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3   Diskussion

3.1   Rca1  –  vom  Inhibitor  zum  Substrat  des  APC Fzr

3.2.1   Die  Etablierung  des  Messsystems

3.2.1.1  Auf  den  Abbau  Einfluss-­‐nehmende  Faktoren    

Für  die  Untersuchung  des  Rca1-­‐Abbaus  in  der  G1-­‐Phase  wurden  Schneiderzellen  tran-­‐

sient  mit  Plasmiden  transfiziert.  Die  Expression  der  auf  den  Plasmiden  kodierten  Prote-­‐

ine  wurde  über  einen  Metallothionein-­‐Promotor  induziert.  Die  Ermittlung  der  Abbause-­‐

quenz   erfolgte   mit   Hilfe   von   live-­‐cell-­‐imaging-­‐Aufnahmen   und   der   Durchflusszytomet-­‐

rie.  Dazu  wurde  neben  dem  GFP-­‐  oder  Cherry-­‐epitopmarkierten  Rca1  ein  Kontrollpro-­‐

tein   co-­‐exprimiert.   Das   verwendete   Rca1-­‐Derivat   wurde   entweder   mit   einem     N-­‐terminalen   HA-­‐NLS-­‐GFP   oder   einem   C-­‐terminalen   GFP   fusioniert.   Während   die     N-­‐terminale   GFP-­‐Fusion   keinen   Einfluss   auf   die   Aktivität   von   Rca1   besitzt,   scheint   die     C-­‐terminale   Epitopmarkierung   einen   negativen   Einfluss   auf   die   Aktivität   auszuüben   (Abb.  2.29  C).   Aller   Wahrscheinlichkeit   nach   behindert   das   relativ   große   GFP-­‐Protein   am  C-­‐terminalen  Ende  Rca1  in  seiner  Funktion.  Aus  den  Studien  der  Rca1-­‐Funktionalität   ist  bekannt,  dass  eine  C-­‐terminale  Deletion  um  sieben  Aminosäuren  ausreichend  ist,  um   Rca1   vollständig   zu   inaktivieren   (Abb.  2.48  d).   Im   humanen   Ortholog   Emi1   ist   der     RL-­‐Tail  mit  den  beiden  Aminosäuren  Arginin-­‐Leucin  (RL)  am  C-­‐Terminus  für  die  Inhi-­‐

bierung   des   APC/C-­‐Komplexes   verantwortlich.   Auch   in   Rca1   ist   der   RL-­‐Tail   hoch   kon-­‐

serviert  und  könnte  eine  ähnliche  Funktion  besitzen.  Ein  GFP  am  C-­‐Terminus  blockiert   wahrscheinlich  diesen  RL-­‐Tail,  was  der  Grund  für  die  Inaktivierung  von  Rca1  sein  dürf-­‐

te.  Eine  N-­‐terminale  GFP-­‐Epitopmarkierung  hingegen  kann  keinen  oder  zumindest  nur   einen   geringen   Einfluss   nehmen.   Interessanterweise   zeigten   einfache   N-­‐   bzw.   C-­‐ter-­‐

minale  Cherry-­‐Epitope  ähnliche  Effekte.  N-­‐terminales  Cherry-­‐Rca1  ist  aktiv,  C-­‐termina-­‐

les  Rca1-­‐Cherry  genauso  wie  Rca1-­‐GFP  inaktiv  (Abb.  2.30).  Während  die  Rca1-­‐Aktivität   stark   von   der   Fusion   des   Fluorochroms   beeinflusst   wird,   zeigt   eine   einfache   Cherry-­‐  

oder  GFP-­‐Epitopmarkierung  eine  geringe  Einflussnahme  auf  die  G1-­‐Stabilität.  Während   für  ein  N-­‐  und  C-­‐terminales  Cherry-­‐Epitop  kein  signifikanter  Unterschied  im  Abbauver-­‐

halten   festgestellt   werden   konnte,   wird   Rca1-­‐GFP   etwas   langsamer   als   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐

Rca1  in  G1  abgebaut  (Abb.  2.29).  Aus  der  Literatur  ist  bekannt,  dass  Epitopmarkierun-­‐

gen  häufig  einen  Einfluss  auf  die  Stabilität  ausüben  können.  Auch  die  Anzahl  an  Epitop-­‐

markierungen   kann   dabei   eine   Rolle   spielen.   Ein   3xCherry-­‐   und   auch   ein   3xGFP-­‐

Fluorochrom   an   Geminin_Del-­‐102-­‐192   führte   sowohl   bei   einer   N-­‐terminalen   wie   auch   bei   einer   C-­‐terminalen   Fusion   zu   einer   vollständigen   Stabilisierung   des   Proteins   (Ka-­‐

wall,   2011).   Auch   bei   3xCherry-­‐Rca1   trat   eine   Stabilisierung   auf,   während   Rca1-­‐

3xCherry   noch   abgebaut   werden   konnte   (Abb.  2.30).   Wie   aus   den   verschiedenen   Epitopmarkierungen  ersichtlich  wird,  ist  für  die  Untersuchung  der  Rca1-­‐Stabilität  eine   einheitliche  Verwendung  eines  Epitops  zwingend  erforderlich,  um  eine  Aussage  treffen   zu  können.  Da  eine  N-­‐terminale  Epitopmarkierung  weder  Aktivität  noch  Stabilität  von   Rca1  erkennbar  beeinflusste,  wurde  in  den  Untersuchungen  einheitlich  die  N-­‐terminale   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Epitopmarkierung  verwendet.    

Rca1   besitzt   im   N-­‐terminalen   Bereich   eine   NLS-­‐Sequenz,   die   dazu   führt,   dass   Rca1   zu   Beginn   der   G1-­‐Phase   in   den   Zellkern   aufgenommen   wird.   Im   Verlauf   der   G1-­‐Phase   ist   Rca1  einem  Abbau  unterworfen  und  wird  im  Zellkern  abgebaut.  Die  Untersuchung  eines   GFP-­‐Rca1-­‐Derivates   mit   deletierter   NLS-­‐Sequenz   führte   zu   einer   Gleichverteilung   von   Rca1   im   Zytoplasma   und   im   Kern.   Durch   die   anteilige   zytoplasmatische   Lokalisierung   weist   Rca1   im   Vergleich   zu   vorgeschaltetem   HA-­‐NLS-­‐GFP   einen   deutlich   schlechteren   Abbau  in  der  G1-­‐Phase  auf  (Abb.  2.34  B).  Vermutlich  findet  der  Abbau  von  Rca1  größ-­‐

tenteils   im   Kern   statt   und   nur   geringfügig   im   Zytoplasma.   Aus   diesem   Grund   wurde   vorsorglich   eine   NLS-­‐Sequenz   vor   das   Fluorochrom   fusioniert,   um   den   Abbau   aller   Rca1-­‐Derivate  einheitlich  im  Zellkern  untersuchen  zu  können.  Das  ebenfalls  vorhandene   HA-­‐Epitop   besitzt   für   die   Untersuchung   der   G1-­‐Stabilität   im   Durchflusszytometer   und   im  live-­‐cell-­‐imaging  keine  primäre  Funktion,  es  wurde  aber  in  Experimenten  zur  Rca1-­‐

Stabilität   nach   4xFlag-­‐Fzr-­‐Überexpression   für   die   Detektion   von   Rca1   im   Westernblot   benötigt  (Abb.  2.16).    

Bei  den  Untersuchungen  der  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1-­‐Deletionen  auf  ihre  G1-­‐Stabilität  wurde   anfänglich  eine  Linker-­‐Sequenz  zwischen  GFP  und  Rca1  verwendet.  Der  Linker  soll  dem   Fluorochrom   in   seiner   Struktur   etwas   mehr   Beweglichkeit   verleihen,   so   dass   Rca1   in   seiner  Funktion  weniger  eingeschränkt  ist.  Es  stellte  sich  jedoch  heraus,  dass  der  Linker   destabilisierend  wirkte,  was  zu  einem  Zellzyklus-­‐unabhängigen  Abbau  von  Rca1  führte.  

Untersuchungen  der  Kontrolle  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐(linker)  zeigten  bei  diesem  an  sich  stabilen   Protein   eine   Zellzyklus-­‐unabhängige   Instabilität   (Abb.  2.32  A,   b).   Ohne   Linker   konnte   die   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Kontrolle   gut   detektiert   werden   (Abb.  2.32  B),   so   dass   die   Instabilität   eindeutig  auf  den  Linker  zurückzuführen  war.  

Eine  genaue  Sequenzanalyse  ergab  für  die  21  Aminosäuren  lange  Sequenz  keine  beson-­‐

deren  Auffälligkeiten  bezüglich  der  Zusammensetzung  auf  basische-­‐,  saure  oder  aroma-­‐

tische   Aminosäuren.   Die   Sequenz   beinhaltete   jedoch   ein   R-­‐x-­‐x-­‐L-­‐Motiv,   eine   Erken-­‐

nungssequenz  für  den  APC/C-­‐vermittelten  Abbau  (Abb.  2.31).  Zwar  kann  durch  dieses   Motiv   die   Instabilität   in   der   G1-­‐Phase   erklärt   werden,   die   generelle   Instabilität   von   Rca1,  die  durch  den  Linker  hervorgerufen  wird,  bleibt  jedoch  weiterhin  ungeklärt.  

In  den  weiteren  Experimenten  wurde  deshalb  eine  N-­‐terminale  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Fusion  an   das   Rca1-­‐Derivat   verwendet,   das   außer   einem   Glycin   (G)   und   Serin   (S)   –   resultierend   aus  der  verwendeten  BamHI-­‐Schnittstelle  –  keinen  weiteren  Linker  zwischen  GFP  und   Rca1-­‐Derivat  besitzt.  Zusätzlich  gewährleistet  die  NLS-­‐Sequenz  die  Aufnahme  des  Rca1-­‐

Derivates  in  den  Zellkern.    

3.2.1.2  Etablierung  der  Methoden    

Die  Untersuchung  des  Rca1-­‐Abbaus  sollte  in  zwei  voneinander  unabhängigen  Methoden   erfolgen.   Im   live-­‐cell-­‐imaging   wurden   transfizierte   Schneiderzellen   unter   dem   Mikro-­‐

skop  über  48  h  live  verfolgt  und  in  Abbaukurven  der  Verlauf  der  Fluoreszenzintensität   von  GFP-­‐  oder  Cherry-­‐markierten  Rca1-­‐Proteinen  in  einer  Zelle  dargestellt.  Die  Abbau-­‐

kurven   von   10   unabhängigen   Zellen   eines   Rca1-­‐Derivats   wurden   in   einer   Kurve   zu-­‐

sammengefasst,  welche  die  Abbaukinetik  eines  Rca1-­‐Derivates  in  der  G1-­‐Phase  darstellt   (Abb.  2.3  und  2.4).    

In   einer   zweiten   Methode   wurden   im   Durchflusszytometer   die   Zellzyklusprofile   der   GFP-­‐   und   Cherry-­‐transfizierten   Schneiderzellen   sowie   der   untransfizierten   Zellen   be-­‐

stimmt   (Abb.  2.25  B  und  C).   Sollte   der   Rca1-­‐Abbau   eines   GFP-­‐epitopmarkierten   Rca1-­‐

Derivats  untersucht  werden,  wurde  HA-­‐NES-­‐3xCherry  als  stabile  Kontrolle  verwendet.  

Aus   den   Durchflusszytometriemessungen   ergab   sich   für   ein   stabiles   HA-­‐NLS-­‐GFP   eine   relative   G1-­‐Stabilität   von   1,0   (Abb.  2.25  E)   und   für   das   C-­‐terminale   Rca1-­‐GFP-­‐

Fusionsprotein  ein  Wert  von  0,35  (Abb.  2.26  D).  Je  schneller  ein  Protein  in  der  G1-­‐Phase   abgebaut  wird,  desto  weniger  Zellen  werden  im  Durchflusszytometer  im  Vergleich  zum   Kontrollprotein   detektiert.   Aus   diesem   Grund   liegt   der   Wert   von   HA-­‐NLS-­‐CyclinB_Del-­‐

286-­‐530-­‐2xGFP   mit   0,14   (Abb.  2.27  D)   auch   unterhalb   von   Rca1-­‐GFP,   da   es   deutlich   schneller  abgebaut  wird  (Abb.  2.7).    

Beide   Methoden,   die   Berechnung   der   G1-­‐Stabilität   aus   den   Daten   der   Durchflusszyto-­‐

metrie   und   die   Ermittlung   der   Abbaukinetik   in   Abbaukurven   aus   live-­‐cell-­‐imaging-­‐

Aufnahmen,  ergeben  ähnliche  Stabilitätswerte  für  die  jeweiligen  Rca1-­‐Derivate.  Um  die   Werte   beider   Methoden   vergleichen   zu   können,   wurde   in   den   Abbaukurven   der   Zeit-­‐

punkt  t=200  min  nach  Beginn  der  Anaphase  als  Referenzpunkt  gewählt.  Zu  dieser  Zeit   ist  der  Abbau  von  Rca1  nahezu  abgeschlossen  und  die  meisten  Zellen  sollten  sich  noch   in  der  G1-­‐Phase  befinden.  Mit  diesen  Berechnungen  wurden  für  das  stabile  Kontrollpro-­‐

tein  HA-­‐NLS-­‐GFP  die  Werte  Durchflusszytometer/Abbaukurve  von  0,99/0,99  erhalten,   während  für  das  in  der  G1-­‐Phase  instabile  Rca1-­‐GFP  die  Werte  0,35/0,37  erhalten  wur-­‐

den  (Abb.  2.29).    

Aus  früheren  Studien  ist  bekannt,  dass  die  Überexpression  eines  aktiven  Rca1  einen  G1-­‐

S-­‐Phase-­‐Übergang  induzieren  kann,  so  dass  die  Zellen  sehr  kurz  in  der  G1-­‐Phase  verwei-­‐

len  oder  direkt  in  die  S-­‐Phase  eintreten.  In  den  Abbaukurven  wurde  hingegen  mithilfe   des  Kontrollplasmids  auf  Zellen  selektioniert,  die  sich  in  der  G1-­‐Phase  befanden.  Dieser   Nachweis   erfolgte   für   ein   GFP-­‐Rca1-­‐Derivat   über   ein   co-­‐transfiziertes,   inaktives   und  

abbaubares   Rca1-­‐3xCherry.   Nahm   nach   der   Zellteilung   die   Signalintensität   von   Rca1-­‐

3xCherry  bis  zum  „normalen“  Level  ab,  konnten  die  Zellen  eine  G1-­‐Phase  etablieren  und   auch  über  einen  ausreichend  langen  Zeitraum  aufrechterhalten,  so  dass  der  Abbau  des   GFP-­‐Rca1-­‐Derivats   in   den   Abbaukurven   bestimmt   werden   konnte.   Im   Durchflusszyto-­‐

meter   hingegen   wird   der   DNA-­‐Gehalt   aller   Zellen   bestimmt.   Da   die   Überexpression   eines  aktiven  Rca1  neben  einer  Verkürzung  der  G1-­‐Phase  auch  den  direkten  Eintritt  in   die  S-­‐Phase  zur  Folge  haben  kann  (unveröffentlichte  Daten),  wird  Rca1  in  einigen  Fällen   nicht   mehr   abgebaut   und   das   Verhältnis   von   GFP   zu   Cherry   verringert   sich.   So   ergibt   sich  zum  Beispiel  für  das  aktive  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1  ein  Wert  von  0,66  im  Vergleich  zum   Wert  von  0,22  aus  den  Abbaukurven.  Die  Veränderung  des  Zellzyklusprofils  durch  den   G1-­‐S-­‐induzierenden  Effekt  von  Rca1  führte  zu  kleinen  G1-­‐Populationen,  bei  denen  der   G1-­‐Abbau  von  Rca1  in  Zellzyklusprofilen  des  Durchflusszytometers  nicht  mehr  verläss-­‐

lich  bestimmt  werden  konnte.  Allerdings  konnte  durch  das  Zellzyklusprofil  die  Aktivität   der   verschiedenen   Rca1-­‐Derivate   quantifiziert   werden,   mit   der   ein   G1-­‐S-­‐Phase-­‐

Übergang  induziert  wurde.    

So  ergab  sich  für  das  aktive  HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐Rca1  der  Wert  4,31  (Abb.  2.28  C),  während  der   Wert   eines   inaktiven   HA-­‐NLS-­‐GFP   bei   1,72   liegt   (Abb.  2.28  B).   Die   relative   Rca1-­‐

Funktionalität   ergibt   sich   aus   der   Normierung   durch   das   aktivste   Rca1,   HA-­‐NLS-­‐GFP-­‐

Rca1.   Je   geringer   der   Wert   ist,   desto   weniger   aktiv   ist   das   zu   untersuchende   Rca1-­‐

Derivat.   Ein   Wert   von   0,40   (1,72/4,31)   entspricht   einem   vollständig   inaktiven   Protein   (Abb.  2.28  D).  Wird  anhand  dieser  zweiten  Formel  eine  Aktivität  bei  einem  Rca1-­‐Derivat   festgestellt,  führt  das  zwangsläufig  zu  einer  Abweichung  des  ursprünglichen  Wertes  für   die   G1-­‐Stabilität   und   die   Messungen   im   Durchflusszytometer   können   nicht   für   die   Be-­‐

stimmung  des  Rca1-­‐Abbaus  herangezogen  werden.  In  diesem  Fall  wurde  auf  die  Werte   der  Abbaukurven  zurückgegriffen.  

Da  das  HA-­‐NLS-­‐GFP  vor  allen  Rca1-­‐Derivaten  identisch  ist,  wird  es  in  Zukunft  mit  *Rca1   abgekürzt.