Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

Régulation de l’activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes (ER) par le récepteur à chimiokine CXCR4 et les récepteurs à activité tyrosine kinase ErbB2 et ErbB3

La régulation de la transcription des gènes par les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ joue un rôle important dans la croissance cellulaire et dans le développement du cancer du sein. Une augmentation de l’expression de CXCR4 et de son ligand SDF-1/CXCL12 corrèle avec un phénotype plus agressif du cancer du sein. Ici, nous démontrons un mécanisme de boucle de régulation positive entre la signalisation de CXCR4/SDF-1 et l’activité transcriptionnelle des ERs dans des cellules cancéreuses mammaires. L’activité transcriptionnelle de ER et l’expression de gènes cibles de ER, dont SDF-1 lui-même, sont augmentées dans la lignée cancéreuse mammaire MCF-7 en réponse à SDF-1. Ces effets sont bloqués par l’anti-estrogène fulvestrant et par la délétion de CXCR4. Par ailleurs, l’expression des gènes et la prolifération des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 en réponse à l’estrogène sont altérées par l’inhibition de CXCR4. La signalisation par les facteurs de croissance joue un rôle important dans le cancer du sein. La surexpression et la dérégulation de la signalisation par le récepteur à activité tyrosine kinase ErbB2 corrèlent avec un phénotype tumoral mammaire plus agressif et un moins bon pronostic. Cependant, comment la signalisation de ErbB2 et de CXCR4 sont fonctionnellement reliées dans la régulation de la réponse de ER dans les cellules cancéreuses mammaires n’est pas connue. Nous démontrons ici que CXCR4 régule négativement l’expression protéique de ErbB2 et de son partenaire d’interaction ErbB3 ainsi que la phosphorylation de ErbB2. CXCR4 altère l’activation de la voie PI3-K/Akt par le dimère ErbB2/ErbB3 en réponse à héréguline alors qu’en présence de SDF-1, les niveaux d’activation sont récupérés. Nous avons trouvé que héréguline-β promouvoit la phosphorylation de la sérine 339 de CXCR4, un site important pour l’internalisation et la signalisation du récepteur. De plus, le recrutement de ErbB2 à CXCR4 est favorisé par ErbB3 et héréguline-β. L’activité transcriptionnelle ainsi que l’expression des gènes cibles de ER en réponse à l’héréguline sont relevées avec l’expression de CXCR4 et partiellement récupérées avec l’addition de SDF-1. Ces résultats démontrent que le recrutement de CXCR4 à ErbB2 altère la signalisation médiée par ErbB2/ErbB3 ainsi que l’activité hormonale de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. Nous travaux ont permis d’identifier et de caractériser l’impact de la signalisation médiée par des récepteurs membranaires sur la réponse transcriptionnelle de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. La signalisation membranaire est un facteur pouvant contribuer à la résistance aux thérapies endocriniennes et donc cibler les récepteurs impliqués s’avèrerait utile pour améliorer les traitements existants et mettre au point de nouvelles approches.

Effet de la signalisation de ErbB2 et ErbB3 sur l'activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes et sur la prolifération cellulaire

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effet de la signalisation de ErbB2 et ErbB3 sur l'activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes et sur la prolifération cellulaire

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cited2 is required both for heart morphogenesis and establishment of the left-right axis in mouse development

Establishment of the left-right axis is a fundamental process of vertebrate embryogenesis. Failure to develop left-right asymmetry leads to incorrect positioning and morphogenesis of numerous internal organs, and is proposed to underlie the etiology of several common cardiac malformations. The transcriptional modulator Cited2 is essential for embryonic development: Cited2-null embryos die during gestation with profound developmental abnormalities, including cardiac malformations, exencephaly and adrenal agenesis. Cited2 is also required for normal establishment of the left-right axis; we demonstrate that abnormal heart looping and right atrial and pulmonary isomerism are consistent features of the left-right-patterning defect. We show by gene expression analysis that Cited2 acts upstream of Nodal, Lefty2 and Pitx2 in the lateral mesoderm, and of Lefty1 in the presumptive floor plate. Although abnormal left-right patterning has a major impact on the cardiac phenotype in Cited2-null embryos, laterality defects are only observed in a proportion of these embryos. We have therefore used a combination of high-resolution imaging and three-dimensional (3D) modeling to systematically document the full spectrum of Cited2-associated cardiac defects. Previous studies have focused on the role of Cited2 in cardiac neural crest cell development, as Cited2 can bind the transcription factor Tfap2, and thus affect the expression of Erbb3 in neural crest cells. However, we have identified Cited2-associated cardiac defects that cannot be explained by laterality or neural crest abnormalities. In particular, muscular ventricular septal defects and reduced cell density in the atrioventricular (AV) endocardial cushions are evident in Cited2-null embryos. As we found that Cited2 expression tightly correlated with these sites, we believe that Cited2 plays a direct role in development of the AV canal and cardiac septa. We therefore propose that, in addition to the previously described reduction of cardiac neural crest cells, two other distinct mechanisms contribute to the spectrum of complex cardiac defects in Cited2-null mice; disruption of normal left-right patterning and direct loss of Cited2 expression in cardiac tissues.

Role of ErbB2 and ErbB4 in Cancer Growth, Prognosis and as Targets for Immunotherapy

ErbB receptors (EGFR, ErbB2, ErbB3 and ErbB4) are growth factor receptors that regulate signals of cell differentiation, proliferation, migration and survival. Inappropriate activation of these receptors is associated with the development and severity of many cancers and has prognostic and predictive value in cancer therapy. Drugs, such as therapeutic antibodies, targeted against EGFR and ErbB2, are currently used in therapy of breast, colorectal and head and neck cancers. The role of ErbB4 in tumorigenesis has remained relatively poorly understood. Alternative splicing produces four different isoforms of one ErbB4 gene. These isoforms (JM-a, JM-b, CYT-1 and CYT-2) are functionally dissimilar and proposed to have different roles in carcinogenesis. The juxtamembrane form JM-a undergoes regulated intramembrane proteolysis producing a soluble receptor ectodomain and an intracellular domain that translocates into the nucleus and regulates transcription. Nuclear signaling via JM-a isoform stimulates cancer cell proliferation. This study aimed to develop antibodies targeting the proposed oncogenic ErbB4 JM-a isoform that show potential in inhibiting ErbB4 dependent tumorigenesis. Also, the clinical relevance of ErbB4 shedding in cancer was studied. The currently used monoclonal antibody trastuzumab, targeting ErbB2, has shown efficacy in breast cancer therapy. In this study novel tissues with ErbB2 amplification and trastuzumab sensitivity were analyzed. The results of this study indicated that a subpopulation of breast cancer patients demonstrate increased shedding and cleavage of ErbB4. A JM-a isoform-specific antibody that inhibited ErbB4 shedding and consequent activation of ErbB4 had anti-tumor activity both in vitro and in vivo. Thus, ErbB4 shedding associates with tumor growth and specific targeting of the cleavable JM-a isoform could be considered as a strategy for developing novel ErbB-based cancer drugs. In addition, it was demonstrated that ErbB2 amplification is common in intestinal type gastric cancers with poor clinical outcome. Trastuzumab inhibited growth of gastric and breast cancer cells with equal efficacy. Thus, ErbB2 may be a useful target in gastric cancer.

Regulation of cell growth, death, and polarization by ERBB4

Regulation of cell growth, death, and polarization by ERBB4 ErbB4 is a member of the epidermal growth factor receptor (EGFR, ErbB) family. The other members are EGFR, ErbB2 and ErbB3. ErbB receptors are important regulators for example in cardiovascular, neural and breast development but control key cellular functions also in many adult tissues. Abnormal ErbB signaling has been shown to be involved in various illnesses such as cancers and heart diseases. Among the ErbBs, ErbB4 has been shown to have unique signaling characteristics. ErbB4 exists in four alternatively spliced isoforms that are expressed in a tissue-specific manner. Two of the isoforms can be cleaved by membrane proteases, resulting in release of soluble intracellular domains (ICD). Once released into the cytosol, the ICD is capable of translocating into the nucleus and participating in regulation of transcription. The functional differences and the tissue-specific expression patterns suggest isoformspecific roles for ErbB4 isoforms. However, the abilities of ErbB4 isoforms to differently regulate cellular functions were discovered only recently and are not well understood. This study aimed to determine the expression patterns of ErbB4 in normal and diseased tissue, and to define whether the cleavable and non-cleavable isoforms could regulate different target genes and therefore, cellular functions. In this study, a comprehensive ErbB4 expression pattern in several normal tissues, various cancers and non-neoplastic diseases was determined. In addition, the data demonstrated that the cleavable and non-cleavable ErbB4 isoforms could regulate different cellular functions and target genes. Finally, this study defined the cellular responses regulated by ErbB4 during kidney development.

ERBB4 mutations in cancer and amyotrophic lateral sclerosis

ErbB receptor tyrosine kinases, epidermal growth factor receptor (EGFR, also known as ErbB1), ErbB2 (HER2 or NEU), ErbB3 (HER3), and ErbB4 (HER4), transduce signals borne by extracellular ligands into central cellular responses such as proliferation, survival, differentiation, and apoptosis. Mutations in ERBB genes are frequently detected in human malignant diseases of epithelial and neural origin, making ErbB receptors important drug targets. Targeting EGFR and ErbB2 has been successful in eg. lung and breast cancer, respectively, and mutations in these genes can be used to select patients that are responsive to the targeted treatment. Although somatic ERBB4 mutations have been found in many high-incidence cancers such as melanoma, lung cancer, and colorectal cancer and germ-line ERBB4 mutations have been linked to neuronal disorders and cancer, ErbB4 has generally been neglected as a potential drug target. Thus, the consequences of ERBB4 mutations on ErbB4 biology are largely unknown. This thesis aimed to elucidate the functional consequences and assess the clinical significance of somatic and germ-line ERBB4 mutations in the context of cancer and amyotrophic lateral sclerosis. The results of this study indicated that cancer-associated ERBB4 mutations can promote aberrant ErbB4 function by activating the receptor or inducing qualitative changes in ErbB4 signaling. ERBB4 mutations increased survival or decreased differentiation in vitro, suggesting that ERBB4 mutations can be oncogenic. Importantly, the potentially oncogenic mutations were located in various subdomains in ErbB4, possibly providing explanation for the characteristic scattered pattern of mutations in ERBB4. This study also demonstrated that hereditary variation in ERBB4 gene can have a significant effect on the prognosis of breast cancer. In addition, it was shown that hereditary or de novo germ-line ERBB4 mutations that predispose to amyotrophic lateral sclerosis inhibit ErbB4 activity. Together, these results suggest that ErbB4 should be considered as a novel drug target in cancer and amyotrophic lateral sclerosis.

Estudi d'un receptor quinasa atípic (Mark) i de les proteïnes que interaccionen amb el seu domini intracel·lular. Transducció del senyal i desenvolupament en blat de moro (Zea mays)

Aquesta tesi doctoral s'engloba dins d'un projecte general d'estudi de gens implicats en l'embriogènesi del blat de moro. L'embriogènesi del blat de moro, i en general la de totes les plantes superiors, es dóna en tres etapes: una primera etapa on es diferencien tots els diversos teixits que formaran l'embrió, una segona etapa on l'embrió acumula productes de reserva i un tercer període, la dormància, que finalitza quan les condicions ambientals són les idònies per a la germinació. En el laboratori estàvem interessats, concretament, en l'estudi de gens implicats en la primera etapa morfogenètica, on els diferents teixits i estructures embrionàries queden definides. Per tal d'estudiar gens que s'expressaven en aquest període, una de les estratègies que es va realitzar fou un crivellat diferencial entre teixit embrionari i teixit de planta adulta. D'entre els diferents clons obtinguts, un corresponia a un clon parcial que presentava similitud amb receptors quinasa i que fou objecte d'estudi. A partir d'aquest clon es va obtenir el clon complet i es va anomenar MARK (per Maize Atypical Receptor Kinase). MARK presenta una estructura típica d'un receptor quinasa amb un domini extracel.lular, que conté 6 còpies imperfectes de LRR (Leucine- Rich Repeats), un únic domini transmembrana i un domini quinasa intracel.lular. El domini quinasa de MARK presenta, però, algunes variacions en els residus aminoacídics que es consideren claus per a la funció catalítica dels dominis quinasa. En concret cinc dels aminoàcids considerats essencials per a la fosforilació es troben substituits en el domini quinasa de MARK (DK-MARK). Els experiments de fosforilació in vitro que es van realitzar al laboratori, van mostrar com MARK era incapaç de fosforilar in vitro. Aquesta característica no és, però, exclusiva de MARK. Una búsqueda en les bases de dades ens van permetre identificar altres seqüències que també presentaven els mateixos o altres canvis en aquestes posicions aminoacídiques. En les bases de dades de plantes es van identificar un conjunt de seqüències genòmiques o ESTs amb aquestes característiques i només una d'elles, la proteïna TMKL1 d'Arabidopsis, ha sigut descrita com un receptor quinasa incapaç de fosforilar in vitro. Respecte a la búsqueda de receptors similars a MARK en les bases de dades d'animals, es van identificar també un conjunt de proteïnes que, en alguns casos, s'ha descrit que no tenen activitat quinasa in vivo. Per exemple, un dels casos més ben estudiats és el del receptor erbB3 que forma part de la família de receptors del EGF (Epidermal Growth Factor). Aquesta família de receptors està formada per 4 receptors: erbB1, erbB2, erbB3 i erbB4, dels quals només l'erbB3 no presenta activitat catalítica. S'ha descrit que erbB3 és capaç, tot i no fosforilar in vivo, de participar activament en la transducció del senyal formant heterodímers amb els altres membres de la família. Així, erbB3 és fosforilat pel seu partner i pot iniciar la cascada de transducció del senyal. La participació d'erbB3 en la transducció del senyal és essencial ja que embrions de ratolí knock-out pel gen erbB3 són inviables. Així doncs, el fet que receptors quinasa catalíticament inactius participin en les cascades de transducció del senyal, suggereix l'existència de nous mecanismes d'acció per a la transducció del senyal. Per tant, l'objectiu d'aquest treball fou l'estudi del mecanisme d'acció de MARK mitjançant la caracterització les proteïnes capaces d'interaccionar amb el seu domini quinasa. Per tal d'assolir aquest objectiu, es va realitzar un crivellat de doble-híbrid amb una llibreria de cDNA d'embrions de blat de moro de 7 DAP. D'aquest crivellat es va obtenir un conjunt de possibles clons positius que foren seqüenciats i entre els quals es van escollir per un estudi més detallat aquells que s'havien obtingut més vegades com a clons independents. Aquests clons codificaven per: una SAMDC (S-Adenosil Descarboxilasa), una eIF5 (Eukaryotic translation initiation), una hypothetical protein, una unknown protein, una gamma-adaptina i una MAP4K. Amb aquests 6 clons es van fer estudis in vitro i in vivo per tal de confirmar al seva interacció amb DK-MARK. Els estudis in vivo es van realitzar amb la soca de llevat AH109, una soca més astringent que la utilitzada en el crivellat, ja que presenta tres gens marcadors: Histidina, Adenina i Lacz. Els resultats obtinguts van mostrar que els clons codificants per SAMDC i eIF5 no van créixer en un medi selectiu per His i Ade i, per tant o es tracta de falsos positius del sistema o la seva interacció amb DK-MARK és dèbil. D'altra banda, la resta dels clons analitzats (proteïna hipotètica, una proteïna de funció desconeguda, la gamma-adaptina i una MAP4K) van créixer en medis en absència de Histidina i Adenina. Els assatjos de b-galactosidasa van ser tots positius a excepció de la proteïna hipotètica suggerint que potser aquesta interacció sigui més feble. D'altra banda també es van realitzar estudis in vitro amb la tècnica del pull-down. Els resultats obtinguts amb aquesta tècnica van recolzar els obtinguts en cèl.lules de llevat, ja que tots els clons analitzats a excepció dels codificants per SAMDC i eIF5 van donar un resultat d'interacció amb KD-MARK in vitro positiu. Davant aquests resultats ens vam centrar en l'estudi de la proteïna similar a MAP4K, doncs algunes proteïnes de la seva família s'han relacionat amb receptors de membrana. Els clons que es va obtenir del crivellat codificaven per una proteïna similar amb el domini C-terminal a les proteïnes BnMAP4Ka1 i a2 de Brassica napus. Aquestes proteïnes presenten una forta similitud de seqüència amb proteïnes de la família GCK/SPS1 que formen part d'un grup particular de MAPK relacionades amb la proteïna Ste20 (sterile 20 protein) de llevat. Ste20p activa la MAP3K de llevat Ste11 directament per fosforilació, transduint d'aquesta manera el senyal del receptor de feromones de creuament de les cèl.lules de llevat i es pot, doncs, considerar com una proteïna del tipus MAP4K (mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase). En els darrers anys, s'han identificat un gran nombre de proteïnes similars a Ste20: fins a una trentena en mamífers, en Drosophila, en Caenorhabditis elegans i en altres organismes. Segons la seva estructura aminoacídica, la família Ste20 s'ha classificat en dues subfamílies: les proteïnes STE20/PAK (p21-activated kinases) i la subfamília GCK/SPS1 (germinal center kinases). Les dues subfamílies estan formades per proteïnes que contenen un domini quinasa i un domini regulador, però, mentre que les proteïnes PAK presenten el domini quinasa en la part C-terminal, les GCKs el presenten en la regió N terminal. Les proteïnes GCK presenten una elevada diversitat estructural en el domini regulador permetent la seva classificació en 6 subfamílies. Mitjançant la tècnica del RACE es va obtenir el clon de cDNA complet que es va anomenar MIK (MARK Interacting Kinase). Amb la tècnica del Southern blot es va poder determinar que el gen MIK és un gen de còpia única en el genoma de blat de moro. Per tal d'analitzar la possible interacció entre DK-MARK i MIK, es va estudiar tant el patró d'expressió d'ambdós gens com el seu patró d'acumulació d'ambdues proteïnes durant l'embriogènesi del blat de moro. El patró d'expressió, analitzat per Northen blot va mostrar uns patrons coincidents al llarg de l'embriogènesi des del seu inici fins als 20 DAP amb una acumulació màxima de mRNA en embrions de 15 DAP. D'altra banda per tal d'estudiar el patró d'acumulació de la proteïna MIK així com per comparar-lo amb el de MARK, es van realitzar estudis de Westerns blot. Els resultats també van mostrar una coincidència en el temps de l'acumulació de les proteïnes MARK i MIK durant l'embriogènesi de blat de moro amb una major acumulació en embrions de 15 i 20 DAP. Es van dur a terme també estudis d'immunolocalitzacions sobre embrions de blat de moro de 15 DAP per tal d'estudiar en quins teixits s'acumulaven ambdues proteïnes. Les immunolocalitzacions van mostrar una major acumulació tant de MARK com de MIK en les zones meristemàtiques i en el teixit vascular sobretot del coleòptil on s'aprecia una forta co-localització de MARK i MIK. Totes aquestes dades són compatibles, doncs, amb una possible interacció de les proteïnes MARK i MIK, tot i que no la demostren. Per tal de demostrar la interacció es van realitzar experiments d'immunoprecipitació in vivo a partir d'extractes d'embrions. Malauradament, els resultats no són clars i en aquests moments en el laboratori s'estan posant a punt aquests experiments. També es van realitzar estudis comparatius de seqüència amb diferents proteïnes de la família GCK, mostrant una major similitud amb les proteïnes de la subfamília GCK-III. La subfamília GCK-III ha estat molt poc estudiada i en formen part un conjunt de proteïnes amb funcions molt diverses des de l'apoptosi, la citoquinesi o l'anòxia cel.lular. Per tant, la similitud de seqüència possiblement fa referència a una conservació en el mecanisme d'acció més que no pas a una conservació funcional. La possible interacció de MARK amb el domini C-terminal de MIK (el domini regulador) podria activar aquesta última iniciant una cascada de transducció del senyal en un model en el que una proteïna del tipus GCK-III faria de lligam directa entre un receptor de membrana i una cascada de senyalització intracel.lular. Aquest tipus de lligam entre un recepctor de membrana i mòduls intracel.lulars de senyalització s'ha descrit per a altres proteïnes GCK, si bé no directament sinó a través de proteïnes adaptadores. D'altra banda, la interacció directa de MARK, un receptor quinasa atípic que no té activitat catalítica, amb MIK suggereix un mecanisme on receptors atípics podrien interaccionar en la transducció del senyal activant la via de les MAPK.

Pertuzumab plus Trastuzumab plus Docetaxel for Metastatic Breast Cancer

BACKGROUND The anti-human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) humanized monoclonal antibody trastuzumab improves the outcome in patients with HER2-positive metastatic breast cancer. However, most cases of advanced disease eventually progress. Pertuzumab, an anti-HER2 humanized monoclonal antibody that inhibits receptor dimerization, has a mechanism of action that is complementary to that of trastuzumab, and combination therapy with the two antibodies has shown promising activity and an acceptable safety profile in phase 2 studies involving patients with HER2-positive breast cancer. METHODS We randomly assigned 808 patients with HER2-positive metastatic breast cancer to receive placebo plus trastuzumab plus docetaxel (control group) or pertuzumab plus trastuzumab plus docetaxel (pertuzumab group) as first-line treatment until the time of disease progression or the development of toxic effects that could not be effectively managed. The primary end point was independently assessed progression-free survival. Secondary end points included overall survival, progression-free survival as assessed by the investigator, the objective response rate, and safety. RESULTS The median progression-free survival was 12.4 months in the control group, as compared with 18.5 months in the pertuzumab group (hazard ratio for progression or death, 0.62; 95% confidence interval, 0.51 to 0.75; P<0.001). The interim analysis of overall survival showed a strong trend in favor of pertuzumab plus trastuzumab plus docetaxel. The safety profile was generally similar in the two groups, with no increase in left ventricular systolic dysfunction; the rates of febrile neutropenia and diarrhea of grade 3 or above were higher in the pertuzumab group than in the control group. CONCLUSIONS The combination of pertuzumab plus trastuzumab plus docetaxel, as compared with placebo plus trastuzumab plus docetaxel, when used as first-line treatment for HER2-positive metastatic breast cancer, significantly prolonged progression-free survival, with no increase in cardiac toxic effects. (Funded by F. Hoffmann-La Roche/Genentech; ClinicalTrials.gov number, NCT00567190.)

Proteomic characterization of the FUS/TLS interactome

FUS/TLS (fused in sarcoma/translocated in liposarcoma) is a ubiquitously expressed RNA-binding protein, that has been discovered as fused to transcription factors in several human sarcomas and found in protein aggregates in neurons of patients with an inherited form of Amyotrophic Lateral Sclerosis [1]. To date, FUS has been implicated in a variety of cellular processes such as gene expression control, transcriptional regulation, pre-mRNA splicing and miRNA processing [2]. In addition, some evidences link FUS to genome stability control and DNA damage response. In fact, mice lacking FUS are hypersensitive to ionizing radiation and show high levels of chromosome instability and in response to double-strand breaks, FUS gets phosphorylated by the protein kinase ATM [3, 4, 5]. Moreover, upon DNA damage stress, FUS mediates Ebp1 (ErbB3 receptor-binding protein) SUMOylation, a post-translational modification that is required for its onco-suppressive activity, by acting as SUMO E3 ligase [6]. The study aims to investigate the role of FUS in DNA damage response and SUMOylation, two cellular pathways tightly interconnected to each other. Moreover, we will exploit biochemical and mass spectrometry-based approaches in order to identify other potential substrates of the E3 SUMO ligase activity of FUS. Preliminary results of mass spectrometric identification of FUS interacting proteins, in HEK293 and SHSY5Y cells, highlighted the interaction of FUS with several proteins involved in DNA damage response and many of those have been described already as target of SUMOylation, such as XRCC5, DDX5, PARP1, Nucleophosmin, and others. These evidences strengthen the hypothesis that FUS might represent a link between these pathways, even thou its exact role still needs to be clearly addressed. [1] Vance C. et al. (2009) Science 323(5918): p. 1208-11 [2] Fiesel FC., Kahle PJ. (2011) FEBS J. 278(19): p. 3550-68 [3] Kuroda M. et al. (2000) Embo J. 19(3): p. 453-62 [4] Hicks GG. et al. (2000) Nat Genet. 24(2):p. 175-9 [5] Gardiner M. et al. (2008) Biochem J. 415(2): p. 297-307 [6] Oh SM. et al. (2010) Oncogene 29(7): p. 1017-30

The role of erbB2 receptor in human breast cancer metastasis

Overexpression of c-erbB-2 gene-encoded p185 has been correlated with lymph node metastasis and poor prognosis in breast cancer patients. To investigate whether overexpression of c-erbB-2 can enhance metastatic potential of human breast cancer cells, we compared the metastatic phenotypes of the parental MDA-MB-435 cells and the c-erbB-2 gene transfected 435.eB cells. In vivo experimental metastasis assays demonstrated that mice injected erbB2-overexpressing 435.eB transfectants formed significantly more metastatic tumors than the mice injected with parental and control cells. The changes in metastatic potential in vivo were accompanied by increased invasiveness in vitro . The transfectants and the parental cells all had similar growth rates and transformation potential. These findings suggest that c- erbB-2 gene can enhance the intrinsic metastatic potentials of MDA-MB-435 cells without increasing their transformation abilities. ^ Homophilic adhesion may affect invasive and metastatic potential of tumor cells. We found that Heregulin-β1 (HRG-β1), a growth factor that activates receptor kinases erbB3 and erbB4, can enhance aggregation of MCF-7 and SKBR3 human breast cancer cells. While investigating the downstream signals involved in HRG-β1-increased cell aggregation, we observed that HRG-β1 increased the kinase activities of extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) and PI3K in these cells. By using different kinase inhibitors, we found that the HRG-β1-activated MEK1-ERK pathway has no demonstrable role in the induction of cell aggregation, whereas HRG-β1-activated PI3K is required for enhancing breast cancer cell aggregation. These results have provided one mechanism by which HRG-β1-activated signaling of erbB receptors may affect invasive/metastatic properties of breast cancer cells. ^ To identify the structural motifs within the erbB2 receptor that are required for erbB2 increased metastatic potential in breast cancer cells, we injected different forms of mutated erbB2 expressing MDA-MB-435 cell line transfectants with or without the EGF-like domain of heregulin-β1 protein (HRG/egf) into ICR-SCID mice to test the metastatic survival rate. The results show that an intact kinase domain of erbB2 receptor is required for erbB2 enhanced metastatic potential in these cells. The C-terminal tyrosine 1248 residue of erbB2 may also play a role in enhancing metastatic potential. Moreover, the results suggest that HRG/egf promote the metastatic potential of human breast cancer cells in vivo. ^

Heregulin -beta 1 directly associates with RhoA via the immunoglobulin -like domain thereby modulating breast cancer metastasis-related properties

Heregulins constitute a family of growth factors belonging to the epidermal growth factor (EGF) family. Breast cancers that overexpress specific members of the EGF receptor family (EGFR, ErbB2, ErbB3, ErbB4) have increased metastatic potential, and Heregulin-β1 (HRGβ1), a ligand for ErbB3 and ErbB4, has also been shown to induce metastasis-related properties in breast cancer cells in vitro. The secreted form of the HRGβ1 is composed of five distinct structural domains, including the N-terminal domain, an immunoglobulin-like domain (IgG-like), a glycosylation domain, an EGF-like domain, and a β1-specific domain. Of these, the EGF-like domain is well characterized for its function in metastasis-related properties as well as its structure. However, the contributions of the other HRGβ1 domains in breast cancer metastasis remains unclear. ^ To investigate this, HRGβ1 proteins with targeted domain deletions were purified and subjected to assays for metastasis-related properties, including aggregation, invasion, activation of EGFR family members, and motility of breast cancer cells. These assays showed that retaining the EGF-like domain of HRGβ1 is important for activation of EGFRs. Interestingly, the HRGβ1 protein lacking the IgG-like domain (NGEB) led to a decrease in breast cancer cell motility, indicating the IgG-like domain modulates cell motility, an important step in cancer metastasis. ^ To understand the underlying mechanisms, I performed protein sequence and structural analysis of HRGβ1 and identified that the IgG-like domain of HRGβ1 shares sequence homology and three-dimensional structural similarity with the IgG-like domain of TRIO. TRIO is a cytoplasmic protein that directly associates with RhoA, a GTPase involved in cell reorganization and cell motility. Therefore, I hypothesized that HRGβ1 may translocate inside the breast cancer cells through receptor mediated endocytosis and bind to RhoA via its IgG-like domain. I show wild type HRGβ1 but not NGEB binds RhoA in vitro and in vivo, leading to RhoA activation. Inhibition of HRG-β1 internalization via endocytosis disrupted HRGβ1 binding to RhoA. Additionally, breast cancer cell motility induced by HRG-β1 is reduced after treatment with inhibitors to both endocytosis and RhoA function, similar to levels seen with NGEB treatment. ^ Thus, in addition to the well-known role of HRGβ1 as an extracellular stimulator of the EGFR family members, HRGβ1 also functions within the cell as a binding partner and activator of RhoA to modulate cancer cell motility. ^

Neuregulin-3 (NRG3): A novel neural tissue-enriched protein that binds and activates ErbB4

We describe the identification of Neuregulin-3 (NRG3), a novel protein that is structurally related to the neuregulins (NRG1). The NRG1/neuregulins are a diverse family of proteins that arise by alternative splicing from a single gene. These proteins play an important role in controlling the growth and differentiation of glial, epithelial, and muscle cells. The biological effects of NRG1 are mediated by receptor tyrosine kinases ErbB2, ErbB3, and ErbB4. However, genetic studies have suggested that the activity of ErbB4 may also be regulated in the central nervous system by a ligand distinct from NRG1. NRG3 is predicted to contain an extracellular domain with an epidermal growth factor (EGF) motif, a transmembrane domain, and a large cytoplasmic domain. We show that the EGF-like domain of NRG3 binds to the extracellular domain of ErbB4 in vitro. Moreover, NRG3 binds to ErbB4 expressed on cells and stimulates tyrosine phosphorylation of this receptor. The expression of NRG3 is highly restricted to the developing and adult nervous system. These data suggest that NRG3 is a novel, neural-enriched ligand for ErbB4.