Defining DYRKs interactome: approaches for the characterization of proximity-dependent interactions and identification of direct substrates

Abstract

Dual-specificity tyrosine-regulated kinases (DYRKs) are a conserved family of protein kinases present in all eukaryotes. In mammals, the association of DYRKs with a wide variety of putative substrates and interactors, in the cytoplasm and the nucleus, points to pleiotropic roles of these kinases in biological processes as cell proliferation, differentiation and survival. The relevance of these kinases is highlighted by their link with human disease when deregulated. However, DYRK targets have been mostly described in vitro, using heterogeneous model systems, methodologies and analysis, making difficult to establish clear mechanistic connections between DYRKs and the extent of their redundancy in vivo. To better understand DYRKs biological roles, this work implements approaches for the characterization of proximity-dependent interactions in cellulo, and identification of direct substrates in the same physiological context, and includes DYRK1A, its close paralogue DYRK1B and the distant member DYRK2. The analysis of the data provides a global view on these DYRKs’ interactomes, enabling the identification of differences and commonalities among them and the exploration novel functional relationships for each DYRK. In addition, the definition of the interactome of DYRK1A mutants lacking suspected docking domains has identified subset of proteins whose interaction with the kinase depends on those putative interaction surfaces. Overall, this study represents a comprehensive systematic analysis of the human DYRK1A, DYRK1B and DYRK2 interactomes and the generated network data serves as a highly valuable resource for assisting functional studies of these kinases in health and disease.

Les cinases de doble especificitat regulades per tirosina (DYRKs) són una família conservada de proteïnes cinases presents en tots els eucariotes. En mamífers, l'associació de les DYRKs amb una àmplia varietat de substrats i interactors putatius, en el citoplasma i el nucli, indica que aquestes cinases compleixen funcions pleiotròpiques regulant diversos processos biològics com la proliferació, la diferenciació i la supervivència cel·lular. La rellevància d'aquestes cinases es posa de manifest perquè la seua desregulació es relaciona amb malalties humanes. No obstant això, les dianes de les DYRKs s'han descrit principalment in vitro, utilitzant sistemes model, metodologies i anàlisis heterogènies, la qual cosa dificulta l'establiment de connexions mecanístiques clares entre les DYRKs i l'abast de la seua redundància in vivo. Per a comprendre millor les funcions biològiques de les DYRKs, aquest treball implementa estratègies per a la caracterització de les interaccions dependents de proximitat in cellulo, i la identificació de substrats directes en el mateix context fisiològic, incloent a DYRK1A, el seu paràleg pròxim DYRK1B i el membre distant DYRK2. L'anàlisi de les dades proporciona una visió global dels interactomes d'aquestes DYRKs, permetent la identificació de diferències i punts en comú entre elles i l'exploració de noves relacions funcionals per a cada DYRK. A més, la definició del interactoma dels mutants de DYRK1A que manquen de suposats dominis d'interacció proteïna-proteïna ha permés identificar un subconjunt de proteïnes la interacció de les quals amb la cinasa depén d'aqueixes suposades superfícies d'interacció. En general, aquest estudi representa una anàlisi sistemàtica i exhaustiva dels interactomes humans de DYRK1A, DYRK1B i DYRK2, i el conjunt de dades generat representa un valuós recurs per a ajudar als estudis funcionals d'aquestes cinases tant en condicions fisiològiques com en processos patològics.