Fyziologická a patofyziologická úloha proteinu Trop2

Mgr. Sára Lenárt, Ph.D.

Doctoral thesis

Physiological and pathophysiological role of Trop2 protein

Abstract:

Protein Trop2 byl objeven již před více než 40 lety kvůli jeho vysoké expresi na povrchu trofoblastu. Později se zjistilo, že je nadměrně exprimován u většiny druhů karcinomů a byl tudíž studován hlavně v kontextu nádorové biologie. Kromě nádorů je však exprimován i u zdravých tkání. Jeho funkce ve zdravých tkáních ale není přesně známá. Tato disertační práce se věnuje jak fyziologické, tak i patofyziologické úloze proteinu Trop2. Pomocí laboratorních experimentů prováděných na buňkách linie MDA-MB-231 odvozené od karcinomu prsu jsme zjistili, že protein Trop2 zlepšuje přežívání buněk v podmínkách nízkého séra a hypoxie a zároveň inhibuje proliferaci u buněk kultivovaných v médiu s 10 % FBS v normoxii. Tyto výsledky ukazují, že jeho efekt na růst a přežívání buněk ja závislý na nádorovém mikroprostředí. Připravili jsme také buněčné klony exprimující mutantní formy proteinu Trop2. Jedna varianta mutovaného proteinu Trop2 nemůže podléhat regulované intramembránové proteolýze (RIP) a ta druhá nemůže být fosforylována na pozici 303. Zajímalo nás, jakým způsobem tyto procesy ovlivňují signalizaci zprostředkovanou proteinem Trop2. Ukázalo se, že pro aktivaci kinázy Akt je nezbytná RIP a pro aktivaci β-kateninové signalizace je zapotřebí jak RIP, tak i fosforylace serinu na pozici 303, což potvrzuje význam obou míst pro funkční vlastnosti proteinu Trop2. V druhé části této práce jsme se zaměřili na analýzu dostupných transkriptomických dat ze zdravých plic za účelem objasnění funkce genu TACSTD2, který kóduje protein Trop2. Zjistili jsme, že infekce myší jak virovými (koronavirus SARS, influenza A virus, Sendai virus), tak i nevirovými (Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae a Aspergillus fumigatus) respiračními patogeny má za následek významný nárůst exprese genu Tacstd2, přičemž tento nárůst představuje časnou reakci na infekci. Ukázalo se také, že míra zvýšení exprese genu Tacstd2 závisí na infekční dávce. Nárůst exprese genu Tacstd2 je způsoben zvýšením jeho exprese přímo v plicních epiteliálních buňkách, přičemž ale nemůžeme vyloučit možný příspěvek imunitních buněk infiltrujících plíce. Tato zjištění tak naznačují zapojení proteinu Trop2 do regeneračních procesů/imunitních reakcí. Tato práce tak přispívá k objevení dosud neznámé funkce proteinu Trop2 ve zdravých tkáních a stejně tak přináší nové poznatky týkající se úlohy proteinu Trop2 v nádorových buňkách a významu jeho funkčních míst pro signalizaci zprostředkovanou tímto proteinem.

Abstract:

Protein Trop2 was discovered more than 40 years ago due to its high expression on the trophoblast surface. Later it was found out that Trop2 is overexpressed in most carcinomas, this is probably a reason why it was studied mainly in the context of cancer biology. Besides cancer tissues, Trop2 is also expressed in normal healthy tissues. However, its physiological functions remain to be elucidated. This dissertation thesis focuses on both physiological and patophysiological function of protein Trop2. Our laboratory experiments using MDA-MB-231 cells derived from breast carcinoma show, that Trop2 protein improves survival of cells in conditions of low serum and hypoxia. In addition, it inhibits proliferation of cells cultivated in 10% FBS medium and normoxia. These results show that its effect of Trop2 on cell proliferation and survival is dependent on the tumor microenvironment. We have prepared cell clones expressing mutant variants of Trop2 protein. One of these Trop2 variants can’t undergo regulated intramembrane proteolysis (RIP) and the second one can’t be phosphorylated at the position 303. We wanted to find out, how these processes affect Trop2 signalling. We show that RIP is necessary for Akt activation and both RIP and phosphorylation of serine 303 are necessary for activation of β-catenin signalling. This confirms the importance of both regions to the function of Trop2. The second part of this thesis focuses on the analysis of available transcriptomic data from healthy lungs in order to elucidate the function of TACSTD2 gene encoding Trop2 protein. We found out that infections of mice by both viral (SARS coronavirus, influenza A virus, Sendai virus) and non-viral (Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae and Aspergillus fumigatus) respiratory pathogens leads to significant upregulation of Tacstd2 expression and that this upregulation is an early reaction to infection. The data also show that the level of Tacstd2 upregulation depends on infection dose. Tacstd2 upregulation is caused by direct upregulation in lung epithelial cells although we cannot exclude some contribution of immune cells infiltrating infected lungs. These findings imply the involvement of Trop2 protein in regeneration/immune reactions. This thesis contributes to the discovery of unknown function of Trop2 in healthy tissues and brings new information about the function of Trop2 protein in cancer cells and importance of its functional regions for Trop2 signalling.

Keywords

Trop2, TACSTD2, nádorová onemocnění, nádorové mikroprostředí, infekce, SARS, influenza A virus, chronická zánětlivá onemocnění, cancer, tumor microenvironment, infection, chronic inflammation diseases

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 3. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 21. 4. 2023
• Supervisor: doc. Mgr. Petr Beneš, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Eva Matalová, Ph.D., doc. RNDr. Sabina Ševčíková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Molecular and Cell Biology and Genetics / Molecular and Cell Biology and Genetics