De rol van de Proteïne Fosfatase 2A Activator PTPA in KRAS-mutante niet-kleincellige longkankerontwikkeling en behandelingsresistentie

Omkeerbare eiwitfosforylatie, gekatalyseerd door kinasen en fosfatasen, is misschien wel een van de meest prominente signaaltransductiemechanismen in de menselijke cel. Eiwitfosfatase 2A (PP2A) is een belangrijke familie van serine / threonine-eiwitfosfatasen waarvan de leden betrokken zijn bij een breed scala aan cellulaire processen, zoals mitogene signalering, groei, celdeling, DNA-transcriptie, eiwittranslatie, signalering van DNA-schade en herstel, celdood, migratie en differentiatie. PP2A is voornamelijk samengesteld als drieledige holo-enzymen, bestaande uit een katalytische C-subeenheid, een structurele A-subeenheid en een van een grote familie van regulerende B-subeenheden, die de activiteit, substraatspecificiteit en subcellulaire lokalisatie bepalen. De holo-enzymassemblage van PP2A is een sterk gereguleerd proces, en hier is de Eiwit Fosfatase TweeA Activator (PTPA) onmisbaar voor de juiste assemblage van PP2A-holo-enzymen tot functionele trimeren. Interessant is dat is aangetoond dat PTPA ontregeld is bij meerdere kankertypes en wordt geassocieerd met sombere overlevingsperspectieven. Gezien de implicatie van PP2A in veel cellulaire signaalroutes die het doelwit zijn van kankertherapieën, zullen we de consequenties van PTPA-inactivering op de therapeutische doeltreffendheid van goedgekeurde en experimentele kankertherapieën onderzoeken, met name in de setting van de moeilijk te behandelen KRAS-mutante niet-kleincellige longkanker (NSCLC). Met dit project beogen we therapieën te identificeren die gunstig zijn voor KRAS-mutante NSCLC-patiënten, op basis van de PTPA-status als indicator voor behandelingsrespons.
In databases van niet-kleincellige longkanker (NKLK) patiënten identificeerden we meerdere puntmutaties in het gen (PPP2R4) dat codeert voor het PTPA-eiwit. Deze beïnvloedden de functionaliteit van PTPA, aangezien ze resulteerden in verlies van PP2A-reactiveringscapaciteit. Daarnaast was algemeen heterozygoot verlies van PPP2R4 geassocieerd met een afname in overleving van KRAS-mutante NKLK-patiënten in de cBioportal database. Verlies van PTPA resulteerde in verhoogde verankeringsonafhankelijke groei en xenotransplantant groei in KRAS-mutante A549 longkanker cellen, wat geassocieerd was met verhoogde expressie van de oncogene transcriptiefactor c-MYC. Homozygoot en heterozygoot verlies van Ppp2r4 in een LSL-KrasG12D-muismodel was geassocieerd met een versneld begin van tumorigenese, afgeleid van het groter aantal laesies 8 weken na de tumorinductie. Bovendien veroorzaakte het verlies van PTPA in A549 cellen resistentie tegen de MEK-remmer selumetinib, terwijl het de cellen sensibiliseerde voor mTOR inhibitie door temsirolimus, zowel in vitro als in vivo, wat werd bevestigd in de KRAS-mutante NKLK-cellijn A427 met lage PTPA-expressie, in vitro.
Een onbevooroordeelde MS- en fosfo-MS-analyse onthulde dat verlies van PTPA resulteerde in veranderingen in onder andere DNA-schade signaleringsprocessen, zoals blijkt uit Panther Enrichment Analyses. In overeenstemming met deze bevindingen vertoonden KRAS-mutante NKLK-cellen met een verlaagde PTPA expressie een verhoogde weerstand tegen gemcitabine, terwijl cellen met een lage PTPA expressie daarentegen kwetsbaarder waren voor gamma-bestraling. Gezien de centrale rol van PTPA in de assemblage van PP2A-holoenzymen, wilden we bovendien verifiëren of de nieuwe PP2A-activerende geneesmiddelen (Small Molecule Activators of PP2A, SMAP's; improved Heterocyclic PP2A Activators; iHAP's) worden beïnvloed door verlies van PTPA. We observeerden dat voor langdurige in vitro en in vivo behandelingen, verlies van PTPA-niveaus gepaard ging met een verhoogde sensibilisatie voor verschillende van de geteste verbindingen. Zowel voor chemotherapuetica en bestraling, als voor PP2A-activatoren moet het exacte werkingsmechanisme echter nog volledig worden bepaald.
Samengevat hebben we de rol van PTPA met betrekking tot tumorigenese en therapierespons van KRAS-mutante NSCLC in een preklinische setting gevalideerd, en we zijn ervan overtuigd dat onze bevindingen de weg hebben vrijgemaakt voor vervolgonderzoeken in een klinische setting.