Estudi de 4E-BP1 i la seva regulació en càncer de mama

Abstract

Nombroses malalties presenten alteracions en el procés de traducció de proteïnes; això ha fet que en els darrers anys incrementi la recerca sobre els mecanismes que regulen l’expressió gènica dels organismes a nivell traduccional. Donat que el procés de traducció és elevadament costós des del punt de vista energètic, les cèl·lules mantenen molt regulat el pas d’iniciació de la síntesi de proteïnes. 4E-BP1 és una proteïna que juga una paper important en la regulació de la síntesi proteïca. Mitjançant la unió al factor d’iniciació eIF4E, impedeix la formació del complex eIF4F inhibint així la síntesi de proteïnes. La unió de 4E-BP1 a l’eIF4E es regula per fosforilació, quan 4E-BP1 és hiperfosforilat allibera el factor d’iniciació eIF4E i es pot donar la traducció de proteïnes. Són molts els estudis fets sobre 4E-BP1 i en els darrers anys se l’ha relacionat amb diversos tipus de càncer, on s’ha vist que es troba sobreexpressat, sobretot en la seva forma fosforilada. En aquest estudi es va estudiar una sèrie de 96 tumors de mama on es va veure que nivells elevats de proteïna total de 4E-BP1 i la seva forma fosforilada, p-4E-BP1, es troben associats amb el grau de malignitat del tumor en càncer de mama. A més a més, la ràtio de p-4E-BP1:4E-BP1 total correlacionava significativament amb la presència de metàstasi en els nòduls limfàtics. També es va estudiar in vitro, els efectes bioquímics, moleculars i biològics de la sobreexpressió de 4E-BP1, així com d’una forma mutant de 4E-BP1 que no es pot fosforilar. Amb aquests resultats es va constatar que la sobreexpressió d’aquesta proteïna provocava una parada del creixement cel·lular, almenys en alguns tipus cel·lulars. Aquests resultats també es van confirmar en experiments in vivo on es va veure que la sobreexpressió de 4E-BP1 suprimia la tumorogènesi. Finalment, per mitjà de l’estudi de noves quinases candidates a fosforilar 4E-BP1 es va veure que 4E-BP1 es pot regular a través de diverses vies de senyalització cel·lular. Amb aquests resultats proposem que p4E-BP1 podria ser un factor clau candidat per establir el pronòstic en càncer de mama. A més a més, la regulació de la síntesi proteica, a través de la inhibició de la fosforilació de 4E-BP1, podria evitar la proliferació de les cèl·lules tumorals, almenys en alguns tipus cel·lulars. Proposem 4E-BP1 com a factor clau on convergeixen les principals vies de senyalització que es troben alterades en càncer i podria ser considerada com a possible proteïna diana en futures teràpies contra el càncer.

Many diseases have some alterations in the process of protein translation; related to this, there is presently a notable interest in the mechanisms that regulate gene expression at translational level. Because protein synthesis consumes a high proportion of cellular energy, it is clear that overall protein synthesis must be subject to a tight control to match the requirements of the cell. 4E-BP1 is a protein that plays an important role in regulating protein synthesis. By binding to the initiation factor eIF4E, prevents the formation of the eIF4F complex inhibiting protein synthesis. The binding of 4E-BP1 to eIF4E is regulated by phosphorylation, when 4E-BP1 is hyperphosphorylated releases the initiation factor eIF4E and the initiation complex formation is possible allowing the translation of the proteins. There are a lot of studies on 4E-BP1 and it has been linked to several types of cancer, where 4E-BP1 was overexpressed, mainly in its phosphorylated form. In this study, we studied a series of 96 breast tumors and we found that elevated levels of total 4E-BP1 protein and its phosphorylated form, p-4E-BP1, were associated with the grade of tumor malignancy in breast cancer. In addition, the ratio of p-4E-BP1: total 4E-BP1 correlated significantly with the presence of metastasis in lymph nodes. We also studied in vitro the biochemical, molecular and biological effects of the overexpression of 4E-BP1, as well as the overexpression of a mutant of 4E-BP1 unable to phosphorylate. These results showed that overexpression of this protein caused a cell growth decrease, at least in some cell types. These results were also confirmed in in vivo experiments, where it was found that the overexpression of 4E-BP1 suppressed the tumorigenicity. Finally, 48 kinases were examined to see whether they are involved in 4E-BP1 phosphorylation and stability. The screening study was based on analysis of 4E-BP1 status after inhibition of these kinases in a breast carcinoma cell line. These findings provide evidence that 4E-BP1 can be regulated and stabilized by multiple kinases implicated in several cell signaling pathways: PDK1, SRC, PRKCB1, PAK2, p38β, PRKCA and CaMKKB (affecting 4E-BP1 phosphorylation) and LRRK2, RAF-1, p38γ, GSK3β, AMPKα, PRKACA and PRKACB (affecting total 4E-BP1 stability). Overall, the results suggest that p-4E-BP1 may be a candidate for establishing the prognosis in breast cancer. In addition, regulation of protein synthesis through inhibition of phosphorylation of 4E-BP1, could prevent the proliferation of tumor cells, at least in some cell types. We propose that 4E-BP1 could be a key factor where converge different cell signaling pathways that are altered in cancer and could be considered as a potential protein target for future therapies against cancer.