The role of Protein Kinase CK2 in pro-survival pathways in clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) cells

Abstract

La proteïna quinasa CK2 és una Serina/Treonina quinasa àmpliament expressada en tots els organismes eucariotes. Fins el dia d’avui, més de 300 substrats per aquesta quinasa han estat descoberts, essent molts d’ells essencials per la viabilitat cel·lular. Per aquest motiu, CK2 ha estat considerada com una quinasa decisiva per la viabilitat de totes les cèl·lules eucariotes. CK2 juga un paper clau en la supervivència cel·lular, proliferació i mecanismes antiapoptòtics, observant-se que la seva desregulació es troba associada a diferents malignitats humanes. A més a més, els efectes pleiotròpics d’aquesta proteïna han connectat CK2 amb altres vies que són crucials en diferents processos involucrats en la tumorigenesis. Malgrat tot, poc es coneix sobre la implicació de CK2 i les vies de senyalització en el carcinoma renal de cèl·lules clares (ccRCC). En aquest treball s’ha volgut estudiar la implicació de CK2 en les bases moleculars del ccRCC, analitzant l’efecte de la inhibició de CK2 sobre les vies de senyalització de Akt i ERK1/2 davant la resposta a heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF), així com la connexió entre CK2 i ErbB4, proteïnes que s’han trobat disminuïdes en ccRCC. Per tal d’assolir aquest objectiu, l’activitat de CK2 ha estat inhibida mitjançant l’ús de diferents inhibidors farmacològics, i les subunitats reguladores i catalítiques de CK2 han estat silenciades de forma independent mitjançant short hairpin RNA (shRNA) en cèl·lules de túbul proximal derivades d’un ronyó sa (HK-2) i cèl·lules derivades d’un adenocarcinoma primari de cèl·lules clares (786-O). El resultat més impactant és que la inhibició de CK2, tant per inhibidors químics com per shRNA, perjudica l’activació de Akt i ERK1/2 en resposta a HB-EGF, que són vies de senyalització decisives involucrades en el procés de mort cel·lular, proliferació i autofàgia. De la mateixa forma, la disminució de la subunitat reguladora CK2β ve acompanyada de canvis en l’expressió de marcadors de transició epiteli-mesènquima (EMT), tals com E-caderina i Snail1. És interessant assenyalar que els resultats d’aquests estudi suggereixen que la disminució de CK2β indueixen l’expressió de HIF-α i la fosforilació de STAT3, contribuint a la regulació de E-caderina i Snail1 en les cèl·lules derivades de ccRCC. Per altra banda, la sobre-expressió de ErbB4 en 786-O altera la proliferació cel·lular, així com potencia l’activació de Akt i ERK1/2 davant de l’estimulació amb HB-EGF. A més a més, la inhibició de CK2 per CX-4945 i el silenciament de CK2β per siRNAs causa una reducció significativa dels nivells de ErbB4. Els resultats d’aquesta cerca mostren que CK2 afecta a components claus de les vies de senyalització, tals com ErbB4, Akt, ERK1/2, HIF-α, Snail 1 i STAT3 en cèl·lules renals, recolzant la implicació de CK2 en el ccRCC.

Protein kinase CK2 is a Serine/Threonine kinase widely expressed in all eukaryotic organisms. To date, more than 300 substrates for this kinase have been discovered, most of them essential for cell viability. For that reason, CK2 has been considered as a protein kinase decisive for the viability of all eukaryotic cells. CK2 plays pivotal roles in cell survival, proliferation and anti-apoptotic mechanisms, and its dysregulation is associated with human malignancies. Furthermore, the pleiotropic effects of this protein have connected CK2 with other pathways that are crucial in several processes involved in tumorigenesis. However, little is known on the potential cross-talk between CK2 and these signalling pathways in clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) cells. The purpose of this work has been to study the involvement of CK2 in the molecular basis of ccRCC, analysing the effect of CK2 inhibition on Akt and ERK1/2 signalling pathways in response to heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF), as well as the connection between CK2 and ErbB4, which has been found downregulated in ccRCC. In order to assess this gkoal, CK2 activity has been targeted by pharmacological inhibitors, and the regulatory and catalytic CK2 subunits have been independently silenced by short hairpin RNA (shRNA), in tubular proximal cells derived from normal kidney (HK-2), and cells derived from a primary clear cell adenocarcinoma (786-O). The most striking result is that CK2 inhibition, either by chemical inhibitors or shRNA downregulation, impairs the activation of Akt and ERK1/2 in response to HB-EGF, which are decisive signalling pathways involved in the process of cell death, proliferation and autophagy. Likewise, downregulation of regulatory subunit CK2β is accompanied by changes in the expression of Epithelial-Mesenchymal-Transition (EMT) markers, such as E-cadherin and Snail1. Interestingly, the results of this study suggest that CK2β downregulation induces HIF-α expression and STAT3 phosphorylation which may contribute to E-cadherin and Snail1 regulation in ccRCC cells. On the other hand, overexpression of ErbB4 in 786-O cells alters cell proliferation as well as enhances HB-EGF-induced Akt and ERK1/2 activation. In addition, CK2 inhibition by CX-4945 and downregulation of CK2β by siRNAs results in a significant reduction of ErbB4 levels.The results of this research show that CK2 affects key components of signalling pathways, such as ErbB4, Akt, ERK1/2, HIF-α, Snail 1 and STAT3 in renal cells, supporting the potential involvement of CK2 in ccRCC.