Mathematische Modelle für Stoffwechselerkrankungen
Diese Kinase reguliert im Wesentlichen den zellulären Energiezustand. Der Signalweg, an dem sie beteiligt ist, reguliert die Energiebereitstellung und den Verbrauch, was wiederum die meisten intrazellulären biologischen Prozesse beeinflusst. Das EU-finanzierte Projekt AMPKIN (Systems biology of the AMP-activated protein kinase pathway) lieferte neue Einzelheiten zur Funktionsweise von AMP-aktivierten Proteinkinasesignalwegen. Insbesondere sollten prädiktive kinetische mathematische Modelle der Signalwegaktivierung/Deaktivierung untersucht werden, um neue therapeutische Zielstrukturen zu finden und Stoffwechselerkrankungen zu behandeln. Aus vorhandenen Daten zu Proteinen, mRNA-Expressions- und Metabolitenkonzentrationen konnten Dynamik und Aufbau kinetischer Modelle abgeleitet werden. Ein Vergleich von Signalwegen in Hefe- und Säugermodellen legte nahe, dass die Zielstrukturen und physiologischen Funktionen der AMP-aktivierten Proteinkinase in beiden Systemen ähnlich sind. Weiterhin wurden Assays für die meisten Stufen der AMP-Kaskade generiert, um vorhandene Daten in mathematische Modelle zu integrieren und optimal zu nutzen. In Kombination mit quantitativen dynamischen Datenreihen zur Aktivierung und Deaktivierung des AMP-aktivierten Proteinkinasesignalwegs gelang es, mathematische Modelle des Hefehomologs Snf1 zu erstellen. Das AMPKIN-Modell ermöglicht nun eine genauere Analyse von Störungen des Signalwegs sowie das Screening möglicher Wirkstoffe. Die Modelle ergänzen Experimente, um auf diese Weise das Modell der AMP-aktivierten Proteinkinase kontinuierlich zu erweitern. Auf diese Weise konnten wichtige wissenschaftliche Fragen geklärt und bessere Behandlungsmöglichkeiten für Stoffwechselerkrankungen wie Adipositas und Typ-II-Diabetes in Aussicht gestellt werden.