Margot Jehle

• Zusammenfassung Die Initiation der DNA-Replikation in Eukaryonten ist ein hochkonservierter Prozeß, der in drei Stufen unterteilt werden kann. Im ersten Schritt bindet der ORC-Komplex an Replikationsorigins in chromosomaler DNA, wodurch die Assemblierung des präreplikativen Komplexes an den Origins ausgelöst wird. Anschließend lagern sich CDC6- und RLF-B/CDT1-Protein an den ORC an, die beide schließlich für die Rekrutierung des heterohexameren MCM-Komplexes verantwortlich sind. Durch die Aktivität der CDC7/DBF4-Kinase wird der OriginZusammenfassung Die Initiation der DNA-Replikation in Eukaryonten ist ein hochkonservierter Prozeß, der in drei Stufen unterteilt werden kann. Im ersten Schritt bindet der ORC-Komplex an Replikationsorigins in chromosomaler DNA, wodurch die Assemblierung des präreplikativen Komplexes an den Origins ausgelöst wird. Anschließend lagern sich CDC6- und RLF-B/CDT1-Protein an den ORC an, die beide schließlich für die Rekrutierung des heterohexameren MCM-Komplexes verantwortlich sind. Durch die Aktivität der CDC7/DBF4-Kinase wird der Origin lizensiert, nachdem der letzte Initiationsfaktor CDC45 die Assemblierung des pre-RC vervollständigt hat. Ein Ziel dieser Arbeit war es, das komplexe Netzwerk von Protein-Proteininteraktionen zwischen den verschiedenen Initiationsproteinen durch Two-Hybrid-Studien aufzuklären. Dazu wurden die cDNAs aller bisher in Mus musculus charakterisierten Initiationsproteine, wie ORC1-6, CDC6, MCM2-7, CDC7, DBF4, CDC45, der "polo like kinase" CDC5/PLK, des DNA-Einzelstrang-bindenden Replikationsproteins RPA mit seinen Untereinheiten RPA14, RPA32, RPA70 und schließlich des heterodimeren Proteins Ku mit den Untereinheiten Ku80 und Ku70 jeweils in zwei verschiedene Hefevektoren inseriert. Zum einen handelt es sich dabei um den Ködervektor pEG202 und andererseits um den Beutevektor pJG4-5 des Two-Hybrid-Systems. Dabei wurden alle möglichen Köder-/Beute-Proteinkonstellationen auf eine Aktivierung des Reportergens LacZ hin untersucht und so zahlreiche Protein-Proteininteraktionen identifiziert. Einige der hier beschriebenen Wechselwirkungen waren auch in anderen Spezies identifiziert worden und konnten somit für Maus bestätigt werden. Im Rahmen dieser Two-Hybrid-Untersuchungen wurden allerdings auch erstmals neue Protein-Proteininteraktionen nachgewiesen, wie beispielsweise CDC5/PLK mit MCM2 oder Ku80 mit ORC1, -2, -4 und -5. Sowohl von CDC5/PLK- als auch von Ku80-Protein wurde vermutet, daß sie im Zusammenhang mit der Initiation der DNA-Replikation stehen könnten. Die Two-Hybrid-Interaktionen hier vermittelten neue Indizien, die diese Vermutung untermauern. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden fünf CDC7-Deletionsmutanten konstruiert, um die Interaktionsdomänen des CDC7-Proteins mit anderen Proteinen im Rahmen des Two-Hybrid-Systems bestimmen zu können. Die Mutanten wurden dazu jeweils in den pEG202- und den pJG4-5-Hefevektor inseriert. Die Hefe-Studien wurden nur mit denjenigen Proteinen durchgeführt, mit denen das CDC7-Wildtyp-Protein im ersten Teil der Arbeit positive Interaktionen eingegangen war. Auffallend bei den Untersuchungen mit den Deletionsmutanten war, daß sie in der Köderposition mehr Interaktionen eingingen als in der Beuteposition. Nur die C1-, C2- und N2-Mutante gingen noch Wechselwirkungen mit einigen Initiatorproteinen ein, während weder die C2- noch die N1-Mutante dazu in der Lage waren. Als Resultat dieser CDC7-Interaktionsdomänenkartierung stellte sich das Kinase-Insert II als ein für die Mehrheit der Protein-Proteininteraktionen des CDC7-Proteins zentrales Element heraus. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war es, paradigmatisch einzelne Protein-Proteininteraktionen, die in den Two-Hybrid-Studien aufgefunden worden waren, mittels einer zweiten Methode zu analysieren. Zusätzlich sollte die Zellzyklusabhängigkeit einzelner Interaktionen der an der Initiation der DNA-Replikation beteiligten Proteine untersucht werden. Dazu wurden Immunpräzipitationsversuche mit synchronisierten FM3A-Mauszellen durchgeführt. Die in Suspensionskultur kultivierten Mauszellen wurden mit Mevastatin in früher G1-, mit Mimosin in G1/S-, mit Hydroxyharnstoff in der S- und mit Nocodazol in der Mitose arretiert. Ausgangsbasis für die weiteren IP-Experimente waren aus den FM3A-Zellen präparierte Kernextrakte. Folgende Antikörper wurden zur Inkubation mit Kernextrakten verwendet: gegen ORC1-, ORC2-, ORC3-, ORC5-, ORC6-, CDC6-, MCM2-, MCM7- und DBF4 gerichtete Antikörper. Mit allen genannten Antikörpern konnten Immunpräzipitationen zwischen einzelnen ORC-Untereinheiten, CDC6- und ORC-Proteinen, einzelnen MCM-Untereinheiten und ORC2- bzw. CDC6-Protein und zwischen der regulatorischen Untereinheit der DDK-Kinase DBF4 und einigen ORC-Untereinheiten nachgewiesen werden. Ein großer Teil der IPs trat in zellzyklusunabhängiger Weise auf, während ein kleinerer Anteil Zellzyklusabhängigkeit zeigte, wie beispielsweise die CDC6-ORC2-Wechselwirkung, die nur von der frühen bis zur späten G1-Phase beobachtet werden konnte. Im vierten und letzten Abschnitt dieser Arbeit ging es um die Identifizierung eines Maus-EST-Klones für das CDT1-Gen. Das CDT1-Protein ist essentieller Bestandteil der Initiation der DNA-Replikation und sorgt gemeinsam mit dem CDC6-Protein für die Rekrutierung des MCM-Komplexes an den Origin, wodurch der präreplikative Komplex für die anstehende Initiation der DNA-Replikation lizensiert wird. Der vollständige Maus-EST-Klon wurde mittels einer Sonde durch radioaktive Hybridisierung einer cDNA-Bibliothek von 9 Tage alten Mausembryonen identifiziert und charakterisiert. Die vollständige Sequenz von MmCDT1 ergab einen offenen Leserahmen von 1673bp und kodiert für ein Protein mit 557 Aminosäuren und einer Molmasse von 61.5 kDa.…
• Summary The initiation of DNA replication is a highly conserved process which is subdivided into three steps. The first step is the binding of the origin recognition complex to the replication origins in chromosomal DNA which triggers off the assembly of the prereplicative complex at the origins. Subsequently the CDC6 and the RLF-B/CDT1 proteins bind to ORC which are both responsible for the recruitment of the heterohexameric MCM complex to the prereplicative complex (pre-RC). The CDC7/DBF4 kinase licenses the origin after completion of theSummary The initiation of DNA replication is a highly conserved process which is subdivided into three steps. The first step is the binding of the origin recognition complex to the replication origins in chromosomal DNA which triggers off the assembly of the prereplicative complex at the origins. Subsequently the CDC6 and the RLF-B/CDT1 proteins bind to ORC which are both responsible for the recruitment of the heterohexameric MCM complex to the prereplicative complex (pre-RC). The CDC7/DBF4 kinase licenses the origin after completion of the pre-RC by binding of the CDC45 protein. One task of this work was to dissolve the complex network of protein-protein interactions between the different initiator proteins with the method of the two-hybrid-system. Therefore the cDNAs encoding all described initiator proteins of Mus musculus, ORC1-6, CDC6, MCM2-7, CDC7, DBF4, CDC45, the "polo like kinase" CDC5/PLK, the single-stranded replication protein RPA with its subunits RPA14, RPA32 and RPA70 as well as the heterodimeric Ku protein with the Ku70 and the Ku80 subunits were inserted into the two-hybrid vectors pEG202 and pJG4-5. All possible bait/prey protein combinations were tested for the activation of the LacZ reporter gene. Numerous protein-interactions were detected which have been described already in other species and were confirmed here for the mouse system. There were also new protein-protein interactions observed, for example the interaction between the CDC5/PLK protein and the MCM2 protein or between the Ku80 subunit and the ORC1, 2, 4 and 5 proteins. Both the CDC5/PLK and the Ku80 protein are thought to be involved in the initiation of DNA replication. The demonstrated protein interactions provide evidence for this hypothesis. In the second part of this work five deletion mutants of the CDC7 protein were constructed to determine the interaction domains relevant for protein interactions with other proteins in the two-hybrid system. The mutants were inserted into the vectors pEG202 and pJG4-5. Only those proteins were tested for interaction with the CDC7 deletion mutants which have already shown interactions with the wild-type CDC7 protein. Proteins in the bait position showed much more interactions as proteins in the prey position. Protein interactions were observed with the C1, C2 and the N2 mutants whereas the C3 and the N1 mutants were not able to interact with any of the initiator proteins. The kinase-insert II was shown to be a central element for the majority of the protein-protein interaction of the CDC7 protein, possibly being responsible for most of the CDC7 interactions. Further task was the analysis of some paradigmatically chosen protein-protein interactions obtained in the two-hybrid studies with the help of a second experimental method, i.e. the immunoprecipitation technique. Additionally the cell cycle dependence some of the interactions involved in the initiation of DNA replication was examined. Immunoprecipitation experiments were performed with synchronized mouse FM3A cells which were arrested in early G1 phase by mevastatin, at the G1/S transition by mimosine, in S phase by hydroxyurea and in mitosis by nocodazol. Nuclear extracts made from the FM3A cells were used for the immunoprecipitations. The following antibodies were used for incubation with the nuclear extracts: antibodies raised against ORC1, ORC2, ORC3, ORC5, ORC6, CDC6, MCM2, MCM7 and DBF4, respectively. Immunoprecipitations were found among some of the ORC subunits, CDC6 and ORC proteins, some MCM subunits and ORC2 and CDC6 proteins, respectively, as well as among the regulatory subunit DBF4 of the DDK kinase and some of the ORC subunits could be demonstrated with all the above mentioned antibodies. Most of the immunoprecipitations were found to be cell cycle-independent, whereas only some of them were cell cycle-dependent. For example the CDC6-ORC2 interaction which was only observed from early G1 phase to the G1/S transition. The last part of this work was the identification of a mouse EST clone for the CDT1 gene. The CDT1 protein together with CDC6 is essential for loading MCM2-7 proteins into prereplicative complexes during replication licensing. Screening a cDNA library of 9 days old mouse embryos with a radioactive labeled probe resulted in the complete mouse EST clone of CDT1. The full length sequence of MmCDT1 revealed an open reading frame encoding a predicted protein of 557 amino acids with a molecular mass of 61.5 kDa.…