Análise proteômica de células não fagocíticas na fase inicial da infecção por trypanosoma cruzi

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2015.

Étude des voies de signalisation activées par la prostaglandine F2α dans les cellules de cancer colorectal

Le cancer colorectal représente la troisième forme de cancer la plus fréquente au Canada. Malgré les récents développements, aucun traitement curatif n’est disponible pour les patients diagnostiqués à un stade avancé de la maladie. Plusieurs évidences supportent un rôle important des prostaglandines dans cette maladie. En effet, une surexpression des récepteurs de type EP et FP est remarquée. Ces derniers ainsi que les molécules de signalisations intracellulaires qu’ils activent représentent donc de nouvelles cibles pour traiter ce cancer. Nous et d’autres groupes avons démontré que les protéines G monomériques sont des petits interrupteurs moléculaires importants dans la signalisation intracellulaire engagée par les récepteurs dans des cellules saines mais qu’un dérèglement de celles-ci est associé au cancer. L’objectif principal de ce projet de recherche vise donc à identifier les voies de signalisations par lesquelles le récepteur FP contribue aux capacités invasives des cellules tumorales d’origine colorectale. Notre hypothèse est que la protéine ARF6, une des 6 isoformes des ARFs, et la protéine RhoA, agissent pour coordonner l’activation des voies de signalisations associées à la migration et l’invasion cellulaire. Nos résultats ont indiqué que la stimulation des cellules HEK293 exprimant de façon stable le récepteur FP (HA-FP) ainsi que les cellules SW480, une lignée invasive de cancer colorectal, par le PGF2α augmentait les niveaux d’activation d’ARF6 mais également de la protéine RhoA. De plus, d’autres médiateurs et intermédiaires associés à la réorganisation du cytosquelette comme la cofiline et la chaine légère de la myosine (MLC) ont été hautement phosphorylés suite à la stimulation par la prostaglandine. Ces observations sont associées avec une augmentation des fibres de stress dans les cellules. Nous avons tenté de déterminer si l’inhibition de ces protéines G affectait la capacité du PGF2α à activer ces intermédiaires de signalisation ainsi que certains effets biologiques. Ainsi, nos expériences contribueront à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer colorectal.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Caractérisation des structures de septines hautement organisées chez la drosophile et leur interaction avec le cytosquelette d’actine

Les septines sont des GTPases conservées dérégulées dans le cancer et les maladies neurodégénératives. Elles servent de protéines d’échafaudage et forment une barrière de diffusion à la membrane plasmique et au corps central lors de la cytokinèse. Elles interagissent avec l’actine et s’organisent en complexes qui polymérisent et forment des structures hautement organisées (anneaux et filaments). Leur dynamique d’assemblage et leur rôle dans la cellule restent à être élucidés. La Drosophile est un modèle simple pour l’étude des septines puisqu’on n’y retrouve que 5 gènes (sep1, sep2, sep4, sep5, peanut) comparativement aux 13 gènes chez l’humain. À l’aide d’un anticorps contre Pnut, nous avons identifié des structures tubulaires dans 30% des cellules S2 de Drosophile. Mon projet a comme but de caractériser ces tubes en élucidant leurs constituants, leur comportement et leurs propriétés pour mieux clarifier le mécanisme par lequel les septines forment des structures hautement organisées et interagissent avec le cytosquelette d’actine. Par immunofluorescence, j’ai pu démontrer que ces tubes sont cytoplasmiques, en mitose ou interphase, ce qui suggère qu’ils ne sont pas régulés par le cycle cellulaire. Pour investiguer la composition et les propriétés dynamiques de ces tubes, j’ai généré une lignée cellulaire exprimant Sep2-GFP qui se localise aux tubes et des ARNi contre les cinq septines. Trois septines sont importantes pour la formation de ces tubes et anneaux notamment Sep1, Sep2 et Pnut. La déplétion de Sep1 cause la dispersion du signal GFP en flocons, tandis que la déplétion de Sep2 ou de Pnut mène à la dispersion du signal GFP uniformément dans la cellule. Des expériences de FRAP sur la lignée Sep2-GFP révèlent un signal de retour très lent, ce qui indique que ces structures sont très stables. J’ai aussi démontré une relation entre l’actine et les septines. Le traitement avec la Latrunculin A (un inhibiteur de la polymérisation de l’actine) ou la Jasplakinolide (un stabilisateur des filaments d’actine) mène à la dépolymérisation rapide (< 30 min) des tubes en anneaux flottants dans le cytoplasme, même si ces tubes ne sont pas reconnus suite à un marquage de la F-actine. L’Actin05C-mCherry se localise aux tubes, tandis que le mutant déficient de la polymérisation, Actin05C-R62D-mCherry perd cette localisation. On observe aussi que la déplétion de la Cofiline et de l’AIP1 (ce qui déstabilise l’actine) mène au même phénotype que le traitement avec la Latrunculine A ou la Jasplakinolide. Alors on peut conclure qu’un cytosquelette d’actine dynamique est nécessaire pour la formation et le maintien des tubes de septines. Les futures études auront comme but de mieux comprendre l’organisation des septines en structures hautement organisées et leur relation avec l’actine. Ceci sera utile pour l’élaboration du réseau d’interactions des septines qui pourra servir à expliquer leur dérégulation dans le cancer et les maladies neurodégénératives.

Gene expression profile suggests that pigs (Sus scrofa) are susceptible to Anaplasma phagocytophilum but control infection

BACKGROUND Anaplasma phagocytophilum infects a wide variety of hosts and causes granulocytic anaplasmosis in humans, horses and dogs and tick-borne fever in ruminants. Infection with A. phagocytophilum results in the modification of host gene expression and immune response. The objective of this research was to characterize gene expression in pigs (Sus scrofa) naturally and experimentally infected with A. phagocytophilum trying to identify mechanisms that help to explain low infection prevalence in this species. RESULTS For gene expression analysis in naturally infected pigs, microarray hybridization was used. The expression of differentially expressed immune response genes was analyzed by real-time RT-PCR in naturally and experimentally infected pigs. Results suggested that A. phagocytophilum infection affected cytoskeleton rearrangement and increased both innate and adaptive immune responses by up regulation of interleukin 1 receptor accessory protein-like 1 (IL1RAPL1), T-cell receptor alpha chain (TCR-alpha), thrombospondin 4 (TSP-4) and Gap junction protein alpha 1 (GJA1) genes. Higher serum levels of IL-1 beta, IL-8 and TNF-alpha in infected pigs when compared to controls supported data obtained at the mRNA level. CONCLUSIONS These results suggested that pigs are susceptible to A. phagocytophilum but control infection, particularly through activation of innate immune responses, phagocytosis and autophagy. This fact may account for the low infection prevalence detected in pigs in some regions and thus their low or no impact as a reservoir host for this pathogen. These results advanced our understanding of the molecular mechanisms at the host-pathogen interface and suggested a role for newly reported genes in the protection of pigs against A. phagocytophilum.

Étude des voies de signalisation activées par la prostaglandine F2α dans les cellules de cancer colorectal

Le cancer colorectal représente la troisième forme de cancer la plus fréquente au Canada. Malgré les récents développements, aucun traitement curatif n’est disponible pour les patients diagnostiqués à un stade avancé de la maladie. Plusieurs évidences supportent un rôle important des prostaglandines dans cette maladie. En effet, une surexpression des récepteurs de type EP et FP est remarquée. Ces derniers ainsi que les molécules de signalisations intracellulaires qu’ils activent représentent donc de nouvelles cibles pour traiter ce cancer. Nous et d’autres groupes avons démontré que les protéines G monomériques sont des petits interrupteurs moléculaires importants dans la signalisation intracellulaire engagée par les récepteurs dans des cellules saines mais qu’un dérèglement de celles-ci est associé au cancer. L’objectif principal de ce projet de recherche vise donc à identifier les voies de signalisations par lesquelles le récepteur FP contribue aux capacités invasives des cellules tumorales d’origine colorectale. Notre hypothèse est que la protéine ARF6, une des 6 isoformes des ARFs, et la protéine RhoA, agissent pour coordonner l’activation des voies de signalisations associées à la migration et l’invasion cellulaire. Nos résultats ont indiqué que la stimulation des cellules HEK293 exprimant de façon stable le récepteur FP (HA-FP) ainsi que les cellules SW480, une lignée invasive de cancer colorectal, par le PGF2α augmentait les niveaux d’activation d’ARF6 mais également de la protéine RhoA. De plus, d’autres médiateurs et intermédiaires associés à la réorganisation du cytosquelette comme la cofiline et la chaine légère de la myosine (MLC) ont été hautement phosphorylés suite à la stimulation par la prostaglandine. Ces observations sont associées avec une augmentation des fibres de stress dans les cellules. Nous avons tenté de déterminer si l’inhibition de ces protéines G affectait la capacité du PGF2α à activer ces intermédiaires de signalisation ainsi que certains effets biologiques. Ainsi, nos expériences contribueront à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer colorectal.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Caractérisation des structures de septines hautement organisées chez la drosophile et leur interaction avec le cytosquelette d’actine

Les septines sont des GTPases conservées dérégulées dans le cancer et les maladies neurodégénératives. Elles servent de protéines d’échafaudage et forment une barrière de diffusion à la membrane plasmique et au corps central lors de la cytokinèse. Elles interagissent avec l’actine et s’organisent en complexes qui polymérisent et forment des structures hautement organisées (anneaux et filaments). Leur dynamique d’assemblage et leur rôle dans la cellule restent à être élucidés. La Drosophile est un modèle simple pour l’étude des septines puisqu’on n’y retrouve que 5 gènes (sep1, sep2, sep4, sep5, peanut) comparativement aux 13 gènes chez l’humain. À l’aide d’un anticorps contre Pnut, nous avons identifié des structures tubulaires dans 30% des cellules S2 de Drosophile. Mon projet a comme but de caractériser ces tubes en élucidant leurs constituants, leur comportement et leurs propriétés pour mieux clarifier le mécanisme par lequel les septines forment des structures hautement organisées et interagissent avec le cytosquelette d’actine. Par immunofluorescence, j’ai pu démontrer que ces tubes sont cytoplasmiques, en mitose ou interphase, ce qui suggère qu’ils ne sont pas régulés par le cycle cellulaire. Pour investiguer la composition et les propriétés dynamiques de ces tubes, j’ai généré une lignée cellulaire exprimant Sep2-GFP qui se localise aux tubes et des ARNi contre les cinq septines. Trois septines sont importantes pour la formation de ces tubes et anneaux notamment Sep1, Sep2 et Pnut. La déplétion de Sep1 cause la dispersion du signal GFP en flocons, tandis que la déplétion de Sep2 ou de Pnut mène à la dispersion du signal GFP uniformément dans la cellule. Des expériences de FRAP sur la lignée Sep2-GFP révèlent un signal de retour très lent, ce qui indique que ces structures sont très stables. J’ai aussi démontré une relation entre l’actine et les septines. Le traitement avec la Latrunculin A (un inhibiteur de la polymérisation de l’actine) ou la Jasplakinolide (un stabilisateur des filaments d’actine) mène à la dépolymérisation rapide (< 30 min) des tubes en anneaux flottants dans le cytoplasme, même si ces tubes ne sont pas reconnus suite à un marquage de la F-actine. L’Actin05C-mCherry se localise aux tubes, tandis que le mutant déficient de la polymérisation, Actin05C-R62D-mCherry perd cette localisation. On observe aussi que la déplétion de la Cofiline et de l’AIP1 (ce qui déstabilise l’actine) mène au même phénotype que le traitement avec la Latrunculine A ou la Jasplakinolide. Alors on peut conclure qu’un cytosquelette d’actine dynamique est nécessaire pour la formation et le maintien des tubes de septines. Les futures études auront comme but de mieux comprendre l’organisation des septines en structures hautement organisées et leur relation avec l’actine. Ceci sera utile pour l’élaboration du réseau d’interactions des septines qui pourra servir à expliquer leur dérégulation dans le cancer et les maladies neurodégénératives.

The actinin family of actin crosslinking proteins: natural functions and potential applications in synthetic biology

Actinin and spectrin proteins are members of the Spectrin Family of Actin Crosslinking Proteins. The importance of these proteins in the cytoskeleton is demonstrated by the fact that they are common targets for disease causing mutations. In their most prominent roles, actinin and spectrin are responsible for stabilising and maintaining the muscle architecture during contraction, and providing shape and elasticity to the red blood cell in circulation, respectively. To carry out such roles, actinin and spectrin must possess important mechanical and physical properties. These attributes are desirable when choosing a building block for protein-based nanoconstruction. In this study, I assess the contribution of several disease-associated mutations in the actinin-1 actin binding domain that have recently been linked to a rare platelet disorder, congenital macrothrombocytopenia. I investigate the suitability of both actinin and spectrin proteins as potential building blocks for nanoscale structures, and I evaluate a fusion-based assembly strategy to bring about self-assembly of protein nanostructures. I report that the actinin-1 mutant proteins display increased actin binding compared to WT actinin-1 proteins. I find that both actinin and spectrin proteins exhibit enormous potential as nano-building blocks in terms of their stability and ability to self-assemble, and I successfully design and create homodimeric and heterodimeric bivalent building blocks using the fusion-based assembly strategy. Overall, this study has gathered helpful information that will contribute to furthering the advancement of actinin and spectrin knowledge in terms of their natural functions, and potential unnatural functions in protein nanotechnology.

Mechanisms of force-mediated regulation of transcription, chromatin remodeling and cell fate decisions

Tissue mechanics and cellular interactions influence every single cell in our bodies to drive morphogenesis. However, little is known about mechanisms by which cells sense physical forces and transduce them from the cytoskeleton to the nucleus to control gene expression and stem cell fate. We have identified a novel nuclear-mechanosensor complex, consisting of the nuclear membrane protein emerin (Emd), actin and non-muscle myosin IIA (NMIIA), that regulates transcription, chromatin remodeling and lineage commitment. Force-induced enrichment of Emd at the outer nuclear membrane leads to a compensation between H3K9me2,3 and H3K27me3 on constitutive heterochromatin. This strain-induced epigenetic switch is accompanied by the global rearrangement of chromatin. In parallel, forces promote local F-actin polymerization at the outer nuclear membrane, which limits the availability of nuclear G-actin. Subsequently, the reduction of nuclear G-actin results in attenuated global transcription and therefore increased H3K27me3 occupancy to reinforce gene silencing. Restoring nuclear actin levels in the presence of mechanical strain counteracts PRC2-mediated silencing of transcribed genes. This mechanosensory circuit is also observed in vivo. Depletion of NMIIA in mouse epidermis leads to decreased H3K27me3 levels and precocious lineage commitment, thus abrogating organ growth and patterning. Our results reveal how mechanical signals regulate nuclear architecture, chromatin organization and transcription to control cell fate decisions.

Changes in enzymatic activity, accumulation of proteins and softening of persimmon (Diospyros kaki Thunb.) flesh as a function of pre-cooling acclimatization.

One of the major causes of ?Fuyu? persimmon loss after cold storage (CS) is the breakdown of its flesh, which results in the production of a translucent fruit (a water-soaked fruit). It is believed that the cause of this disturbance is linked to disorganization of the cytoskelet and endomembrane system, which changes the synthesis and transport of proteins and metabolites, resulting in incomplete ripening. To test this hypothesis, ?Fuyu? persimmon was subjected to three different postharvest treatments (T): Control ? harvested and kept at 23±3 ◦C and relative humidity (RH) of 85±5% (room temperature, RT) for 12 days, T1 ? harvested and kept under cold storage (CS) (1±1 ◦C and RH of 85±5%) for 30 days followed by RT storage for 2 days, T2 ? kept under RT for 2 days (acclimatization) followed by CS for 30 days. Control and T2 resulted in fruit with decreased flesh firmness (FF), and increased soluble solids (SS) and ascorbic acid (AA) contents. In these fruit the activity of endo-1,4-ß-glucanase (endo-1,4-ß-gluc), pectin methylesterase (PME), polygalacturonase (PG) and ß-galactosidase (ß-gal) increased. T1 resulted in translucent fruit with decreased FF, without any enzymatic activity changes, probably due to the physical disruption of the cytoskeleton. Further, there was an increased content of proteins corresponding to expansins in fruit kept under Control and T2 conditions, which suggests that these conditions do contribute to the synthesis and/or transport of proteins involved in the process of solubilization of the cell wall. In these fruit, there was also a major accumulation of gene transcripts corresponding to heat shock proteins (HSPs) of organelles related to endomembrane, which suggests participation of these genes in the prevention of damage caused by cold conditions. These data proved the hypotheses that acclimatization contributes to the expression of HSPs, and synthesis and transportat of proteins involved in the solubilization of the cell wall. The expression of these genes results in the normal ripening of the persimmon, as confirmed by the evolution of ethylene production.

Dissecting the role of zyxin as a mediator of aggressiveness in Ewing sarcoma

Zyxin is a phosphoprotein localized at the focal adhesions and on the actin stress fibres, where it regulates the cytoskeleton organization. In addition, zyxin can shift into the nucleus and modulates the gene expression, affecting key cellular processes. Consequently, zyxin is as a crucial factor in the malignancy of several cancers, like Ewing sarcoma (EWS). EWS is a rare tumour of the bones, affecting children and adolescents. The main features of EWS are the presence of a chimeric transcriptional factor, EWS-FLI1 and the high expression of CD99, a glycoprotein necessary for the maintenance of the malignant phenotype. Triggering of CD99 with specific antibodies causes massive cell death, an effect that requires zyxin presence. In EWS zyxin is repressed by EWS-FLI1 and its forced re-expression counteracts the malignant phenotype. In this work we decided to deepen our knowledge on how zyxin affects EWS malignancy. We proved that zyxin is a negative regulator of cell migration, survival and growth in anchorage-independent conditions, confirming the tumour suppressor role of zyxin. Then we focused on the relation between CD99 and zyxin. Loss of function of CD99, by engagement with specific antibodies or use of shRNA, increases zyxin levels and promotes its nuclear translocation. Here, we observed that zyxin impairs the transcriptional activity of the Glioma associated oncogene 1 (Gli1), a member of the Hedgehog signalling pathway, which has a relevant oncogenic function in EWS. To support these evidences, we also reported that the loss of function of CD99 inhibits, trough zyxin mediation, the expression of Gli1 up-regulated target genes, such as NKX2-2, PTCH1 and cyclins, whilst enhances the expression of its down-regulated target GAS1. In conclusion, we presented a more accurate depiction of zyxin role in EWS, which in the future could be further developed in hope to offer new therapeutic approaches.

Mapping new non-genetic dependencies in malignant pleural mesothelioma

Malignant Pleural Mesothelioma (MPM) is a very aggressive cancer whose incidence is growing worldwide. MPM escapes the classical models of carcinogenesis and lacks a distinctive genetic fingerprint, keeping obscure the molecular events that lead to tumorigenesis. This severely impacts on the limited therapeutic options and on the lack of specific biomarkers, concurring to make MPM one of the deadliest cancers. Here we combined a functional genome-wide loss of function CRISPR/Cas9 screening with patients’ transcriptomic and clinical data, to identify genes essential for MPM progression. Besides, we explored the role of non-coding RNAs to MPM progression by analysing gene expression profiles and clinical data from the MESO-TCGA dataset. We identified TRIM28 and the lncRNA LINC00941 as new vulnerabilities of MPM, associated with disease aggressiveness and bad outcome of patients. TRIM28 is a multi-domain protein involved in many processes, including transcription regulation. We showed that TRIM28 silencing impairs MPM cells’ growth and clonogenicity by blocking cells in mitosis. RNA-seq profiling showed that TRIM28 loss abolished the expression of major mitotic players. Our data suggest that TRIM28 is part of the B-MYB/FOXM1-MuvB complex that specifically drives the activation of mitotic genes, keeping the time of mitosis. In parallel, we found LINC00941 as strongly associated with reduced survival probability in MPM patients. LINC00941 KD profoundly reduced MPM cells’ growth, migration and invasion. This is accompanied by changes in morphology, cytoskeleton organization and cell-cell adhesion properties. RNA-seq profiling showed that LINC00941 KD impacts crucial functions of MPM, including HIF1α signalling. Collectively these data provided new insights into MPM biology and demonstrated that the integration of functional screening with patients’ clinical data is a powerful tool to highlight new non-genetic cancer dependencies that associate to a bad outcome in vivo, paving the way to new MPM-oriented targeted strategies and prognostic tools to improve patients risk-based stratification.

Aberrant c-MET activation impairs perinuclear actin cap organization with YAP1 cytosolic relocation

Growing evidence indicates that cell and nuclear deformability plays a crucial role in the determination of cancer cells tumorigenic and metastatic potential. The perinuclear actin cap, by wrapping the nucleus with a functional network of actomyosin cables, can modulate nuclear architecture and consequently cell/nuclear elasticity. The hepatocyte growth factor receptor (MET) stands out among other membrane receptors as crucial player of the actin filaments organization, but no data are available on a specific role for MET in the actin cap assembly and the overall nuclear architecture organization. In a cell system characterized by MET hyperactivation, we observed a strong rearrangement of the cellular actin caps, with a complete dismantling of apical stress fibers and a strikingly enhanced nuclear height. CRISPR/Cas9 silencing of MET completely reverted the aberrant phenotype, resulting in flattened cells with perfectly aligned perinuclear actomyosin bundles, as well as decreased MAPK and PI3K/AKT signaling, cell proliferation rate and aggressiveness. Interestingly, MET ablated cells acquired a remarkably directed and polarized migratory phenotype, contrarily to cells with MET sustained activation showing meandering random walk. A pathway enrichment analysis comparing MET-activated and MET-KO cells RNAseq data, unveiled the contribution of multiple pathways associated with cytoskeleton remodeling, regulation of cell shape and response to mechanical stimuli. In line, the co-transcriptional activator YAP1, playing a major role in cell mechanosensing and focal adhesions/actin stabilization, appeared the culprit of the genetic reassembling of KO cells. Indeed, MET silencing was shown to induce YAP1 nuclear shuttling and increased co-transcriptional activity. Finally, we were able to induce in a normal epithelial model a phenotype closer to MET activated cancer cells only by introducing a constitutive fusion protein of MET. Taken together, our results demonstrate a new mechanism of MET-mediated actin remodeling responsible for a tumor-initiating capacity and meandering random migration, which requires YAP1 inactivation.