Analýza transkripce a posttranslační modifikace signálních proteinů STAT 1 a STAT 3 v nádorové buňce

Mgr. Lenka Humpolíková Adámková, Ph.D.

Doctoral thesis

Analysis of transcription and posttranslational modifications of signal proteins STAT1 and STAT3 in tumor cell

Abstract:

Buněčná homeostáza je kontrolována a regulována mnoha signálními proteiny, které operují téměř ve všech buněčných kompartmentech. Jejich společným úkolem je předávat regulační signály jak z extracelulárních, tak intracelulárních prostorů spouštěním kaskády vnitrobuněčných procesů, které vedou k modulaci „downstream“ genové aktivity. Signální dráha JAK/STAT je jednou z klíčových signálních kaskád, které zprostředkovávají přenos signálů indukovaných cytokiny a růstovými faktory z buněčného povrchu do jádra. Odpovědí na externí stimulaci je modulace ligand-dependentních genetických programů, které hrají důležitou roli v základních fyziologických procesech, jako jsou například diferenciace, proliferace, apoptóza a angiogeneze. Intenzivní pozornost je věnována také negativním regulátorům signální dráhy JAK/STAT. Asi největší a nejdůležitější skupinou inhibitorů jsou supresory cytokinové signalizace (SOCS). Dalšími negativními regulátory jsou fosfatázy (PTP) a proteinové inhibitory aktivovaných STATů (PIAS). Výsledky analýz signální dráhy JAK/STAT provedených u širokého spektra primárních nádorů a stabilizovaných buněčných linií odvozených z nádorů naznačují, že tato dráha může být u maligních buněk porušena překvapivě často a na mnoha úrovních. Dále bylo zjištěno, že abnormální signalizace zprostředkovaná JAK/STAT dráhou může snížit vnímavost nádorové buňky na imunoterapeutickou léčbu. Proto je dnes věnována značná pozornost jednak objasnění vzájemných vztahů mezi jednotlivými členy této dráhy, včetně reakce na externí stimulaci, tak i zapojení JAK/STAT dráhy do širšího spektra buněčné signalizace. Lze předpokládat, že bližší poznání poruch v signalizačních dráhách umožní vybrat u onkologických pacientů vhodnou a cílenou imunoterapeuticky zaměřenou léčbu. V předkládané práci byla studována exprese a post translační modifikace signálních proteinů STAT1 a STAT3 a jejich negativních regulátorů SOCS v normálních buňkách a buňkách maligního melanomu s využitím metod western blot a northern blot. Zjistili jsme, že léčba interferonem alfa může negativně ovlivnit progresi onemocnění u pacientů s maligním melanomem, a to prostřednictvím hyperaktivace proteinu STAT3. Chybějící či nedostatečná fosforylace STAT1 na tyrozinu 701 má souvislost s lepším průběhem onemocnění u pacientů s maligním melanomem. Vývoj rezistence k interferonu gama je v melanomových buňkách asociován s utlumením indukce genů SOCS a konstitutivní expresí SOCS 3. Interferon gama na rozdíl od interferonu alfa indukuje expresi SOCS 3 v buněčných liniích lidských melanomů.

Abstract:

Homeostasis of cell is controlled and regulated by a number of signal proteins that operate in almost all celullar compartments. Their collective task is to transmit regulation signals from both extracelullar and intracelullar compartments by means of activation of an intracelullar cascade of processes, which lead to modulation of the downstream gene activity. The signal pathway JAK/STAT is one of the key signal cascades which mediate transmission of signals induced by cytokines and growth factors from cellular surface into nucleus. The response to external stimuli lies in modulation of ligand-dependent genetic programmes, which play an important role in basic physiological processes such as cell differentiation, proliferation, apoptosis and angiogenesis. There is also an intensive focus on negative regulators of the JAK/STAT signal pathway. The suppressors of cytokine signalling (SOCS) are possibly the largest and most important group of inhibitors. Protein tyrosine phosphatases (PTP) and protein inhibitors of activated STATs (PIAS) represent other negative regulators. The results of analyses of the JAK/STAT signal pathway, performed on a broad spectre of primary tumors and stable cell lines derived from tumors suggest that this pathway may be disrupted surprisingly often and on many levels in malignant cells. Furthermore, it was found out that abnormal signalization mediated by JAK/STAT pathway may decrease susceptibility of tumor cell to immunotherapeutic treatment. Therefore, significant attention has been paid to efforts elucidating both relationships among respective members of this pathway, including reaction to external stimuli, and involvement of the JAK/STAT pathway in broader scheme of cellular signalling. We can assume that deeper understanding of disorders in signalling pathways will make it possible to select suitable and targetted immunotherapeutic treatment of oncologic patients. This thesis presents study of expression and posttranslational modifications of signal proteins STAT1 and STAT3, and their negative regulators SOCS, both in normal cells and in malignant melanoma cells, utilizing the Western blot and Northern blot methodics. We have found out that treatment with IFN-α may negatively influence the disease progression in malign melanoma patients through hyperactivation of the STAT3 protein. Missing or insufficient phosphorylation of STAT1 on tyrosine residue 701 is related to better disease progression in malign melanoma patients. The development of resistence to IFN-γ in melanoma cells is associated to inhibited induction of the SOCS genes and with constitutive expression of SOCS3. Unlike IFN-α, IFN-γ induces expression of SOCS3 in human melanoma cell lines.

Keywords

Signální protein STAT1, STAT3, negativní regulátor SOCS, interferon alfa, interferon gama, maligní melanom Signal protein STAT1, negative regulator SOCS, interferon alpha, interferon gamma, malignant melanoma

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 9. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 27. 10. 2011
• Supervisor: prof. RNDr. PhMr. Jan Kovařík, DrSc.
• Reader: prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc., prof. MUDr. Aleš Rejthar, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology