Caracterização funcional das proteínas de interação das diferentes isoformas de S6Ks

Orientador: Fernando Moreira Simabuco Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas Resumo: Introdução: A via de sinalização da mTOR vem sendo relacionada a várias doenças e desordens metabólicas em humanos, incluindo obesidade, diabetes, vários tipos de câncer e neurodegeneração. As proteínas S6Ks têm mostrado importante papel na sinalização da mTOR, funcionando como efetoras dessa via. A família das S6Ks é composta por dois genes, RPS6KB1 e RPS6KB2, sendo que o primeiro codifica as isoformas p85- e p70-S6K1, enquanto que o segundo codifica as isoformas denominadas p56- e p54-S6K2. Este estudo investigou as parceiras de interação das isoformas p70-S6K1 e p54-S6K2 em células HEK293, com objetivo de diferenciar essas proteínas de acordo com seus envolvimentos em processos biológicos. Além disso, foi investigada mais detalhadamente a interação das isoformas p70-S6K1 e p54-S6K2 com as proteínas eIF2? e PARP1. Justificativa: Acreditava-se que as isoformas p70-S6K1 e p54-S6K2 apresentavam funções biológicas redundantes, uma vez que possuem um elevado grau de similaridade entre si. Dessa forma, poucos estudos têm como objetivo identificar diferentes funções e envolvimentos dessas isoformas em processos biológicos. Entretanto, descobrir as diferentes funções dessas proteínas pode ter grande importância para estudos que investigam novas estratégias para desenvolver terapias para certos tipos de doenças, como o câncer. De forma geral, esse trabalho contribui para um melhor entendimento da via mTOR/S6Ks. Resultados: Nos primeiros dados obtidos desse estudo, que geraram um artigo científico publicado na revista Proteomics em 2016 (Anexo I), foi observado, por espectrometria de massas, que as isoformas p70-S6K1 e p54-S6K2 possuem diferentes proteínas de interação e que atuam em diferentes processos biológicos, indicando que tais isoformas possuem funções biológicas distintas. Algumas parceiras de interação, eIF2?, PARP1, PPM1B, FXR1, FMRP, PRMT5 e WDR77, foram escolhidas para que suas relações com as isoformas p70-S6K1 e p54-S6K2 fossem estudadas de forma mais detalhada. Alguns experimentos de imunoprecipitação foram realizados mostrando evidências da interação entre p70-S6K1 e p54-S6K2 com a proteína eIF2?, e somente p54-S6K2 com a proteína PARP1. Em uma situação de estresse celular, eIF2? é fosforilada no seu resíduo serina 52 (S52), acarretando na inibição da síntese protéica global e no estimulo da autofagia e apoptose. Identificamos que eIF2? apresenta um sítio de fosforilação predito das S6Ks (RXRXXT/S) em serina 58 (S58), sendo este conservado em uma variedade de espécies. Ensaios de imunoprecipitação revelaram que eIF2? é fosforilada em um sítio RXXT/S na presença de insulina. Além disso, foi visto que a ativação das S6K1 e S6K2 através de insulina e somente S6K2 através de FGF2 está diretamente relacionada com a redução na fosforilação de eIF2? em serina 52. Por outro lado, inibidores farmacológicos de mTOR e S6Ks, como a rapamicina e o PF4708671, respectivamente, estão associados com o aumento dos níveis de fosforilação de eIF2? (S52). Também foi realizada a superexpressão de p70-S6K1 e p54-S6K2 constitutivamente ativas e foi visto redução da fosforilação de eIF2? (S52). Por fim, foi realizado um ensaio de mutação sítio dirigida em eIF2?, mimetizando uma fosforilação no resíduo 58 de eIF2?. Como resultado, observamos que a fosforilação constante no resíduo 58 está acompanhado de uma redução da fosforilação do resíduo S52. Conclusões: Este estudo mostrou que diferentes isoformas de S6Ks possuem distintas proteínas de interação, indicando que tais isoformas possuem funções biológicas distintas na célula. Os resultados ainda sugerem que as S6Ks podem fosforilar eIF2? em serina 58, e devido a proximidade dos sítios, possa haver uma inibição da fosforilação em serina 52, regulando assim a atividade de eIF2á Abstract: Introduction: The mTOR signaling pathway has been related to several diseases and metabolic disorders in humans, including obesity, diabetes, several types of cancer and neurodegeneration. The S6Ks proteins have shown an important role in mTOR signaling, acting as effectors of this pathway. The S6Ks family is composed of two genes, RPS6KB1 and RPS6KB2. RPS6KB1 encodes two isoforms: p85- and p70-S6K1, while RPS6KB2 encodes two other isoforms, known as p56 and p54-S6K2. This study investigated the interaction partners of p70-S6K1 and p54-S6K2 isoforms in HEK293 cells, in order to differentiate these proteins according to their involvement in biological processes. Furthermore, it was investigated in more detail the interaction of p70-S6K1 and p54-S6K2 isoforms with eIF2? and PARP1 proteins. Justification: It was believed that S6K1 and S6K2 exhibited redundant biological functions, since they have a high degree of similarity. Thus, few studies aim to identify different roles and implications of these isoforms in biological processes. However, discovering different functions of these proteins may have great importance for the investigation of new strategies to develop therapies for certain types of diseases such as cancer. In general, this work contributes to a better understanding of the mTOR / S6Ks pathway. Results: The first data obtained from this study, which generated a scientific article published in the journal Proteomics in 2016 (Annex I), it was observed, by mass spectrometry, that the p70-S6K1 and p54-S6K2 isoforms have different interaction proteins and act in different biological processes, indicating that such isoforms have distinct biological functions. Some partner interaction, as eIF2?, PARP1, PPM1B, FXR1, FMRP, PRMT5 and WDR77, were chosen for its relations with the p70-S6K1 and p54-S6K2 isoforms were studied in more detail. Some immunoprecipitation experiments were performed showing evidence of the interaction between p70-S6K1 and p54-S6K2 with the eIF2? protein, and only p54-S6K2 with the PARP1 protein. In a situation of cellular stress, eIF2? is phosphorylated at its serine residue 52 (S52), leading to the inhibition of global protein synthesis and the stimulation of autophagy and apoptosis. We have identified that eIF2? has a predicted phosphorylation site of S6Ks (RXRXXT/S) at serine 58 (S58), which is conserved in a variety of species. Immunoprecipitation assays revealed that eIF2? is phosphorylated at RXXT/S site in the presence of insulin. In addition, it was shown that the activation of S6K1 and S6K2 through insulin and only S6K2 through FGF2 is directly related to the reduction in eIF2? phosphorylation in serine 52. Conversely, pharmacological inhibitors of mTOR and S6Ks, such as rapamycin and PF4708671, respectively, are associated with increased of eIF2? phosphorylation levels at S52. The overexpression of constitutively active p70-S6K1 and p54-S6K2 was also performed and reduction of the phosphorylation of eIF2? (S52) was seen. Finally, a site-directed mutation assay was performed on eIF2?, mimicking a phosphorylated residue 58 of eIF2?. As a result, we observed that constant phosphorylation at residue 58 is accompanied by a reduction of phosphorylation of residue S52. Conclusions: This study demonstrated that S6Ks isoforms present different interacting proteins, indicating that those isofroms present distinct biological functions in the cell. The results also suggest that S6Ks can phosphorylate eIF2? in serine 58, and due to the proximity of the sites may be an inhibition of the phosphorylation of serine 52, thereby regulating the activity eIF2á Mestrado Metabolismo e Biologia Molecular Mestra em Ciências da Nutrição e do Esporte e Metabolismo FAPESP 2015-00311-1