Negative Regulation of Receptor Tyrosine Kinases by T-cell Protein Tyrosine Phosphatase

Protein tyrosine phosphorylation controls a wide array of cellular responses such as growth, migration, proliferation, differentiation, metabolism and cytoskeletal organisation. Tyrosine phosphorylation is a dynamic process involving the competing activities of protein tyrosine kinases and protein tyrosine phosphatases. The protein tyrosine kinases are further divided into non-receptor- and receptor tyrosine kinases. The latter are transmembrane glycoproteins activated by the binding of specific ligands, mostly growth factors, to their extracellular domain, transmitting different signals to the cell. Growth factor receptors such as the epidermal growth factor receptor, vascular endothelial growth factor receptor 2 and platelet-derived growth factor receptor β, belong to the receptor tyrosine kinases, the signalling of which is often disturbed in various diseases, including cancer. This has led to the development of receptor tyrosine kinase antagonists for use as anti-cancer drugs. As the receptor tyrosine kinases, also the protein tyrosine phosphatases can be divided into receptor- and non-receptor types. The protein tyrosine phosphatases have attained much less attention than the receptor tyrosine kinases partly because they were identified later. However, accumulating evidence shows that the protein tyrosine phosphatases have important roles as specific and active regulators of tyrosine phosphorylation in cells and of physiological processes. Consequently, the protein tyrosine phosphatases are receiving arising interest as novel drug targets. The aim of this work was to elucidate the negative regulation of receptor tyrosine kinases by one non-receptor protein tyrosine phosphatase, T-cell protein tyrosine phosphatase TCPTP. The results show that TCPTP activated by cell adhesion receptor integrin α1 functions as a negative regulator of the epidermal growth factor receptor. It was also found that TCPTP affects vascular endothelial growth factor receptor 2 signalling and angiogenesis. Lastly, a High-throughput screen with 64,280 compounds was performed to identify novel TCPTP activators, resulting in identification of one small molecule compound capable of exerting similar effects on TCPTP signalling as integrin α1. This compound is shown to downregulate signalling of epidermal growth factor receptor and platelet-derived growth factor receptor β, as well as to inhibit cell proliferation and angiogenesis. Our results suggest that a suitable small-molecule TCPTP activator could be utilized in the development of novel anti-cancer drugs.

Developing Bioimage Informatics – from Microscopy to Software Solutions – with alpha2beta1 Integrin as a Case Study

Biokuvainformatiikan kehittäminen – mikroskopiasta ohjelmistoratkaisuihin – sovellusesimerkkinä α2β1-integriini Kun ihmisen genomi saatiin sekvensoitua vuonna 2003, biotieteiden päätehtäväksi tuli selvittää eri geenien tehtävät, ja erilaisista biokuvantamistekniikoista tuli keskeisiä tutkimusmenetelmiä. Teknologiset kehitysaskeleet johtivat erityisesti fluoresenssipohjaisten valomikroskopiatekniikoiden suosion räjähdysmäiseen kasvuun, mutta mikroskopian tuli muuntua kvalitatiivisesta tieteestä kvantitatiiviseksi. Tämä muutos synnytti uuden tieteenalan, biokuvainformatiikan, jonka on sanottu mahdollisesti mullistavan biotieteet. Tämä väitöskirja esittelee laajan, poikkitieteellisen työkokonaisuuden biokuvainformatiikan alalta. Väitöskirjan ensimmäinen tavoite oli kehittää protokollia elävien solujen neliulotteiseen konfokaalimikroskopiaan, joka oli yksi nopeimmin kasvavista biokuvantamismenetelmistä. Ihmisen kollageenireseptori α2β1-integriini, joka on tärkeä molekyyli monissa fysiologisissa ja patologisissa prosesseissa, oli sovellusesimerkkinä. Työssä saavutettiin selkeitä visualisointeja integriinien liikkeistä, yhteenkeräytymisestä ja solun sisään siirtymisestä, mutta työkaluja kuvainformaation kvantitatiiviseen analysointiin ei ollut. Väitöskirjan toiseksi tavoitteeksi tulikin tällaiseen analysointiin soveltuvan tietokoneohjelmiston kehittäminen. Samaan aikaan syntyi biokuvainformatiikka, ja kipeimmin uudella alalla kaivattiin erikoistuneita tietokoneohjelmistoja. Tämän väitöskirjatyön tärkeimmäksi tulokseksi muodostui näin ollen BioImageXD, uudenlainen avoimen lähdekoodin ohjelmisto moniulotteisten biokuvien visualisointiin, prosessointiin ja analysointiin. BioImageXD kasvoi yhdeksi alansa suurimmista ja monipuolisimmista. Se julkaistiin Nature Methods -lehden biokuvainformatiikkaa käsittelevässä erikoisnumerossa, ja siitä tuli tunnettu ja laajalti käytetty. Väitöskirjan kolmas tavoite oli soveltaa kehitettyjä menetelmiä johonkin käytännönläheisempään. Tehtiin keinotekoisia piidioksidinanopartikkeleita, joissa oli "osoitelappuina" α2β1-integriinin tunnistavia vasta-aineita. BioImageXD:n avulla osoitettiin, että nanopartikkeleilla on potentiaalia lääkkeiden täsmäohjaussovelluksissa. Tämän väitöskirjatyön yksi perimmäinen tavoite oli edistää uutta ja tuntematonta biokuvainformatiikan tieteenalaa, ja tämä tavoite saavutettiin erityisesti BioImageXD:n ja sen lukuisten julkaistujen sovellusten kautta. Väitöskirjatyöllä on merkittävää potentiaalia tulevaisuudessa, mutta biokuvainformatiikalla on vakavia haasteita. Ala on liian monimutkainen keskimääräisen biolääketieteen tutkijan hallittavaksi, ja alan keskeisin elementti, avoimen lähdekoodin ohjelmistokehitystyö, on aliarvostettu. Näihin seikkoihin tarvitaan useita parannuksia,