Podcasts about punktmutation

Sat, 12 Feb 2011 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/13135/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/13135/1/Prueckl_Petra_C.pdf Prückl, Petra Christine

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) ist ein 12,5 kDa großes Protein, das als Homotrimer in fast allen Körpergeweben konstitutionell exprimiert wird und proinflammatorische wie wachstumsregulierende Eigenschaften aufweist. Die experimentelle Datenlage über die Wirkmechanismen von MIF zeigen, dass MIF sowohl extrazelluläre Wirkung als Zytokin/Chemokin wie auch eine intrazelluläre Wirkung als Regulator von Ubiquitylierung und proteasomaler Aktivität oder als Enzym mit Tautomerase-Aktivität besitzt. Für alle Mechanismen ist ein Einfluss von MIF auf Wachstumsregulation beschrieben. Die Evidenz für MIF als Tautomerase ist allerdings schlecht belegt und es wird diskutiert, ob dies ein Artefakt oder ein Relikt aus evolutionären Vorformen von MIF ist. Ziel dieser Arbeit ist es, über genetisch modifizierte Mäuse, die entweder eine komplette Deletion des MIF-Gens (MIF Knock-Out-Maus) oder eine Punktmutation mit Verlust der Enzymaktivität tragen, die funktionelle Rolle von MIF bei der Hauttumorgenese zu bestimmen und zu testen, ob die Tautomerase-Aktivität von MIF von funktioneller Relevanz bei der Tumorgenese ist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Abwesenheit von MIF in der murinen Haut während der chemischen One Stage-Karzinogenese mit Benzo[α]pyren zu verstärkter Tumorbildung führt. Der Verlust von Prolin 1 und damit der Tautomeraseaktivität alleine führt zu einem Phänotyp, welcher zwischen dem des Knock-Outs und dem des Wildtyps liegt. Dies weist daraufhin, dass Prolin 1 oder alternativ die Tautomeraseaktivität eine wichtige biologische Rolle für die Funktion von MIF bei der malignen Transformation von Keratinozyten spielt.

Um die Funktion von MIF als Tautomerase auf genetischer Basis zu analysieren, untersuchten wir die MIFpg Maus, welche durch Punktmutation von Prolin1 zu Glycin einen Komplettverlust der enzymatischen Aktivität von MIF aufweist. Der Phänotyp der MIF-Defizienz in Fibroblasten besteht in verstärkter Kontaktinhibition, einem Defekt bei der malignen Transformation. Um die These über MIF als Enzym zu testen, untersuchten wir Fibroblasten von P1G-mutanten Mäusen. Laut unseren in vivo Analysen besitzen mutierte MIFpg-MEFs keine enzymatische Aktivität mehr. Die MIFpg-Maus, welche ein Mutation des Prolin1 aufweist, jener Aminosäure, welche als katalytische Basis der Isomeraseaktivität gilt, zeigte, dass MIFpg-Fibroblasten zwar einen Verlust der enzymatischen Aktivität als Isomerase, jedoch keine Defekte in der Ras-vermittelten Transformation aufwiesen. Daraus folgernd beruht die biologische Aktivität von MIF nicht auf dessen Isomeraseaktivität. Die p53-/- Mäuse entwickelten früh Tumore, meist Lymphome und Osteosarkome, mit einer daraus resultierenden frühen Letalität der adulten Maus. Die meisten Effekte von MIF scheinen durch p53 vermittelt zu werden, denn in Mäusen, welche sowohl für MIF als auch für p53 defizient sind, verschwindet der in MIFko-Mäusen beobachtete Phänotyp der verzögerten Tumorentstehung. Auch der in unseren Experimenten fehlende Unterschied in der Überlebenszeit von DKO im Vergleich zu p53-/- MIFflox/flox Mäusen, unterstützt die Annahme, dass die meisten Effekte von MIF in der Tumorgenese in vivo über p53 stattfinden. Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die tumorregulierende Aktivität von MIF im Wesentlichen über Regulation der p53-Aktivität durch MIF auf dem C57Bl/6 Hintergrund erklärt ist. Zudem zeigen wir, dass diese Aktivität nicht durch die enzymatische Aktivität von MIF als Tautomerase erklärt ist.

In dieser Studie wurde der genetische Defekt der 25-Hydroxyvitamin D3 1α-Hydroxylase (CYP27B1) der PVDR I-Schweine beschrieben. Diese Tiere stellen ein gutes Modell für die Pseudo-Vitamin-D-Mangel-Rachitis Typ I (PVDR I) dar. Die 1α-Hydroxylase ist ein Enzym, dass 25(OH)D3 zu seiner hormonellen Form aktiviert. Wie bei der echten Vitamin-D-Defizienz resultiert die Unfähigkeit Vitamin D3 zu aktivieren in Symptomen der Rachitis. Diese Tiere zeigen niedriege 1,25(OH)2D3-Blutspiegel, hochgradige Hypocalcämie, rachitische Veränderung des Skeletts und erhöhte Parathormon-Blutwerte. Diese Störung trat als spontane Mutation in den 60iger Jahren bei einer Zuchtlinie in Hannover auf. Wir konnten eine Splice-Site-Mutation in der Splice-Donor-Site von Intron 6 (IVS6+1G>A) ausfindig machen. In der cDNA von renalen und nicht-renalen Geweben wurde eine Deletion von Exon 6 gefunden, die in einem Frameshift und in einem verfrühten Stop-Codon resultiert. Zudem analysierten wir die Promotor-Region und die genomische Organisation des porcinen 1α-Hydroxylase-Gens bei dem eine hohe Homologie zum humanen 1α-Hydoxylase-Gen festgestellt wurde. Darüber hinaus wurde die Expression in der Niere und verschiedenen nicht-renalen Geweben, wie der uterinen Cervix, Haut, Lymphknoten, Nebenniere und dem Colon, ermittelt. Da alle Gewebe dieselbe defekte 1α-Hydroxylase exprimieren, gehen wir davon aus, dass das Enzym in den PVDR I-Schweinen enzymatisch inaktiv ist. Die Information über die Punktmutation wurde für die Entwicklung einer neuen, PCR-basierten Genotypisierungsmethode genutzt. Durch die Mutation wurde eine einmalig vorkommende Restriktionsschnittstelle für Bpu10I ausgelöscht, was die Genotypisierung mittels Restriktions-Längen-Fragment-Polymorphismus (RFLP) erlaubte. Zusätzlich etablierten wir eine Amplifikations-Refraktär-Mutations-System-PCR (ARMS), um die Genotypisierung von homozygoten, heterozygoten und Wildtyp-Genotypen zu vereinfachen. Die Expressionsspiegel der 1α-Hydroxylase wurden in einigen Geweben mittels quantitativer PCR in Wildtyp- und homozygoten Tieren bestimmt. In der Niere war die Expression gegenüber den Wildtyp-Tieren signifikant reduziert, wobei in der Haut keine Unterschiede gefunden wurden. Die Aktivierung von Blut-Makrophagen, mit Hilfe von Interferon γ, bewirkte einen Anstieg der 1α-Hydroxylase-Expression. Die regulatorischen Unterschiede in renalen und nichtrenalen Geweben wurden diskutiert. Diese Ergebnisse erlauben es das PVDR I-Schwein als Tiermodell für die Pseudo-Vitamin-D-Mangel-Rachitis Typ I nutzen zu können, um Studien der Regulation des Vitamin-D-Metabolismus und des Calciumstoffwechsels beim Schwein durchführen zu können.

Zu Beginn dieser Arbeit wurde DJ-1 erstmals mit der PK in Zusammenhang gebracht. Die ersten Studien zeigten, dass L166P, eine Punktmutation im C-Terminus des DJ-1-Proteins, und eine Deletion von Exon 1-5 zu den Mutationen gehören, die zu den motorischen Fehlfunktionen, den Kardinalsymptomen, im Parkinsonpatienten führen. Diese Arbeit konnte dazu beitragen die Funktion von DJ-1 besser zu verstehen bzw. die Auswirkungen des Fehlens von DJ-1 aufzudecken. Es stellte sich heraus, dass die Expression von L166P im Vergleich zu [wt]DJ-1 sowohl in Eukaryoten als auch in Prokaryoten stark reduziert war. Die stark verminderte Proteinexpression kann entweder durch eine erhöhte Instabilität der RNA, durch eine Störung in der Proteinsynthese oder einen beschleunigten Abbau hervorgerufen werden. Durch semiquantitative RT-PCR- und quantitative RT-PCR-Experimente konnten Instabilitäten der RNA ausgeschlossen werden. Eine ineffektive Translation konnte durch „Pulse-Chase“-Experimente und CHX-Inhibitorstudien ebenso entkräftet werden. Allerdings scheint ein gesteigerter Abbau von [L166P]DJ-1 verantwortlich für dessen reduzierte Expression zu sein. Die Art des beschleunigten Abbaus konnte zwar nicht zweifelsfrei geklärt werden, aber es zeigte sich, dass ein Zusammenhang zwischen der Stabilität und der Struktur von DJ-1 besteht. Dabei spielt die C-terminale Domäne eine große Rolle, die nur im DJ-1-Protein als signifikante Helix-Knick-Helix Struktur vorhanden ist, nicht aber unter seinen Strukturhomologen. In einer Mutagenesestudie konnte gezeigt werden, dass im Helix-Knick-Helix Motiv nicht nur die PK-assoziierte Mutante L166P, sondern auch die Helix-brechende Mutante V169P in derselben Helix (G-Helix) und eine Deletion am Knick des Motivs (deltaN173/G174) eine Destabilisierung von DJ-1 bewirken konnte. Helix-brechende Mutationen in der H-Helix zeigten keine verminderte Proteinexpression im Vergleich zu [wt]DJ-1. Die G-Helix-brechenden Mutanten scheinen das Protein konformationell so zu verändern, dass keine Dimerisierung mehr möglich ist, was aus Co-IP Studien hervorging. Das Helix-Knick-Helix Motiv, welches einen Großteil der Dimerberührungsfläche ausmacht, scheint bei der Dimerisierung eine entscheidende Rolle einzunehmen. Weiterhin konnte ein direkter Zusammenhang der Stabilität und Integrität von DJ-1 und seiner Funktion herausgearbeitet werden. Dabei sind die G-Helix-brechenden Mutanten unter oxidativem Stress weniger zytoprotektiv und können in (anti)-apoptotischen Signalwegen eine Expression von apoptotischen Genen nicht verhindern. Diese Prozesse sind abhängig vom oxidativen Stress und von der Fähigkeit von redox-sensitivem DJ-1 als Intermediator in apoptotischen Signalwegen antioxidative Gene zu aktivieren. Diese Erkenntnis ist vor allen Dingen in reaktiven Astrozyten von Wichtigkeit, die Neurone, in Parkinsonpatienten besonders die dopaminergen Neurone, vor oxidativem Stress schützen können. In reaktiven Astrozyten ist DJ-1 in großen Mengen lokalisiert und scheint die Aktivierung von Verteidigungssystemen wie GSH zu beeinflussen. Somit ist DJ-1 ein wichtiger Marker für erhöhten oxidativen Stress, nicht nur in der PK, sondern auch bei Schlaganfallpatienten. Eine erhöhte Produktion von DJ-1 würde einen größeren Schutz vor neuronalem Sterben bewirken, so dass dies auch therapeutische Möglichkeiten eröffnen könnte.

K-RAS-Mutationen sind die häufigsten genetischen Veränderungen bei serösen Borderline-Tumoren des Ovars. Nach wie vor ist die Pathogenese der assoziierten ovariellen und extraovariellen Läsionen, die ein Spektrum von Müller-Inklusionszysten (Endosalpingiose) über Implantate bis hin zu kontralateralen LMP-Tumoren umfassen, ungeklärt. Um eine multifokale Entstehung dieser Herde von metastasenartiger Streuung zu unterscheiden, wurden diese Läsionen auf eine Mutation im K-RAS Onkogen hin untersucht. Acht Fälle mit bekannter K-RAS-Mutation und zwei RAS-negative Fälle ohne RAS-Mutation wurden zum Vergleich analysiert. Insgesamt wurde DNA aus 58 in Paraffin eingebetteten und laser-mikrodissezierten ovariellen und extraovariellen Herden extrahiert (10 SBOT, 8 kontralaterale Tumoren, 25 Implantate, 15 Inklusionszysten, insgesamt 97 Proben). Es wurde das Codon 12 des Exon 1 des K-RAS-Onkogens auf Mutationen mit einer DGGE voruntersucht und die genaue Art der Mutation durch direkte Sequenzierung bestimmt. In 12 von 14 SBOT und in 2 von 2 extraovariellen Implantaten konnte die K-RAS Mutation in verschiedenen Bereichen der gleichen Läsion gefunden werden. Sämtliche RAS-positive ovariellen Borderline-Tumoren, die mit einem kontralateralen Tumor assoziiert waren, wiesen in beiden Tumoren die identische Mutation auf (in einem Fall enthielt die oberflächliche Komponente des Borderline-Tumors eine zusätzliche zweite Punktmutation). In 4 von 5 RAS-positiven SBOT mit extraovariellen Läsionen wurden RAS-Mutationen auch in Implantaten (15/21 Implantate 71%) gefunden und seltener in Inklusionszysten (3/12 Läsionen, 25%). Alle extraovariellen Mutationen waren mit der des Ovars identisch (18/18 Läsionen, 100%). Bei den RAS-negativen Kontroll-Fällen ließ sich nur bei einem einzelnen Implantat eine RAS-Mutation nachweisen. Die Tatsache, daß sich K-RAS-Mutationen in Müller-Inklusionszysten und Implantaten von SBOT nachweisen lassen, weisen daraufhin, daß es sich dabei um einen sehr frühen Schritt in der neoplastischen Transformation von ovariellem und extraovariellem serösem Epithel handelt. Die Ergebnisse dieser Studie legen die Vermutung nahe, daß die zwei postulierten pathogenetischen Mechanismen, die zur Entwicklung von Implantaten und Inklusionszysten führen sollen, nebeneinander koexistieren.

Aktivierende Mutationen in der juxtamembranösen Region (FLT3-Längenmutationen, FLT3-LM; FLT3- Interne Tandemduplikation, FLT3-ITD) und der Tyrosinkinase-Domäne (FLT3-TKD, FLT3-D835) von FLT3 stellen die häufigsten genetischen Alterationen in der AML dar und definieren eine klinisch-prognostische-Subgruppe in der AML. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei neue Mutationen in FLT3 identifiziert und charakterisiert. Die erste Mutation (FLT3-840GS) wurde in zwei Patientenproben nachgewiesen. Moleculargenetisch stellte diese eine Längenmutation in Exon 20 dar, und war durch eine 6 bp-grosse Insertion bzw. Glycin+Serin Insertion in der Aktivierungsschleife der katalytischen Domäne zwischen den Kodons 840 und 841 nahe der Aktivierungsschleife verursacht. Die zweite Mutation, eine aktivierende Punktmutation in der JM-Region von FLT3 (FLT3-V592A) wurde in den AML-Zelllinien MonoMac 6 und MonoMac 1 identifiziert. Die funktionelle Analyse ergab, dass diese Mutanten eine konstitutive Tyrosinphosphorylierung aufweisen und zu einem IL-3 unabhängigem Wachstum in Ba/F3 Zellen führen, welches durch einen spezifischen Proteintyrosinekinase (PTK) Inhibitor gehemmt werden konnte. Diese Ergebnisse zeigen, dass neben den bisher beschriebenen noch weitere aktivierende Mutationen in der JM- und der katalytischen Domäne in FLT3 Gen existieren. Die weiteren Untersuchungen zeigten, dass verschiedene FLT3-TKD (D835) Mutationen eine deutlich unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber selektiven FLT3 PTK Inhibitoren aufwiesen. Weiter wurde gezeigt, dass durch kontinuierliche Exposition von FLT3-ITD transformierten Leukämiezellen mit dem FLT3 PTK Inhibitor SU5614 in vitro resistente Mutanten generiert werden können. Die molekulare und funktionelle Charakterisierung dieser SU5614-resistenten Zelllinien (Ba/F3 FLT3-ITDR1-4) ergab, dass spezifische Mutationen in der TKD-Domäne ursächlich für die Inhibitorresistenz verantwortlich waren. Die FLT3-ITD-R1-4 Zellen wiesen somit Doppelmutationen im FLT3-Gen (LM + TKD) auf und waren durch eine 7-26-fach höhere IC50 gegenüber dem Inhibitor gekennzeichnet. Solche Doppelmutanten von FLT3 wurden mittels in- vitro- Mutagenese generiert und rekapitulieren in Ba/F3 Zellen den SU5614-resistenten Phänotyp. Diese Ergebnisse zeigen, dass prä-existierende oder erworbene FLT3-TKD Mutationen Resistenzen gegenüber FLT3-PTK Inhibitoren in vitro induzieren können. Diese Befunde stellen die molekulare Basis für zelluläre Resistenzen gegenüber FLT3-PTK Inhibitoren bei Patienten mit AML dar.

Um die Therapiemöglichkeiten bei depressiven Störungen zu verbessern, ist die Kenntnis der molekularen Grundlagen dieser Erkrankungen notwendig. Die erhöhten basalen Cortisolwerte im Serum von depressiven Patienten und die gestörte negative Rückkopplung der HPA-Achse sind Hinweise darauf, daß die Funktionsweise der Rezeptoren für Corticoide wie Cortisol eingeschränkt ist. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Cochaperonen für die Corticoid-Signaltransduktion, insbesondere den Immunophiline FKBP51 und FKBP52, sowie p23. Für die Immunophiline wurde entdeckt, daß für ihren Beitrag zu einer effizienten Aktivierung Corticoid-abhängiger Promotoren drei Eigenschaften von Bedeutung sind: 1. Interaktion mit Hsp90, um überhaupt den Zugang zum Heterokomplex zu erhalten, 2. Wechselwirkung mit Dynein, um den nukleären Transport der Rezeptoren zu begünstigen und 3. die Peptidyl-Prolyl-Isomerase-Aktivität. Diese Postulate gründen sich auf die folgenden experimentellen Befunde: Das Immunophilin FKBP51 reduziert als Bestandteil des Heterokomplexes mit Hsp90 und den Corticoidrezeptoren sowohl die Bindungsaffinität (Denny et al., 2000) als auch die nukleäre Translokation des Glucocorticoidrezeptors (GRs) und des Mineralocorticoidrezeptors (MRs). Im Gegensatz zu seinem Homologen FKBP52 zeigt FKBP51 nur eine geringe Interaktion mit dem Motorprotein Dynein, welches für den retrograden Transport verantwortlich ist. Durch Einführung einer Punktmutation, die die Peptidyl-Prolyl-Isomerase-Aktivität inaktiviert, konnte gezeigt werden, daß FKBP51 diese Aktivität nicht für seine inhibierende Wirkung benötigt. Im Gegensatz dazu liefert die PPIase-Aktivität von FKBP52 einen aktiven Beitrag für die Funktionalität der Corticoidrezeptoren, weil die analoge Mutation in FKBP52 zur einer Hemmung der Transaktivierung und nukleären Translokation des GRs und des MRs führt. Da diese Mutante immer noch mit Dynein interagiert, ist allein die Wechselwirkung mit diesem Motorprotein offensichtlich nicht ausreichend für die volle GR-Aktivität. Des weiteren konnte gezeigt werden, daß Polymorphismen im FKBP51-Gen nicht nur mit dem Erfolg einer Antidepressivabehandlung korrelieren, sondern auch mit den Proteinmengen von FKPB51 in Lymphozyten. Schließlich wurde die Bedeutung von p23 analysiert, einem kleinen Cochaperon von Hsp90, dem aber auch eigene Chaperonaktivität zugeschrieben wurde. Durch gezielte Mutationen im p23-Protein war es möglich, seine Chaperonaktivität getrennt von seiner Cochaperon-Funktion zu untersuchen. Dabei stellte sich heraus, daß p23 für die Hemmung der GR-abhängigen Transkription nur als Hsp90-Cochaperon fungiert, weil zwar seine Interaktion mit Hsp90 für diesen Effekt notwendig war, nicht aber seine Chaperonaktivität. Um die beschriebene nukleäre Rolle von p23, die zum Zerfall von GR-Transkriptionskomplexen führt, zu untersuchen, wurde ein konstitutiv nukleärer GR verwendet. Auch hier benötigt p23 für die Hemmung des Rezeptors seine Hsp90-Interaktion, nicht aber seine Chaperonaktivität. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Rolle von Chaperonen in der Steroid-Signaltransduktion. Darüber hinaus wurden starke Hinweise für eine mögliche Rolle von FKBP51 bei der Depression entdeckt.

Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, (i) die regulatorische Funktion bestimmter integraler Membranproteine im Dictyostelium Zytoskelett und (ii) die biochemische Interaktion einer Kinase eines infektiösen Bakteriums mit Aktin aus der Wirtszelle genauer zu analysieren. (i) Die ubiquitären Mitglieder der CD36/LIMPII-Familie sind integrale Membranproteine, die als Lipidrezeptoren und Zelladhäsionsproteine in der Plasmamembran oder - mit bisher unbekannter Funktion - in Membranen endosomaler Vesikel vorkommen. In Dictyostelium discoideum führte die Inaktivierung eines lysosomalen Membranproteins aus dieser Gruppe zur Suppression des Phänotyps einer Profilin-minus Mutante. Im Zuge der vollständigen Sequenzierung des D. discoideum-Genoms konnte festgestellt werden, daß es neben diesem DdLmpA noch die beiden weiteren homologen Proteine DdLmpB und DdLmpC gibt. Da der Mechanismus der Suppression des Profilin-minus Phänotyps ungeklärt ist, wurden die beiden Isoformen im Rahmen der vorliegenden Arbeit genauer charakterisiert. Sowohl für DdLmpB wie auch für DdLmpC konnte die familientypische Membran-Topologie einer Haarnadelstruktur nachgewiesen werden. Dabei weist die zentrale, lumenale Domäne beider Proteine zahlreiche Glykosylierungen auf. Durch Immunofluoreszenz und Saccharosegradienten wurde die Lokalisation der drei Isoformen an endolysosomalen Vesikeln nachgewiesen. Es stellte sich dabei heraus, daß die drei DdLmp-Proteine in unterschiedlichen Vesikelpopulationen auftraten. Auch “pulse-chase“-Experimente mit TRITC-Dextran und nachfolgender Markierung der Vesikel mit DdLmp-spezifischen Antikörpern ergaben unterscheidbare Zeitmuster für die Rekrutierung der Membranproteine in Vesikeln. Die für DdLmpA oft beobachtete Kolokalisation mit Makropinosomen konnte z.B. für DdLmpB und DdLmpC nur selten festgestellt werden. Nach zahlreichen Versuchen und der Konstruktion von verschiedenen Vektoren konnte am Ende der praktischen Arbeiten eine DdLmpB-minus Mutante im Wildtyp-Hintergrund isoliert werden. (ii) Im zweiten Teil der Arbeit wurde die in der Literatur beschriebene Interaktion zwischen Aktin und der Kinase YopO, die durch Yersinia enterocolitica als Effektorprotein in die Wirtszelle transloziert wird, biochemisch genauer untersucht. Es konnte festgestellt werden, daß G-Aktin und nicht F-Aktin für die Aktiverung der YopO-Kinase verantwortlich ist. Dabei tritt Nichtmuskel-Aktin im Vergleich zum Muskel-Aktin als ein deutlich besserer Aktivator von YopO auf. Obwohl die aktivierte Kinase in vivo das Aktin-Zytoskelett beeinflußt, ist Aktin offensichtlich kein Substrat von YopO. Mittels Fluoreszenzspektroskopie konnte gezeigt werden, daß sowohl die native Kinase YopO als auch das durch Punktmutation inaktivierte YopO K269A die Polymerisierungskinetik von Aktin behindern. Für eine mutmaßliche Aktin-Binderegion von 20 Aminosäuren aus dem C-terminalen Ende konnte hingegen kein Effekt beobachtet werden. Der Einfluß von aktinbindenden Proteinen, aktinmodifizierenden Substanzen und YopO-bindenden GTPasen auf die Aktivierung der Kinase durch Aktin deutet darauf hin, dass die Aktivität der Kinase in der Wirtszelle nicht nur durch Aktin alleine, sondern auch durch weitere Zytoskelett-Komponenten reguliert wird.

Biochemische Untersuchungen beschreiben NC2 als einen Transkriptionsrepressor, welcher stabil an das TATA-Box bindende Protein (TBP) bindet. Die spezifische Bindung von NC2 an TBP inhibiert die weitere Anlagerung der generellen Transkriptionsfaktoren TFIIA und TFIIB und führt dadurch zur Unterbrechung der Bildung des Initiationskomplexes. NC2 besteht aus zwei Untereinheiten, NC2a und NC2b, die starke Homologien zu den Histonen H2A bzw. H2B aufweisen. Alle Erkenntnisse zu Beginn dieser Arbeit basierten auf Beobachtungen, die in vitro erhalten wurden. Unklar sind die Funktionen von NC2 in der Zelle. Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, ein in vivo-Modellsystem zu etablieren. Als Modellorganismus wurde die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae ausgewählt. Hefe hat zwei Proteine, die stark homolog zum menschlichen NC2 sind. Beide sind essentiell für das vegetative Wachstum von Hefe. Für Plasmid-Austausch-Experimente wurden Hefestämme konstruiert, bei denen die chromosomalen Gene für NC2a und NC2b durch Wildtyp-Kopien auf einem URA3-Plasmid ersetzt wurden. Mit Hilfe einer negativen Selektion gegen das URA3-Gen in Anwesenheit von 5-FOA gelang es, die humanen NC2a- und NC2b-Gene als episomale Kopien in Hefe stabil einzubringen. So zeigte sich unter anderem, daß die beiden humanen NC2-Untereinheiten, sowohl einzeln in Kombination mit ihrem Dimerisierungspartner aus Hefe als auch gemeinsam in Form des menschlichen binären Komplexes, fähig waren, die physiologische Funktion ihres Gegenstückes aus Hefe zu übernehmen. Das gleiche System wurde auch eingesetzt, um Deletionsmutanten der humanen NC2-Gene in vivo zu untersuchen. Es wurde festgestellt, daß in beiden NC2-Untereinheiten die Domänen, welche für die in vivo-Funktion notwendig sind, die vom Mensch zur Hefe konservierten Regionen enthalten. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit bestand darin, spontane Suppressoren einer limitierenden NC2-Funktion in vivo zu isolieren und Suppressoren mit genomischen Punktmutationen zu charakterisieren. Gefunden wurde eine Punktmutation in der großen Untereinheit (Toa1) des Hefe-TFIIA, welche einen einzigen Aminosäure-Austausch von Valin zu Phenylalanin verursacht. Hefezellen, die diese Suppressor-Mutation in Toa1 (mt- Toa1) tragen, weisen einen Kälte-sensitiven Phänotyp auf und sind trotz fehlender NC2-Gene lebensfähig. Die biochemischen Eigenschaften des rekombinanten Proteins der Suppressor-Mutante wurden durch Gelretardations-, Footprinting- und in vitro Transkriptionsexperimente untersucht. Das Protein mt-Toa1 war in der Lage, stabile TFIIA-Komplexe zusammen mit der kleinen Untereinheit Toa2 auszubilden und die Rekrutierung von TBP an die TATA-Box auf dem Promotor zu unterstützen. Allerdings zeigten weitere Untersuchungen der Suppressor-Mutante, daß der ternäre Komplex aus mt-yTFIIA, TBP und DNA weniger stabil ist. Hinweise darauf gab die reduzierte Menge an Protein-DNA-Komplexen im Fall von mtyTFIIA in Gelretardationsexperimenten unter sättigenden Bedingungen. Das mt-yTFIIA verlor zugleich seine Antirepressionsaktivität in in vivo-Transkriptionsexperimenten in Anwesenheit von NC2. Die Isolierung und Charakterisierung der Suppressor-Mutante von NC2 lieferten zum ersten Mal den Beweis, daß die Genregulation in vivo eine präzise Balance zwischen positiv und negativ wirkenden Aktivitäten erfordert. Gleichzeitig bestätigen sie die in vitro Beobachtungen, insbesondere das Gleichgewicht zwischen TFIIA und NC2 in der Kompetition um das TATA-bindende Protein TBP. Eine weitere Aufgabe der Arbeit waren Mutagenese-Studien von humanem NC2 in vivo und in vitro. Innerhalb des Histone-Fold-Motives beider NC2-Untereinheiten wurden Punktmutanten isoliert, die ihre essentielle Funktion in der Hefezelle vollständig verloren haben. Es konnten Mutanten identifiziert werden, die Einfluß auf das Wachstum der Hefe mit dem Verlust der in vitro-Aktivität korrelierten. Die Charakterisierung dieser Mutanten lieferte erste Hinweise auf funktionelle Oberflächen von NC2, die für die ternäre Komplexbildung (NC2-TBP-DNA) und die Repressionsfunktion wichtig sind. Zusammengefaßt schafft die vorliegende Arbeit einen Einblick in die NC2-Funktion in der Zelle und erweitert unser Verständnis über den molekularen Mechanismus der Transkriptionsregulation während der Initiation der Klasse II-Transkription.