den neuen Erkenntnissen zu CDK6-Zielgenen und zur CDK6-Chromatinassoziation beschreiben diese Ergebnisse eine bisher nicht bekannte molekulare Verbindung, über die der Zellzyklus an inflammatorische Genexpressionsprogramme gekoppelt werden kann. Die biologische Bedeutung dieser Beobachtung ergibt sich daraus, dass in vielen Tumoren der G1-CDK6-Signalweg durch Überexpression der Kinase, von D-Cyclinen oder durch verminderte Expression von Zellzyklusinhibitor-Proteinen hyperaktiviert ist. Dieses führt nicht nur zu einer unphysiologisch hohen Zellteilung des Tumors, sondern trägt entsprechend den Ergebnissen dieser Arbeit auch zu einer gesteigerten Synthese von proinflammatorischen Faktoren wie IL8 und IL6 bei. Diese können in Folge das Tumormikromilieu modulieren und so das Tumorwachstum fördern. In analoger Art und Weise könnte CDK6 durch die Amplifikation der Synthese von Entzündungsmediatoren in proliferierenden Zellen im Rahmen der Wundheilung auch in gesunden Geweben eine zusätzliche Bedeutung haben.

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