Forschung

1. Mitotische Cycline und ihre funktionelle Spezialisierung (Cyclin A, B und B3, Cdk1)
Cycline sind regulatorische Proteine, die mit Proteinkinasen der Cdk-Familie (Cdk: Cyclin-dependent kinase) assoziieren und deren Aktivierung ermöglichen. Die mitotischen Cycline A, B und B 3 binden an Cdk1(Cdc2). Die Aktivierung dieser Kinase leitet die Zellteilung ein (Chromosomenkondensation, Zellkernhüllenabbau, Spindelaufbau). Der Abschluss der Zellteilung (Spindelabbau, Zellkernhüllenbildung, Chromosomendekondensation) kann dann erst wieder nach Inaktivierung von Cdk1 erfolgen. Diese Inaktivierung ist das Resultat einer proteolytischen Degradation der mitotischen Cycline. In Drosophila haben wir drei verschiedene mitotische Cyclin-Gene identifiziert (Cyclin A, B und B3). Wir haben Mutationen in diesen konservierten Genen induziert und untersuchen Zellteilungsdefekte in diesen Mutanten um Auskunft über die funktionelle Spezialisierung der verschiedenen mitotischen Cycline zu erhalten.

2. Degradation der mitotischen Cycline (fizzy/CDC20, fizzy-related/CDH1, Mps1)
Die rechtzeitige, effiziente Entsorgung der mitotischen Cycline durch Ubiquitin-abhängige Proteindegradation ist essentiell für den Ablauf der Zellteilung. Diese Degradation wird nur eingeleitet wenn alle Chromosomen die richtigen bipolaren Verbindungen in der mitotischen Spindel ausgebildet haben ("spindle checkpoint"). Nach der Degradation der mitotischen Cycline erfolgt der Abschluss der Zellteilung (Spindelabbau, Zellkernhüllenbildung, Chromosomendekondensation). Die Degradation der mitotischen Cycline wird erst wieder abgeschaltet beim Eintritt in die nächste S-Phase (Chromosomenverdopplung). Wir haben zwei konservierte Gene in Drosophila identifiziert, fizzy und fizzy-related, die eine wichtige Rolle beim Ein- und Ausschalten der Cyclindegradation zu spielen scheinen. Die Funktion der Genprodukte wird gegenwärtig weiter untersucht. Außerdem untersuchen wir die Funktion des Überwachungsmechanismus ("spindle checkpoint")

3. Verteilung von Chromosomen während Teilungen (three rows, pimples, Separase, cohesin, C(2)M), Centromer-Kinetochor-Komplex, Cenp-A, Cenp-C, KMN-Netzwerk)
Die beiden Schwesterchromatiden eines jeden Chromosoms müssen fest verbunden bleiben, damit die beiden Schwesterkinetochoren beim Beginn der Zellteilung durch Spindelfasern mit entgegengesetzten Spindelpolen verbunden werden können. Erst wenn alle Chromosomen die richtigen bipolaren Verbindungen ausgebildet haben, wird die Verbindung zwischen den Schwesterchromatiden gelöst, damit sie zu den entgegengesetzten Polen segregiert werden können. Wir haben zwei Drosophila Gene identifiziert, three rows und pimples, die spezifisch für die Trennung der Schwesterchromatiden während der Zellteilung benötigt werden. Die Genprodukte (THR, PIM) assoziieren mit der Protease Separase (SSE), die eine Untereinheit des Kohäsin-Komplexes spaltet und damit die Chromatidenseparation ermöglicht. Die Regulation und Funktion des THR-PIM-SSE-Komplexes in Mitose und Meiose, sowie die Ausbildung des Centromer-Kinetochor-Komplexes wird gegenwärtig weiter untersucht.

4. G1-Cycline und der Austritt aus der mitotischen Proliferation (Cyclin D, Cdk4/6, Cyclin E, Cdk2, dacapo)
G1-Cycline (Cyclin D und E) in Assoziation mit bestimmten Cdks (Cdk4/6 und Cdk2/Cdc2) kontrollieren den Eintritt in den Zellteilungszyklus. Während der Entwicklung von mehrzelligen Organismen müssen diese Cyclin/Cdk-Komplexe im richtigen Zeitpunkt inaktiviert werden, damit die Zellproliferation stoppt, wenn Zellen in ausreichender Zahl vorhanden sind. Mit genetischen Screens untersuchen wir die Mechanismen, die verantwortlich sind für die rechtzeitige Inaktivierung dieser Cyclin/Cdk Komplexe in den verschiedenen Geweben des Drosophila-Embryos. Bisherige Resultate haben gezeigt, dass das rechtzeitige Anschalten der dacapo-Genexpression wichtig ist. Dacapo kodiert für einen Inhibitor (der CIP/KIP Familie), der Cyclin E/Cdk2 Komplexe inhibiert. Gegenwärtig untersuchen wir die Kontrollmechanismen der dacapo -Expression und weitere Gene, die an der Regulation der Cyclin E/Cdk2 und Cyclin D/Cdk4/6 Komplexe beteiligt sind.