Vliv proteinkináz ERK na genovou expresi a morfologii epiteliálních buněk

Bc. Michaela GLIEROVÁ

Master's thesis

Influence protein kinase ERK on gene expression and morphology of epithelial cells

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá signální dráhou MAPK/ERK, která je v rámci eukaryotické říše vysoce evolučně konzervovaná. Celá dráha je aktivována na základě extracelulárního signálu, který postupnou fosforylací jednotlivých proteinkináz a následně substrátů přetváří na jedinečnou buněčnou odpověď jako je proliferace, diferenciace, migrace a apoptóza. ERK signální dráha je tak zcela zásadní pro celou řadu fyziologických procesů jako je embryonální vývoj, imunita, metabolismus a přežití. Narušení této dráhy pak vede k patologickým projevům včetně vzniku a rozvoje rakoviny a vytváření metastáz. Signalizačním centrem celé dráhy je trojice proteinkináz RAF/MEK/ERK, přičemž RAF a MEK působí v cytoplazmě na jediný substrát, zatímco ERK fosforyluje více než 500 v současnosti popsaných substrátů ve všech buněčných kompartmentech. Specifická regulace celé dráhy je zprostředkována mimo jiné přítomností proteinových izoforem na každé úrovni kaskády. Efektorová proteinkináza ERK má dvě známé izoformy ERK1 a ERK2 jejichž funkční význam není doposud zcela zřejmý. Cílem této diplomové práce bylo určit, jakou roli hrají izoformy ERK1 a ERK2 v udržení epiteliálních vlastností buněk MDCK. Konkrétně jsme se zaměřili na vliv inaktivace genu MAPK3/ERK1 na morfologické vlastnosti buněk MDCK. Zjistili jsme, že buňky s inaktivovanou izoformou ERK1 jsou schopné formovat kolonie, které svými epiteliálními vlastnostmi výrazně připomínají buňky kontrolní. Což nás vedlo ke zjištění, že ztráta izoformy ERK1 nemá pro MDCK buňky stejný funkční význam jako ztráta izoformy ERK2, jejíž ztráta v buňkách vede k narušení schopnosti formovat kolonie pravidelného a kompaktního tvaru a ke změně mezibuněčných spojů, které jsou pro udržení epiteliálních charakteristik klíčové.

Abstract:

The MAPK/ERK signaling pathway is evolutionarily highly conserved in all eukaryotes. The entire pathway is activated by an extracellular signal that is translated into specific cellular responses such as proliferation, differentiation, migration and apoptosis through the sequential phosphorylation of individual protein kinases and subsequently their substrates. The ERK signaling pathway is therefore crucial for a variety of physiological processes such as embryonic development, immunity, metabolism, and survival. Disruption or deregulation of this pathway leads to pathological processes such as the development and progression of cancer and the formation of metastases. At the core of the signaling pathway is the RAF/MEK/ERK cascade, with RAF and MEK acting on a single substrate in the cytoplasm, while ERK phosphorylates more than 500 substrates in all cellular compartments. The specific regulation of the entire signaling pathway is mediated in part by the presence of protein isoforms at each level of the cascade. The effector protein kinase ERK has two known isoforms, ERK1 and ERK2, whose functional significance is not yet fully understood. The aim of this work was to determine the role of ERK1 and ERK2 isoforms in the maintenance of epithelial properties of MDCK cells. In particular, we investigated the effects of MAPK3/ERK1 gene inactivation on the morphological phenotype of MDCK cells. We found that cells with inactivated ERK1 isoform are able to form colonies that strongly resemble control cells in their epithelial characteristics. This led us to conclude that the loss of the ERK1 isoform does not have the same functional significance for MDCK cells as the loss of the ERK2 isoform, whose loss in cells results in an impaired ability to form colonies with a regular and compact shape and altered intercellular junctions that are critical for maintaining epithelial properties.

Keywords

signální dráhy, proteinkinázy, ERK1, ERK2, epitel

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Tomáš Vomastek, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Experimentální a buněčná biologie