Ізоформа кінази 1 рибосомного протеїну S6, р60-S6K1, є продуктом альтернативної трансляції мРНК

І. В. Заєць, А. С. Сівченко, А. І. Хоруженко, Л. О. Савінська, В. В. Філоненко

Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ;
e-mail: filonenko@imbg.org.ua

S6 кіназа 1 (S6K1) є відомим ефектором mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex 1), що бере участь, головним чином, у регуляції клітинного росту та метаболізму. Порушення регуляції mTOR/S6K1-залежного сигналювання супроводжують розвиток численних патологій в людини, включаючи онкологічні, нейродегенеративні та серцево-судинні захворювання, а також метаболічні розлади. Дані, що є в літературі, надають підстави вважати, що ген S6K1 кодує декілька протеїнових ізоформ кінази, а саме p85-S6K1, p70-S6K1 і p60-S6K1. На сьогодні найдетальніше досліджено p85-S6K1 та p70-S6K1 ізоформи кінази. Похо­дження та функціональне значення ізоформи p60-S6K1 залишається незрозумілим, проте існує припущення, що вона може бути продуктом альтернативної трансляції S6K1 мРНК. У даній роботі наведено дані про створення клітинної лінії HEK-293, в якій відбувається експресія виключно p60-S6K1 внаслідок CRISPR/Cas9-опосредкованої інактивації трансляції протеїнів p85- та p70-S6K1. Більш того, в одержаних модифікованих клітинах виявлено підвищений рівень експресії p60-S6K1 порівняно з вихідними клітинами HEK-293. Наші дані підтверджують припущення, що p60-S6K1 утворюється внаслідок альтернативної трансляції мРНК, швидше за все, спільного для p85- та p70-S6K1 транскрипту і вказують на зв’язок між еспресією p60-S6K1 і такими процесами, як клітинна проліферація та рухливість. Крім того, згідно з представленими даними ізоформа p60-S6K1 може піддаватися окремому способу регуляції порівняно з p70-S6K1, про що свідчить відсутність mTOR-залежного фосфорилування p60-S6K1 за Т389, що є важливим для активації кінази.

Ключові слова: , ,


Посилання:

  1. Dann SG, Selvaraj A, Thomas G. mTOR Complex1-S6K1 signaling: at the crossroads of obesity, diabetes and cancer. Trends Mol Med. 2007 Jun;13(6):252-9. PubMed, CrossRef
  2. Magnuson B, Ekim B, Fingar DC. Regulation and function of ribosomal protein S6 kinase (S6K) within mTOR signalling networks. Biochem J. 2012 Jan 1;441(1):1-21. PubMed, CrossRef
  3. Zoncu R, Efeyan A, Sabatini DM. mTOR: from growth signal integration to cancer, diabetes and ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2011 Jan;12(1):21-35. PubMed, PubMed, CrossRef
  4. Wullschleger S, Loewith R, Hall MN. TOR signaling in growth and metabolism. Cell. 2006 Feb 10;124(3):471-84. PubMed, CrossRef
  5. Fenton TR, Gout IT. Functions and regulation of the 70kDa ribosomal S6 kinases. Int J Biochem Cell Biol. 2011 Jan;43(1):47-59. PubMed, CrossRef
  6. Grove JR, Banerjee P, Balasubramanyam A, Coffer PJ, Price DJ, Avruch J, Woodgett JR. Cloning and expression of two human p70 S6 kinase polypeptides differing only at their amino termini. Mol Cell Biol. 1991 Nov;11(11):5541-50. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Karni R, de Stanchina E, Lowe SW, Sinha R, Mu D, Krainer AR. The gene encoding the splicing factor SF2/ASF is a proto-oncogene. Nat Struct Mol Biol. 2007 Mar;14(3):185-93. PubMed, PubMed, CrossRef
  8. Kim D, Akcakanat A, Singh G, Sharma C, Meric-Bernstam F. Regulation and localization of ribosomal protein S6 kinase 1 isoforms. Growth Factors. 2009 Feb;27(1):12-21. PubMed, CrossRef
  9. Cheatham L, Monfar M, Chou MM, Blenis J. Structural and functional analysis of pp70S6k. Proc Natl Acad Sci USA. 1995 Dec 5;92(25):11696-700.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Mahalingam M, Templeton DJ. Constitutive activation of S6 kinase by deletion of amino-terminal autoinhibitory and rapamycin sensitivity domains. Mol Cell Biol. 1996 Jan;16(1):405-13. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Schalm SS, Blenis J. Identification of a conserved motif required for mTOR signaling. Curr Biol. 2002 Apr 16;12(8):632-9.  PubMed, CrossRef
  12. Panasyuk G, Nemazanyy I, Zhyvoloup A, Bretner M, Litchfield DW, Filonenko V, Gout IT. Nuclear export of S6K1 II is regulated by protein kinase CK2 phosphorylation at Ser-17. J Biol Chem. 2006 Oct 20;281(42):31188-201. PubMed, CrossRef
  13. Bärlund M, Monni O, Kononen J, Cornelison R, Torhorst J, Sauter G, Kallioniemi OLLI-P, Kallioniemi A. Multiple genes at 17q23 undergo amplification and overexpression in breast cancer. Cancer Res. 2000 Oct 1;60(19):5340-4. PubMed
  14. van der Hage JA, van den Broek LJ, Legrand C, Clahsen PC, Bosch CJ, Robanus-Maandag EC, van de Velde CJ, van de Vijver MJ. Overexpression of P70 S6 kinase protein is associated with increased risk of locoregional recurrence in node-negative premenopausal early breast cancer patients. Br J Cancer. 2004 Apr 19;90(8):1543-50. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Bostner J, Karlsson E, Eding CB, Perez-Tenorio G, Franzén H, Konstantinell A, Fornander T, Nordenskjöld B, Stål O. S6 kinase signaling: tamoxifen response and prognostic indication in two breast cancer cohorts. Endocr Relat Cancer. 2015 Jun;22(3):331-43. PubMed, CrossRef
  16. Kremer CL, Klein RR, Mendelson J, Browne W, Samadzedeh LK, Vanpatten K, Highstrom L, Pestano GA, Nagle RB. Expression of mTOR signaling pathway markers in prostate cancer progression. Prostate. 2006 Aug 1;66(11):1203-12. PubMed, CrossRef
  17. Yoshida S, Matsumoto K, Arao T, Taniguchi H, Goto I, Hanafusa T, Nishio K, Yamada Y. Gene amplification of ribosomal protein S6 kinase-1 and -2 in gastric cancer. Anticancer Res. 2013 Feb;33(2):469-75. PubMed
  18. Li PD, Zhang WJ, Zhang MY, Yuan LJ, Cha YL, Ying XF, Wu G, Wang HY. Overexpression of RPS6KB1 predicts worse prognosis in primary HCC patients. Med Oncol. 2012 Dec;29(5):3070-6. PubMed, CrossRef
  19. Ismail HM. Overexpression of s6 kinase 1 in brain tumours is associated with induction of hypoxia-responsive genes and predicts patients’ survival. J Oncol. 2012;2012:416927.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. Lyzogubov V, Khozhaenko Y, Usenko V, Antonjuk S, Ovcharenko G, Tikhonkova I, Filonenko V. Immunohistochemical analysis of Ki-67, PCNA and S6K1/2 expression in human breast cancer. Exp Oncol. 2005 Jun;27(2):141-4. PubMed
  21. Filonenko VV, Tytarenko R, Azatjan SK, Savinska LO, Gaydar YA, Gout IT, Usenko VS, Lyzogubov VV. Immunohistochemical analysis of S6K1 and S6K2 localization in human breast tumors. Exp Oncol. 2004 Dec;26(4):294-9. PubMed
  22. Pérez-Tenorio G, Karlsson E, Waltersson MA, Olsson B, Holmlund B, Nordenskjöld B, Fornander T, Skoog L, Stål O. Clinical potential of the mTOR targets S6K1 and S6K2 in breast cancer. Breast Cancer Res Treat. 2011 Aug;128(3):713-23.  PubMed, CrossRef
  23. Zaiets IV, Sivchenko AS, Khoruzhenko AI, Filonenko VV. Generation of HEK-293 stable cell lines with disrupted expression of ribosomal protein S6 kinase (S6K1) isoforms using the CRISPR/Cas9 genome editing system. Biopolym Cell. 2017;33(5):356-366.  CrossRef
  24. Hsu PD, Scott DA, Weinstein JA, Ran FA, Konermann S, Agarwala V, Li Y, Fine EJ, Wu X, Shalem O, Cradick TJ, Marraffini LA, Bao G, Zhang F. DNA targeting specificity of RNA-guided Cas9 nucleases. Nat Biotechnol. 2013 Sep;31(9):827-32. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Savinska LO, Kijamova RG, Pogrebnoy PV, Ovcharenko GV, Gout IT, Filonenko VV.  Comparative characterization of S6 kinase α and β isoforms expression in mammalian tissues. Biopolym Cell. 2001;17(5):374-379.  CrossRef
  26. Pogrebnoy PV, Kukharenko AP, Tykhonkova IA, Pal’chevskiy SS, Savinskaya LA, Pogrebnaya AP, Valevka TI, Markeeva NV, Soldatkina MA, Matsuka GK, Gout IT, Filonenko VV. Generation and characterization of monoclonal antibodies to p70S6kinase α. Exp Oncol. 1999;21(3-4):232-238.
  27. Isotani S, Hara K, Tokunaga C, Inoue H, Avruch J, Yonezawa K. Immunopurified mammalian target of rapamycin phosphorylates and activates p70 S6 kinase alpha in vitro. J Biol Chem. 1999 Nov 26;274(48):34493-8. PubMed, CrossRef
  28. Burnett PE, Barrow RK, Cohen NA, Snyder SH, Sabatini DM. RAFT1 phosphorylation of the translational regulators p70 S6 kinase and 4E-BP1. Proc Natl Acad Sci USA. 1998 Feb 17;95(4):1432-7. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. Weng QP, Kozlowski M, Belham C, Zhang A, Comb MJ, Avruch J. Regulation of the p70 S6 kinase by phosphorylation in vivo. Analysis using site-specific anti-phosphopeptide antibodies. J Biol Chem. 1998 Jun 26;273(26):16621-9. PubMed, CrossRef
  30. Hara K, Maruki Y, Long X, Yoshino K, Oshiro N, Hidayat S, Tokunaga C, Avruch J, Yonezawa K. Raptor, a binding partner of target of rapamycin (TOR), mediates TOR action. Cell. 2002 Jul 26;110(2):177-89. PubMed, CrossRef
  31. Dennis PB, Pullen N, Kozma SC, Thomas G. The principal rapamycin-sensitive p70(s6k) phosphorylation sites, T-229 and T-389, are differentially regulated by rapamycin-insensitive kinase kinases. Mol Cell Biol. 1996 Nov;16(11):6242-51. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Fingar DC, Richardson CJ, Tee AR, Cheatham L, Tsou C, Blenis J. mTOR controls cell cycle progression through its cell growth effectors S6K1 and 4E-BP1/eukaryotic translation initiation factor 4E. Mol Cell Biol. 2004 Jan;24(1):200-16. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  33. Chiang GG, Abraham RT. Phosphorylation of mammalian target of rapamycin (mTOR) at Ser-2448 is mediated by p70S6 kinase. J Biol Chem. 2005 Jul 8;280(27):25485-90. PubMed, CrossRef
  34. Liu L, Li F, Cardelli JA, Martin KA, Blenis J, Huang S. Rapamycin inhibits cell motility by suppression of mTOR-mediated S6K1 and 4E-BP1 pathways. Oncogene. 2006 Nov 9;25(53):7029-40. PubMed, CrossRef

Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.