GRK2 as new onco-modulator of breast tumoural transformation through the regulation of the p53/Mdm2 axis
Author
Nogués, LauraEntity
UAM. Departamento de Biología Molecular; Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM)Date
2014-12-19Subjects
Mamas - Cáncer - Tesis doctorales; Proteínas quinasas - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 19-12-2014Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
The complex interactome of GRK2 points to this kinase as a key node in the signal
transduction network of the cell, contributing to the proper functioning of basic
cellular processes such as cellular migration, cell cycle progression or angiogenesis.
Both GRK2 expression levels and activity are frequently found unbalanced in diverse diseases,
thus suggesting a role for this kinase in aberrant cellular processes related to the onset or
development of these pathologies. In the present work, we have extensively characterized the
role of GRK2 as a novel onco-modulator of breast tumoural transformation, with particular
focus on its impact in the Mdm2/p53 axis and /or in HDAC6-mediated responses. We
have determined that high-amplification of ErbB receptors such as EGFR or Her2 and
over-activation of the PI3K/AKT axis as a result of mutations in PI3K-p110, PTEN or
AKT genes (all frequent molecular features of luminal types of breast tumours) converge in
promoting GRK2 accumulation. Enhanced GRK2 levels are also triggered by the amplified
oestrogen signalling characteristic of luminal tumours. Increased GRK2 expression, which
is detected in transformed breast cell lines, in two murine mammary tumor models and in
patients, would in turn activate two key regulatory axis /signalling modules with either
Mdm2 or HDAC6 (also up-regulated in luminal breast cancer), leading to promotion of cell
proliferation, survival and invasion in transformed cells. We find that ERK1/2-mediated
modification of GRK2 at S670 enables GRK2-mediated HDAC6 phosphorylation and
stimulation of its tubulin-deacetylase activity and microtubule dynamics, what results
in higher persistence growth factor-dependent signalling and increased duration and
extent of downstream stimulation of mitogenic and pro-survival molecules such as Ras,
MAPK, AKT and Pin1. Moreover, our findings suggest that in breast tumoral contexts,
GRK2 can act as a positive modulator of Mdm2 functionality. We describe herein that
GRK2 specifically phosphorylates Mdm2 and potentiates the Mdm2-dependent wildtype
p53 downmodulation, resulting in enhanced cell survival. On the other hand, the
phosphorylation of GRK2 at S670 seems to cause a switch on the sub-cellular distribution
of this kinase in tumour cells harboring mutant p53 (as luminal T47D, basal-A MDAMB-
468 or basal MDA-MB-231 cells), what could amplify oncogenic functions by means
of the increased functional competence of Ras/Pin1 and HDAC6, which are involved in
protecting mutant p53 from degradation and supporting its functionality. In fact, our data
show that GRK2 function is required (in a p53 status-independent fashion) for enhanced
proliferation, anchorage-independent growth, survival and invasion of tumoral breast cells
“in vitro” and for tumor progression “in vivo”, thus suggesting a relevant and general role
for GRK2 as an onco-modulator of key processes involved in breast tumor development El complejo interactoma de GRK2 señala a esta quinasa como un nodo clave para la red
de transducción de señales de la célula, participando en procesos básicos tales como la
migración celular, la progresión del ciclo celular o la angiogénesis. Tanto los niveles
de expresión de GRK2 como su actividad están sometidos a estrictos mecanismos de control
que frecuentemente se ven alterados en diversos contextos fisiopatológicos, sugierendo un papel
relevante de esta quinasa en la aparición o el desarrollo de estas patologías. En el presente trabajo
se ha identificado a GRK2 como un nuevo onco-modulador de la transformación tumoral,
responsable de estimular la adquisición de proliferación sostenida, crecimiento independiente de
anclaje, supervivencia e invasividad de células de mama. Hemos caracterizado los mecanismos
moleculares de la función onco-moduladora de GRK2, demostrando el papel crucial de esta
quinasa en la regulación de la ligasa Mdm2 y la deacetilasa HDAC6 y sus consecuencias en la
actividad de los módulos celulares de señalización de p53 y de Ras, cuya alteración es clave para la
transformación celular. Nuestros resultados indican que la co-regulación al alza de GRK2/Mdm2/
HDCA6 es una nueva característica molecular de los tumores de mama de tipo luminal que podría
estar asociada a una mayor agresividad y peor prognosis. Hemos determinado que el exceso de
actividad de la cascada de PI3K/Akt, como resultado de mutaciones en PI3K p110, PTEN o
AKT o de la amplificación/sobre-estimulación de receptores ErbB, así como la sobre-activación de
receptores de estrógenos, convergen en la acumulación de GRK2 en modelos celulares y animales
y en pacientes. El aumento de la proteína GRK2 en líneas tumorales de mama luminales, junto
con el de su fosforilación por ERK1/2 en el residuo S670 (característica también común a las
líneas celulares derivadas de tumores basales) facilita y permite, respectivamente, la modificación
por GRK2 de HDAC6, lo que conduce a la estimulación de la actividad tubulina deacetilasa
y de la dinámica de microtúbulos, que a su vez lleva a potenciar la duración e intensidad de las
señales mitogénicas y de supervivencia, así como a promover un fenotipo migratorio invasivo,
estimulando la formación y funcionalidad de invadopodios. Por otro lado, nuestros resultados
sugieren un nuevo mecanismo de regulación negativa del supresor tumoral p53 mediada por
GRK2 a través del control directo de Mdm2. En contextos oncogénicos de mayor actividad Ras/
ERK1/2 y/o PI3K/Akt, la interacción entre GRK2 y Mdm2 se reprograma con consecuencias
funcionales distintas: estabilización de GRK2 y modulación de Mdm2 como nuevo sustrato de
GRK2. Hemos identificado los sitios de fosforilación de Mdm2 por GRK2 y demostrado que estas
modificaciones aumentan la estabilidad de la ligasa, promueven la interacción de la proteína con
p53 causando la desestabilización de p53 y disminuyen las respuestas apoptóticas dependientes
de este factor transcripcional. Además, la interrelación de GRK2 con Mdm2 y HDAC6 atenúa la
capacidad citotóxica tumoral y anti-proliferativa de compuestos inhibidores de Mdm2 (Nutlin-3a)
y de HDAC6 (tubacina, SAHA). Por último, la contribución de GRK2 a las respuestas mitogénicas
y de supervivencia a través de la modulación de la actividad de Ras/Pin1 y de p53 vía Mdm2
y HDAC6 es necesaria para el crecimiento y progresión de tumores de mama “in vivo” tanto
basales como luminales, sugiriendo un papel clave y global de GRK2 como onco-modulador de los
diferentes procesos que dan lugar al desarrollo del cáncer de mama.
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2016-11-01