(Wien, 02-04-2025) Die Phosphorylierung dient als wichtiger An- und Ausschalter bei der Zellsignalisierung, wie etwa im Akt-Signalweg, der das Zellwachstum reguliert und bei Krebs häufig hochreguliert ist. Die Masterstudent:innen Tarik Husremović und Vanessa Meier aus dem Leonard-Labor an den Max Perutz Labs zeigen nun in einer in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Studie, dass die Phosphatasen PHLPP1 und PHLPP2 – von denen bisher angenommen wurde, dass sie Akt dephosphorylieren und das Tumorwachstum unterdrücken – weder Phosphatasen noch Tumorsuppressoren sind. Obwohl katalytisch tot, fanden die Forschenden heraus, dass PHLPP tatsächlich von einer alten Phosphatase abstammt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass PHLPP eine nicht-katalytische Rolle innerhalb eines alten, aber konservierten biologischen Prozesses spielt.
Klassischerweise werden Kinasen, die Proteine phosphorylieren, als die „Ein“-Schalter in der Zellsignalgebung betrachtet, während Phosphatasen, die Proteine dephosphorylieren, als die „Aus“-Schalter angesehen werden. Dieses dynamische Gleichgewicht von Phosphorylierung und Dephosphorylierung ist für Signalwege wie den Akt-Weg von entscheidender Bedeutung. Wachstumsfaktoren und Insulin lösen eine PI3K-Aktivierung aus, die zu einer Akt-Phosphorylierung führt, welche das Zellwachstum und die Zellproliferation fördert. Da eine übermäßige Aktivierung von Akt oder PI3K zu unkontrolliertem Zellwachstum und -proliferation (Krebs) führen kann, ist eine präzise Regulierung unerlässlich. PH-Domänen-Leucin-reiche Repeat-enthaltende Proteinphosphatasen (PHLPP) wurden als negative Regulatoren von Akt und damit als Tumorsuppressoren vorgeschlagen. Eine neue Studie aus dem Leonard-Labor, die zeigt, dass PHLPP überhaupt keine katalytische Aktivität besitzt, stellt diese Ansicht jedoch in Frage.
Phosphatasetests ergaben, dass PHLPP2 keine nachweisbare Phosphataseaktivität besitzt. Die Autor:innen konnten frühere Berichte über Phosphataseaktivität auf eine Kontamination mit einer anderen Phosphatase, PP2A, zurückführen. Außerdem erklärt der Leiter der Gruppe, Thomas Leonard: „Unsere Strukturanalyse zeigt, dass diese Proteine nicht in der Lage sind, die Phosphatasereaktion zu katalysieren“. Die Ergebnisse der Autor:innen veranlassten sie daher, die Bezeichnung von PHLPP1 und PHLPP2 als Tumorsuppressoren in Frage zu stellen. Das Team untersuchte, ob somatische Mutationen in PHLPP1 und PHLPP2 mit Krebs in Verbindung stehen. „Es überrascht nicht, dass unsere Krebsgenomanalyse keine Beweise für einen Zusammenhang zwischen PHLPP und Krebs gefunden hat, was eine grundlegende Frage aufwirft: Wenn sie weder Phosphatasen noch Tumorsuppressoren sind, was ist dann ihre wahre biologische Funktion? Hier liefert die Evolutionsgeschichte unschätzbare Erkenntnisse“, fügt Thomas Leonard hinzu.
Phylogenetische Analysen wurden durchgeführt, um die Evolutionsgeschichte von PHLPP zu verfolgen. Die Forscher:innen fanden heraus, dass der Vorfahre von PHLPP eine echte Phosphatase war. Vor etwa 1.000 Millionen Jahren erhielt das Vorgängergen eine Kinase- und eine PH-Domäne, was zur Bildung von PHLPP führte. Später, in der Abstammungslinie der Metazoen, ging die Kinase-Domäne verloren und die Phosphatase-Domäne wurde inaktiviert, wodurch PHLPP zu einer Pseudophosphatase wurde. Thomas Leonard führt aus: „Im Laufe der Evolution hat sich das ursprüngliche Gen in drei Hauptlinien mit unterschiedlichen Funktionen diversifiziert. Während einige die Phosphataseaktivität beibehielten, verloren andere sie, während sie gleichzeitig alternative katalytische Aktivitäten erlangten. Eine hoch konservierte Subdomäne der Phosphatase-Domäne deutet darauf hin, dass PHLPP in Metazoen eine uralte Rolle bei der Substratbindung und eine nicht-katalytische, membranbildende Funktion beibehalten hat. Das Leonard-Labor wird sich nun auf die Suche nach der tatsächlichen biologischen Funktion sowohl der ursprünglichen Phosphatase als auch des heutigen PHLPP machen.
Die multidisziplinäre Arbeit wurde durch die Zusammenarbeit mit Expert:innen aus verschiedenen Bereichen unterstützt: dem Irwin-Labor (Gregor-Mendel-Institut, Phylogenetik), dem Haselbach-Labor (Institut für Molekulare Pathologie, cryoEM), dem Bock-Labor (Zentrum für Molekulare Medizin CeMM, Krebsgenomik) sowie der Perutz MS-Anlage und den Labors von Leeb, Ogris und Žagrović an den Max Perutz Labs.
Publikation: PNAS
PHLPP2 ist eine Pseudophosphatase, die ihre Aktivität in den Vorfahren der Metazoen verlor
1. April 2025, 122 (14) e2417218122, https://doi.org/10.1073/pnas.24172181