G15 è una proteina G eterotrimerica della famiglia di Gq/11, specifica del sistema ematopoietico, la cui funzione è sostanzialmente ignota. In questo studio si descrive la sua eccezionale resistenza al generale processo di desensibilizzazione che virtualmente regola l’attività di ogni recettore accoppiato a proteine G (GPCR). Il segnale di G15 è infatti risultato refrattario alla desensibilizzazione del recettore β2 adrenergico indotta da sovraespressione di arrestina. Allo stesso modo, il livello d’espressione di arrestina non ha influito sul segnale mediato da G15 in risposta all’attivazione dei recettori V2 per la vasopressina e δ oppioide. Esperimenti di co-immunoprecipitazione hanno dimostrato che la subunità Gα15 dell’eterotrimero (a differenza di Gαq and Gαs) viene stabilmente reclutata da un recettore V2 che una mutazione rende costitutivamente desensibilizzato. L’arrestina oltre a rendere meno efficiente il signalling dei GPCR, ne favorisce l’internalizzazione in compartimenti endosomiali. La co-espressione di Gα15 ha parzialmente ristabilito la presenza sulla membrana plasmatica del mutante costitutivamente desensibilizzato ristabilendone anche parte delle capacità segnalatorie. Tuttavia, confrontando l’effetto dell’agonista sull’attività verso gli effettori di G15, quali PKD1 e PLC, con l’effetto sull’internalizzazione del recettore, sono state osservate alcune peculiarità funzionali che suggeriscono che G15 stabilizzi una struttura conformazionale intermedia al normale processo di attivazione. Nel loro insieme, questi risultati suggeriscono un nuovo meccanismo per cui la regolazione dei GPCR può essere aggirata e G15 può trasdurre segnali estremamente prolungati quando le cellule siano “cronicamente” esposte all’effetto di ormoni, neurotrasmettitori etc. Questo aspetto ci ha portato ad ipotizzare che la presenza di G15 possa essere associata a stati fisiologici caratterizzati da fenomeni di deregolazione, in particolare con la formazione di tumori. Uno screening ha dimostrato la presenza di G15 in 10 fra 40 linee cellulari tumorali analizzate, tutte derivate da tessuti che in origine risultano negativi. Il messaggero di Gα15 e la corrispondente proteina sono anche risultati presenti in biopsie di cancro prostatico e pancreatico. Particolarmente rilevante appare il fatto che Gα15 fosse presente nella frazione proliferante del tumore così come dimostrato con xenotrapianti di tumore in topi nudi.

G15 is a heterotrimeric G protein of the Gq/11 family. In this study, we describe its exceptional poor sensitivity to the general regulatory mechanism of G protein-coupled receptor (GPCR) desensitization. Enhancing β2 adrenergic receptor desensitization by arrestin overexpression, did not affect signalling to G15. Similarly, increased levels of arrestin did not affect G15 signalling triggered by the activation of V2 vasopressin and δ opioid receptors. Furthermore, co-immunoprecipitation experiments showed that G15 α subunit (as opposed to Gαq and Gαs) is recruited to a V2 vasopressin receptor mutant that is constitutively desensitized by β-arrestin. Interestingly, co-expression of G15 partially rescued cell surface localization and signalling capabilities of the same mutant and supported its sustained activity on downstream effectors including PKD1. However, differential modulation by the agonist was observed while comparing effectors activity to receptor internalization. Taken together, these findings provide evidence for a novel mechanism whereby GPCR desensitization can be bypassed and G15 can support sustained signalling in cells chronically exposed to hormones or neurotransmitters. This aspect led us to hypothesize that G15 presence could be associated to poorly regulated physiological states, and in particular with tumor formation. A screening demonstrated Gα15 presence in 10 out of 40 human cancer cell lines analyzed, all derived from a variety of tissues reported as negative. Gα15 mRNA and protein were also found in pancreatic and prostate tumor biopsies. Notably, Gα15 was present in the proliferating fraction of the tumor as demonstrated by xenotransplantation of the tumors in nude mice.

Integrazione temporale del segnale mediato da recettori accoppiati a proteine G: il potenziale ruolo di G15 nella cancerogenesi

INNAMORATI, Giulio
2009-01-01

Abstract

G15 is a heterotrimeric G protein of the Gq/11 family. In this study, we describe its exceptional poor sensitivity to the general regulatory mechanism of G protein-coupled receptor (GPCR) desensitization. Enhancing β2 adrenergic receptor desensitization by arrestin overexpression, did not affect signalling to G15. Similarly, increased levels of arrestin did not affect G15 signalling triggered by the activation of V2 vasopressin and δ opioid receptors. Furthermore, co-immunoprecipitation experiments showed that G15 α subunit (as opposed to Gαq and Gαs) is recruited to a V2 vasopressin receptor mutant that is constitutively desensitized by β-arrestin. Interestingly, co-expression of G15 partially rescued cell surface localization and signalling capabilities of the same mutant and supported its sustained activity on downstream effectors including PKD1. However, differential modulation by the agonist was observed while comparing effectors activity to receptor internalization. Taken together, these findings provide evidence for a novel mechanism whereby GPCR desensitization can be bypassed and G15 can support sustained signalling in cells chronically exposed to hormones or neurotransmitters. This aspect led us to hypothesize that G15 presence could be associated to poorly regulated physiological states, and in particular with tumor formation. A screening demonstrated Gα15 presence in 10 out of 40 human cancer cell lines analyzed, all derived from a variety of tissues reported as negative. Gα15 mRNA and protein were also found in pancreatic and prostate tumor biopsies. Notably, Gα15 was present in the proliferating fraction of the tumor as demonstrated by xenotransplantation of the tumors in nude mice.
2009
cancerogenesi; recettori; proteine G
G15 è una proteina G eterotrimerica della famiglia di Gq/11, specifica del sistema ematopoietico, la cui funzione è sostanzialmente ignota. In questo studio si descrive la sua eccezionale resistenza al generale processo di desensibilizzazione che virtualmente regola l’attività di ogni recettore accoppiato a proteine G (GPCR). Il segnale di G15 è infatti risultato refrattario alla desensibilizzazione del recettore β2 adrenergico indotta da sovraespressione di arrestina. Allo stesso modo, il livello d’espressione di arrestina non ha influito sul segnale mediato da G15 in risposta all’attivazione dei recettori V2 per la vasopressina e δ oppioide. Esperimenti di co-immunoprecipitazione hanno dimostrato che la subunità Gα15 dell’eterotrimero (a differenza di Gαq and Gαs) viene stabilmente reclutata da un recettore V2 che una mutazione rende costitutivamente desensibilizzato. L’arrestina oltre a rendere meno efficiente il signalling dei GPCR, ne favorisce l’internalizzazione in compartimenti endosomiali. La co-espressione di Gα15 ha parzialmente ristabilito la presenza sulla membrana plasmatica del mutante costitutivamente desensibilizzato ristabilendone anche parte delle capacità segnalatorie. Tuttavia, confrontando l’effetto dell’agonista sull’attività verso gli effettori di G15, quali PKD1 e PLC, con l’effetto sull’internalizzazione del recettore, sono state osservate alcune peculiarità funzionali che suggeriscono che G15 stabilizzi una struttura conformazionale intermedia al normale processo di attivazione. Nel loro insieme, questi risultati suggeriscono un nuovo meccanismo per cui la regolazione dei GPCR può essere aggirata e G15 può trasdurre segnali estremamente prolungati quando le cellule siano “cronicamente” esposte all’effetto di ormoni, neurotrasmettitori etc. Questo aspetto ci ha portato ad ipotizzare che la presenza di G15 possa essere associata a stati fisiologici caratterizzati da fenomeni di deregolazione, in particolare con la formazione di tumori. Uno screening ha dimostrato la presenza di G15 in 10 fra 40 linee cellulari tumorali analizzate, tutte derivate da tessuti che in origine risultano negativi. Il messaggero di Gα15 e la corrispondente proteina sono anche risultati presenti in biopsie di cancro prostatico e pancreatico. Particolarmente rilevante appare il fatto che Gα15 fosse presente nella frazione proliferante del tumore così come dimostrato con xenotrapianti di tumore in topi nudi.
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