@phdthesis{Fiebig2014,
  author    = {Fiebig, Juliane},
  title     = {Twisted gastrulation - ein BMP-Modulatorprotein mit dualer Funktionalit{\"a}t},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107270},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) sind extrazellul{\"a}r vorkommende Wachstumsfaktoren und werden der Superfamilie der Transforming Growth Factors β (TGF-β) zugeordnet. Entgegen ihrem Namen spielen sie nicht nur eine Rolle bei der Ausbildung und Regeneration der Knochenmatrix, sondern regulieren bereits w{\"a}hrend der Embryonalentwicklung zahlreiche Abl{\"a}ufe. Unter anderem sind sie an der Festlegung der K{\"o}rperachsen und Entwicklung der Organanlagen beteiligt. Sp{\"a}ter steuern sie das Wachstum von Organen und Geweben und sind schließlich im adulten Organismus f{\"u}r deren Hom{\"o}ostase und Regeneration verantwortlich. Bei fast allen Mitgliedern der TGF-β Superfamilie erfolgt die Signalbildung nach derzeitigem Kenntnisstand durch die Bindung an transmembrane Serin/Threonin-Kinaserezeptoren, die in zwei Untergruppen unterteilt werden k{\"o}nnen. Dabei werden von einem Liganden jeweils zwei Typ I- und zwei Typ II-Rezeptoren gebunden, wodurch ein aktiver Komplex entsteht, der im Inneren der Zelle eine Signalkaskade ausl{\"o}st. Um die vielseitigen Aufgaben der BMPs spezifisch vermitteln zu k{\"o}nnen, gibt es zahlreiche Mechanismen, die Signalbildung stringent neben der Ligand-Rezeptor-Interaktion zu regulieren. Die Small Mothers Against Decapentaplegic (Smad)-Signalkaskade im Zellinneren wird beispielsweise durch die Interaktion der inhibitorischen Smads mit rezeptor-regulierten Smads oder durch den proteasomalen Abbau der rezeptor-regulierten Smads durch die Bindung von Ubiquitin-Ligasen der Smurf-Familie beeinflusst. Auch auf Membranebene besteht die M{\"o}glichkeit der negativen Signalmodulation durch Pseudorezeptoren oder der Verst{\"a}rkung der Signalbildung durch positive Effektoren wie beispielsweise aktivit{\"a}tssteigernde Co-Rezeptoren. Ein Charakteristikum der TGF-β Superfamilie stellt jedoch die Vielzahl an sekretierten, l{\"o}slichen Modulatorproteinen dar. Die meist glykosylierten Proteine {\"u}ben, bis auf wenige Ausnahmen, einen antagonistischen Effekt auf die BMPs aus. Bei dem BMP-spezifischen Modulatorprotein Twisted gastrulation handelt es sich um ein extrazellul{\"a}res Glykoprotein, das im Gegensatz zu den meisten anderen BMP-Modulatoren jedoch eine duale Funktion als Besonderheit aufweist. Es zeigt zum einen eine anti-BMP-Wirkung, indem es den BMP-inhibierenden Einfluss von Chordin durch Bildung eines stabilen tern{\"a}ren Komplexes verst{\"a}rkt; andererseits kann Twisted gastrulation in Gegenwart spezifischer Metalloproteasen eine proteolytische Spaltung von Chordin und die anschließende Freisetzung von aktivem BMP f{\"o}rdern und so eine BMP-Aktivit{\"a}t vermittelnde Wirkung aufweisen. Twisted gastrulation hat keine beziehungsweise nur eine {\"a}ußerst geringe Homologie zu anderen (Modulator)Proteinen. Um daher den komplexen Wirkmechanismus detailliert molekular beschreiben zu k{\"o}nnen, ist die Aufkl{\"a}rung der Struktur /Funktions-beziehungen essentiell. Im Rahmen dieser Arbeit konnten unterschiedliche Expressionsstrategien f{\"u}r die rekombinante Herstellung von Twisted gastrulation etabliert werden, welche eine umfassende Charakterisierung des Proteins in vitro erm{\"o}glichen. Erste Kristallisationsversuche von isoliertem Twisted gastrulation f{\"u}r die Aufkl{\"a}rung der dreidimensionalen Struktur mittels R{\"o}ntgenbeugung verliefen ohne Erfolg, allerdings gelang die Pr{\"a}paration stabiler tern{\"a}rer Proteinkomplexe f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Kristallisationsans{\"a}tze. Hochdurchsatzverfahren f{\"u}r die Expression und Interaktionsanalyse erlauben zudem die Untersuchung einer Vielzahl von Twisted gastrulation-Proteinvarianten. Auf diese Weise konnten Aminos{\"a}uren identifiziert werden, die an der Wechselwirkung von Twisted gastrulation mit seinem Interaktionspartner BMP 2 beteiligt sind. Dies erm{\"o}glichte eine detaillierte Lokalisation des Bindeepitops im N-terminalen Bereich von Twisted gastrulation. Dabei konnte auch gezeigt werden, dass die Glykosylierung von Twisted gastrulation f{\"u}r die Wechselwirkung mit BMP-2 von Bedeutung ist. Eine experimentelle Strukturanalyse von Twisted gastrulation f{\"u}r die detaillierte Aufkl{\"a}rung des Mechanismus der Interaktion mit BMP-2 und anderen Modulatorproteinen bleibt allerdings weiterhin aufgrund der Einzigartigkeit dieses Modulatorproteins zwingend erforderlich. F{\"u}r eine Fortsetzung der Untersuchungen bietet der stabile tern{\"a}re Komplex eine gute Voraussetzung in Hinblick auf weitere Kristallisationsans{\"a}tze.},
  subject      = {Knochen-Morphogenese-Proteine},
  language  = {de}
}