Planar cell polarity pathway in the pathogenesis of chronic lymphocytic leukemia

Mgr. Markéta Kaucká, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Evolučně vysoce konzervovaná skupina signálních drah Wnt se historicky rozděluje do dvou skupin. Dříve nazývaná "kanonická", lépe prostudovaná Wnt dráha je závislá na stabilizaci β-cateninu a jeho translokaci do jádra. Ostatní dráhy, které jsou na β-cateninu nezávislé, se sdružují do skupiny tzv."nekanonických" Wnt drah. Mezi těmito signálními dráhami je i tzv. "Planar cell polarity" (PCP) dráha, která je z nich dosud nejvíce popsaná. Prvně byla tato signální "PCP" dráha spojena s kontrolou polarity v epiteliálních tkáních v oku a křídle Drosophila melanogaster. Homology PCP komponent byly později nalezeny a popsány u mnoha druhů. Jádro PCP signální dráhy tvoří tyto komponenty: membránové receptory Frizzled, Celsr (Flamingo u D.melanogaster), v cytoplazmě pak Dishevelled, kasein kináza a Prickle, dále protein Vangl a typicky "nekanonický" Wnt ligand Wnt5a. Až do nedávna byla tato signální dráha spojována především s embryonálním vývojem. Během toho PCP dráha zprostředkovává polarizaci nejen jednotlivých buněk, ale i celých tkání, dále je zodpovědná za organizovanou buněčnou migraci např. v procesu konvergentní extenze, během níž se uzavírá nervová trubice. Výzkum prováděný v posledních letech stále více svědčí pro nově objevenou úlohu PCP dráhy v nádorových onemocněních, kde PCP zvyšuje migrační a invazivní schopnosti nádorových buněk, a zejména v metastázujících nádorech tak přispívá k progresi nádoru. V rámci této práce jsme identifikovali významně zvýšené hladiny PCP komponent v B lymfocytech pacientů s chronickou lymfocytární leukémií (CLL). CLL je nejčastěji diagnostikovaným hematologickým nádorovým onemocněním v Evropě a ve Spojených Státech. CLL je charakterizována monoklonální expanzí CD5+ B lymfocytů, které se zdají mít vyšší migrační potenciál a často infiltrují kostní dřeň, lymfatické uzliny, slezinu a další orgány a tkáně. Do současné doby nebyla identifikována příčina vzniku CLL. Prokázali jsme, že základní komponenty PCP signální dráhy jsou zvýšené v B lymfocytech pacientů s CLL, a to jak na hladině mRNA, tak proteinů. Potvrdili jsme, že dochází k akumulaci PCP proteinů s progresí nemoci a zároveň, že hladina exprese genů pro PCP komponenty významně koreluje se známými prognostickými markery CLL. Naše výsledky demonstrují, že PCP dráha přispívá k patogenezi CLL regulací migrace a invazivity leukemických B lymfocytů. Zároveň jsme vytvořili první in vitro metodu pro studium polarizace PCP proteinů v migrujících B lymfocytech, čímž jsme otevřeli možnost testovat přípravky, které PCP dráhu ovlivňují.

Abstract:

The Wnt signaling pathways are evolutionary highly conserved and traditionally divided into two branches: the well-known β-catenin dependent (previously called "canonical") pathway and several pathways which do not require the stabilization of β- catenin and its translocation to the nucleus, described previously as "non-canonical" Wnt pathways. Among the β-catenin-independent Wnt pathways, the Wnt/planar cell polarity (PCP) pathway is one of the most studied. PCP was first described to control epithelial planar polarity in cells in the wing and eye of Drosophila melanogaster. The homologues of the core components of Wnt/PCP pathway such as Frizzled, Dishevelled, Strabismus (Van-Gogh like), Flamingo (Celsr), Prickle and the representative ligand Wnt5a, were subsequently identified across other species. Till recently, Wnt/PCP was connected almost solely with the embryonic development. Wnt/PCP mediates establishment of the cell and tissue polarity and is responsible for the precisely organized cell movement in processes such as a convergent extension during the gastrulation and neural tube development. Nevertheless, there is an increasing evidence of the role of Wnt/PCP signaling in different types of cancer. Namely PCP was shown to be important in the altered migration and invasion capacity of tumor cells and subsequent the tumor progression. We noticed that the core PCP components are upregulated in the B lymphocytes of patients suffering from chronic lymphocytic leukemia (CLL). This most common hematologic malignancy in the Western world is characterized by monoclonal expansion of CD5+ B lymphocytes with altered migration capacities, which often infiltrate bone marrow, lymph nodes, and spleen. CLL is markedly heterogenic disease with no clear cause identified so far. We showed that the core components of Wnt/PCP pathway are upregulated both on mRNA and protein level in the B lymphocytes from patients suffering from CLL. Furthermore, we confirmed that the protein levels of certain PCP components are increasing with the disease progression and, alongside, that the gene expression levels correlate with the known prognostic markers of the disease. Subsequently, we proved that Wnt/PCP drives the pathogenesis of CLL by regulation of CLL lymphocyte migration. We established new approaches for visualizing and studying the chemokine-driven CLL migration in vitro and, based on our best knowledge, we developed the first in vitro method for screening the Wnt/PCP polarization in migrating cell.

Keywords

Chronická lymfocytární leukémie, Wnt, signální dráha "Planar Cell Polarity", ROR1, migrace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 4. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 25. 4. 2013
• Supervisor: doc. Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Martin Trbušek, Dr., Ali Moshefegh, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Animal Physiology