| In den letzten Jahren gab es vermehrt Beweise, dass in Zellen membranlose Organellen im Zytoplasma und im Nukleus vorkommen, welche für die Zellen von großer Bedeutung sind. Proteine, welche die Fähigkeit besitzen phasengetrennte Kondensate auszubilden, umfassen z.B. hnRNPA1, FUS oder TDP-43. Diese Proteine wurden in mutierter oder mis-regulierter Form auch schon im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen durch die Ausbildung von nicht-nativen Proteinaggregaten in Neuronen beschrieben. Die Bedeutung dieser flüssig-flüssig Phasentrennung in Krebserkrankungen ist jedoch noch unklar. Daher untersuche ich in meiner Doktorarbeit das Protein Axin-1, welches Phasentrennung im Zytoplasma durchführt und schon mit Krebserkrankungen assoziiert wurde. Es ist ein Schlüsselelement im sogenannten ß-Catenin Destruktionskomplex, welcher den Wnt Signalpfad reguliert. In der Literatur ist bekannt, dass sich Axin-1 über intramolekulare Interaktionen reguliert. Diese multivalenten Interaktionen wurden außerdem schon als Kennzeichen von flüssig-flüssig Phasentrennung beschrieben.
Das zentrale Ziel dieser Arbeit ist einen Beitrag zum Verständnis der Axin-1 Selbstregulierung zu leisten, um auch die Ausbildung der makromolekularen phasengetrennten Kondensate und den Effekt von Krebsmutanten darauf zu verstehen. Daher verwendete ich eine Kombination aus strukturbiologischen und zellbiologischen Techniken, um die Auto-Regulierung des Proteins zu untersuchen.
Die Ergebnisse des Projektes zeigten, dass drei verschiedene Regionen in der Axin-1IDR mit einer Bindestelle an der Axin-1DIX interagieren. Die Oberfläche der Bindungsstelle an der strukturierten Axin-1DIX überlappt nicht mit der Oberfläche, die für die Axin-1DIX Oligomerisierung wichtig ist. Im Widerspruch zur Literatur steht unsere Entdeckung, dass die Axin-1DIX Interaktion mit der Axin-1IDR nicht zu einer Verdrängung von ß-Catenin führt, da sich die Lokalisation der Bindestellen an der Axin-1IDR unterscheidet. Außerdem konnten wir zeigen, dass post-translationale Phosphorylierung von Axin-1 zwar die Aktivität des Proteins reguliert, nicht aber die Ausbildung der phasengetrennten Kondensate. Schlussendlich wurden mit einer Krebsvariante des Proteins, welche eine Mutation in der Axin-1DIX Bindestelle aufweist, Rollen der Axin-1IDR Bindestellen analysiert.
Mit dieser Arbeit wurden wichtige intramolekulare Interaktionen im Protein Axin-1 aufgeklärt. Die Daten in dieser Arbeit sind daher essentiell um die Bedeutung von flüssig-flüssig Phasentrennung in Krebserkrankungen zu verstehen.
Im zweiten Kapitel der Arbeit wird eine Methodenentwicklung im Bereich der NMR Spektroskopie erläutert. Leberzirrhose ist ein häufiger Endpunkt von Erkrankungen der Leber und unter anderem zählt eine erhöhte Magen- und/oder Darmpermeabilität zu den Symptomen. Durch die orale Verabreichung von Zuckerlösungen und der Bestimmung der Konzentrationen im Urin kann diese erhöhte Durchlässigkeit diagnostiziert werden. Momentan fehlt jedoch eine zuverlässige Methode für die Quantifizierung der Kohlenhydrate.
Das Ziel dieser Arbeit war mithilfe von NMR Spektroskopie eine Methode zu entwickeln, welche die zuverlässige und schnelle Bestimmung der Zucker im Urin ermöglicht.
In den Ergebnissen konnten wir zeigen, dass sogenannte JRES Experimente eine gute Methode sind, um in einer komplexen Matrix wie Urin die Zucker ohne Zweifel zu identifizieren und zu quantifizieren. Diese Methode stellt eine gute Alternative zu den bisherigen Techniken für die Zuckerbestimmung dar und könnte durch die geringen Messzeiten auch von klinischer Bedeutung werden.
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