Roles of protein kinase C in cell death and breast cancer

Abstract

Aberrant protein kinase C (PKC) activity and expression is implicated in different malignancies. To study the role of different PKC isoforms in breast cancer the expression of PCKα, δ and ε was evaluated in breast cancer tumors. In addition the effect of siRNA-mediated knockdown of the isoforms was studied in a global gene expression analysis. We found that high PKCα levels correlate with poor prognosis, high proliferation and estrogen receptor negativity. We have also seen that PKCα suppresses the expression of stanniocalcin-1 in breast cancer cells.

Previous reports have shown that PKCδ is a survival factor in several breast cancer cells. Here we show that Smac, a proapoptotic protein, associates with PKCδ in many different cancer cell lines. Furthermore, the PKCδ-Smac association was dissociated upon paclitaxel treatment. Upon PKC activation with TPA the PKCδ-Smac complex was stabilized and the paclitaxel-mediated dissociation and death was suppressed. The decreased cell death could potentially be caused by a competition between PKCδ and XIAP for Smac binding. We also show that activation of PKC sensitizes some breast cancer cell lines to a Smac mimetic called LBW242, a small molecule that mimic the effect of Smac. We found that the TPA+LBW242-mediated cell death was dependent on TPA-induced TNFα production. In addition the combination of TPA+LBW242 enables complex II formation and caspase-3 cleavage, a probable cause of the concomitant cell death observed.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

För att cellerna i kroppen ska fungera krävs det att proteinerna i cellerna beter sig som de ska, dvs att de signalerar på ett korrekt sätt. Det finns en mängd olika signalvägar i en cell och lika många olika mekanismer som styr signalvägarna. Mycket av det som sker i cellen regleras på ett eller annat sätt utifrån cellens genetiska kod som finns i DNA.

DNA:t innehåller all cellens information och om DNA:t blir skadat, i form av mutationer, kan det bidra till att cellen börjar producera defekta proteiner eller inga protein alls. Konsekvensen av ett defekt protein kan innebära felaktig signalering i cellen som bidrar till att den utvecklar canceregenskaper. Sådana canceregenskaper är exempelvis okontrollerad delning och/eller förmågan att undvika att dö. Cancer är en mångfacetterad sjukdom och det finns många olika signalvägar och proteiner som kan vara defekta i olika typer av cancer.

I den här avhandlingen har rollen för signalproteinet proteinkinas C (PKC) studerats i bröstcancer. PKC är en familj med flera familjemedlemmar med olika egenskaper men med den gemensamma förmågan att fosforylera andra protein och påverka deras egenskaper.

PKCα, aggressiva bröstcancertumörer och stanniocalcin-1

I paper I använde vi oss av tumörmaterial från olika bröstcancerpatienter för att studera hur uttrycket av PKC såg ut i brösttumörer. Vi såg att en PKC familjemedlem, PKCα, var uttryckt i tumörer med mer aggressiva egenskaper. Vidare såg vi i paper II att samma familjemedlem påverkade uttrycket av vissa gener däribland stanniocalcin-1 (STC1). Den exakta funktionen för STC1 är ännu okänd men STC1 tros kunna påverka olika förlopp i bröstceller som både kan påverka överlevnad men också död.

Man brukar tala om att det finns sex olika områden som är karakteristiska och som bidrar till cancerbildning. Dessa områden utgörs av olika signalvägar eller proteiner som är defekta och som kan ge upphov till cancer. För paper III och paper IV var fokus främst det område som handlar om cancercellens förmåga att undvika att dö dvs att undgå det som kallas cellens självmordsprogram.

Cancercellens självmordsprogram påverkas av PKC

Självmordsprogrammet ska enbart starta då en cell är så pass skadad, t ex av gifter eller mutationer, att den inte kan fungera korrekt. Regleringen av självmordsprogrammet sköts av olika proteiner. I paper III tittade vi närmre på Smac, ett av de proteiner som reglerar cellens självmordsprogram. Vid cellskada bidrar Smac till celldöd genom att hindra funktionen av ett annat protein, IAP, som annars kan bromsa eller stoppa celldöd. Vi såg att PKC-familjemedlemmen PKCδ kunde binda till Smac. Då vi aktiverade PKC kunde denna bindning stärkas och motverka celldöd av paclitaxel, ett cancergift.

I paper IV fortsatte vi studera celldöd genom att använda en kemisk framställd molekyl som ska likna en del av proteinet Smac. Dessa kallas därför ”Smac mimetics” vilket betyder Smac-härmare. Den Smac-härmare vi använt kallas LBW242.

LBW242 är tänkt att fungera genom att hindra det celldödsbromsande proteinet IAP och på så sätt underlätta för celldöd i cancerceller. LBW242 har dock ytterligare egenskaper. LBW242 och andra Smac-härmare kan påverka signaleringen från en receptor. En receptor är en mottagare och vidarebefordrare av signaler som sitter på cellens yta. Då LBW242 tillsätts ändrar receptorn sitt sätt att signalera i vissa celler. Vissa cancerceller ändrar om till ett ”celldödsläge” och cancercellen dör. Vissa cancerceller svarar dock inte med detta ”dödsläge” utan är okänsliga för LBW242. I paper IV visar vi att då man kombinerar LBW242 med ett ämne som aktiverar PKC (TPA) så dör en viss grupp bröstcancerceller. Dessa bröstcancerceller tillhör en grupp som man brukar klassificera som svårbehandlade.

I denna avhandling har vi sett att PKCα kan vara en markör för vissa aggressiva bröstcancer. Vidare har vi sett att PKCα kan styra regleringen av stanniocalcin-1.

Vi har även sett att PKCδ binder till Smac och att en intakt bindning gör cellen mindre känslig mot ett särskilt cancergift. Utöver detta ser vi att PKC-aktivering tillsammans med en Smac-härmare leder till celldöd i vissa bröstcancerceller.

• author: Cornmark, Louise
• supervisor: Christer Larsson; Annika Jögi; Håkan Axelson; Katarzyna Masoumi
• opponent: Associate Professor Shoshan, Maria, Department of Oncology-Pathology, Cancer Center Karolinska, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden
• organization: Department of Translational Medicine; BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation
• publishing date: 2013
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• keywords: breast cancer, protein kinase C, apoptosis, cell death, Smac, Smac mimetics, IAP, stanniocalcin-1
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2013:41
• pages: 147 pages
• defense location: The main lecture hall, Jan Waldenströms gata 59, ingång 78, Skåne University Hospital, Malmö
• defense date: 2013-04-26 09:15:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87449-11-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Tumour Cell Biology (013017530)
• id: e02be801-1e7a-4f19-8ee7-44502d1cdbd5 (old id 3629703)
• date added to LUP: 2016-04-01 13:17:54
• date last changed: 2019-05-22 00:36:34