Hairless, der Antagonist des Notch-Signalwegs in Drosophila

Der Notch-Signalweg erlaubt die Kommunikation benachbarter Zellen und wird daher für die Regulation vielfältigster Entwicklungsprozesse benötigt. Wann immer Zellen in der Entwicklung unterschiedliche Differenzierungswege einschlagen wird dieser Signalweg aktiv, egal ob in Invertebraten wie Drosophila melanogaster oder in Vertebraten wie dem Menschen.

Namensgebend für diesen Signalweg ist der Notch-Rezeptor. Infolge der Liganden-Bindung wird die intrazelluläre Domäne (ICN) freigesetzt und gelangt in den Zellkern, wo sie als transkriptioneller Ko-Aktivator der Notch-Zielgene wirkt. Es baut sich ein Aktivatorkomplex aus mehreren Proteinen auf. Im Zentrum steht das DNA-Bindeprotein CSL (Abk. aus humanem CBF-1, Su(H) von D. melanogaster und lag-2 von C. elegans), das an ICN sowie an Mam bindet, welches ebenfalls als Koaktivator wirkt. Die Struktur des Aktivatorkomplexes, gebunden an DNA, wurde für Vertebraten sowie für den Fadenwurm C. elegans kristallographisch entschlüsselt. Die großen Sequenzübereinstimmungen lassen vermuten, dass der Komplex in Drosophila weitgehend gleich aufgebaut ist.

Uns interessiert, wie der Notch-Signalweg inaktiviert wird. Im Säuger gibt es eine Vielzahl von Korepressoren, die offenbar alle an dieselbe Stelle in CSL binden, die auch als ersten von ICN kontaktiert wird (RAM-Domäne). Offenbar konkurrieren sie direkt mit ICN um diese Bindungsstelle. Unverstanden ist, wann welcher der Faktoren zum Zuge kommt, oder ob alle gemeinsam einen Repressorkomplex bilden. Ein weiterer Faktor MINT bzw. SHARP wirkt als Brückenprotein, da er über CtIP den Korepressor CtBP rekrutiert. MINT bindet CSL an zwei Stellen: neben der typischen RAM-Zielstelle bindet es die C-terminale Domäne von CSL, die von ICN über die Ankyrin-Repeats kontaktiert wird und die auch von Mam gebunden wird.

In Drosophila existiert ein genereller Antagonist mit dem Namen Hairless, der gemeinsam mit Su(H) und mindestens zwei verschiedenen Korepressoren (Gro; CtBP) einen Repressorkomplex aufbaut und die Transkription der Notch-Zielgene hemmt. Aufgrund seiner Brückenfunktion zu Korepressoren wird Hairless auch als das 'funktionelle Homolog' von MINT betrachtet. Hairless bindet direkt an Su(H) und an die beiden Korepressoren. Die Kristallstruktur des Repressorkomplexes wird derzeit in Kollaboration mit Prof. Dr. R. Kovall (University of Cincinnati, USA) entschlüsselt. Im Gegensatz zu MINT bindet Hairless ausschließlich die C-terminale Domäne von Su(H); zudem ist die Bindung ca. 100fach stärker und liegt im selben Bereich wie die zu ICN.

Noch weitgehend unverstanden ist das Umschalten zwischen dem Aktivator- und dem Repressorkomplex. Da in Drosophila eine simple Kompetition ausscheidet, und die Bindeaffinitäten von Hairless und ICN im selben Bereich liegen, ist eine Konformationsänderung im Zuge der ICN-Bindung wahrscheinlich. In diesem Projekt beschäftigen wir uns mit diesem Prozess, der eine weitere Ebene der Regulation darstellt  - neben der Zielgenrepression bzw. der Verfügbarkeit von ICN.