Efecto de NUAK1 en el splicing de G6PD dependiente de hnRNPK en células de cáncer colorrectal.

Abstract

El cáncer es una patología con elevada incidencia y mortalidad a nivel mundial, donde destaca el cáncer colorrectal. A nivel molecular, las células tumorales requieren reprogramar su metabolismo para poder sobrevivir a condiciones de estrés o permitir la patológica tasa de crecimiento y proliferación. En consecuencia, las células tumorales presentan elevada tasa biosintética, bioenergética alterada y necesidad de balance redox. En particular, se encuentra alterada la vía de las pentosas fosfato, que se ha descrito como fundamental en la transformación neoplásica. Esta vía es regulada principalmente a través de los niveles de G6PD, la enzima limitante. Esta enzima incrementa su expresión frente a distintos contextos, como el estrés oxidativo o el factor de crecimiento insulina. Adicionalmente se ha descrito como blanco de múltiples oncogenes. Un tipo de regulación para G6PD ocurre a nivel post-transcripcional, donde la ribonucleoproteína hnRNPK regula negativamente sus niveles de ARNm maduro al unirse al exón 12 y promover la retención de intrones. De manera interesante, en nuestro laboratorio encontramos que hnRNPK es un interactor nuclear de la quinasa NUAK1 y presenta potenciales sitios de fosforilación para esta quinasa, en los residuos de serina89 y serina417. NUAK1 es una serina/treonina quinasa de la familia de las AMP quinasas que está sobre expresada en diferentes tipos de cáncer y que se ha relacionado con una menor sobrevida y un peor pronóstico en general. Según los antecedentes, propusimos que NUAK1 favorece la respuesta proliferativa al fosforilar a hnRNPK, inactivándola e interfiriendo con su acción en el splicing de G6PD. Para dilucidar esta relación, estudiamos el rol de NUAK1 en el procesamiento de G6PD mediado por hnRNPK. Realizamos modelamientos moleculares para evaluar si la fosforilación de residuos serina89 y serina417 puede inducir un efecto inhibitorio en la unión de hnRNPK al pre-ARNm de G6PD. Obtuvimos un cambio conformacional que impide a la hnRNPK unirse al exón 12 de G6PD de manera eficiente. Por otro lado, evaluamos el efecto de NUAK1 en el procesamiento de G6PD, en la unión de hnRNPK con el ARNm inmaduro de G6PD y adicionalmente diseñamos un reportero de splicing de doble luciferasa. Encontramos que en la línea HCT116P53-/-, NUAK1 favorece el procesamiento del ARNm inmaduro de G6PD asociado a su regulación sobre hnRNPK. Nuestros hallazgos indican que NUAK1 regula los niveles de G6PD, y lo proponen como un potencial promotor de la vía de las pentosas.

Cancer is a pathology with high incidence and mortality worldwide, where colorectal cancer stands out. At the molecular level, tumor cells must reprogram their metabolism to survive stress conditions or allow pathological growth and proliferation rates. Consequently, tumor cells present a high biosynthetic rate, altered bioenergetics, and a need for redox balance. One altered pathway corresponds to pentose phosphate, which is fundamental in neoplastic transformation. This pathway is mainly regulated through levels of G6PD, the rate-limiting enzyme. This enzyme increases its expression in different contexts, such as oxidative stress or insulin growth factor stimulation. Additionally, it has been described as a target of multiple oncogenes. At the post-transcriptional level, hnRNPK negatively regulates G6PD mature mRNA levels by binding to exon 12 and promoting intron retention. Interestingly, our laboratory found that hnRNPK is a nuclear interactor of NUAK1, and it contains two potential NUAK1 phosphorylation sites, serine89 and serine417 residues. NUAK1 is a serine/threonine kinase of the AMP kinase family highly expressed in cancer, which has been associated with decreased survival and a poorer overall prognosis. We proposed that NUAK1 promotes the proliferative response to growth factor by phosphorylating hnRNPK, inactivating it, and interfering with its action on G6PD splicing. To elucidate this hypothesis, we studied the role of NUAK1 in G6PD processing through hnRNPK. We performed molecular modeling to study whether phosphorylation of potential residues for NUAK1 can inhibit the binding of hnRNPK to the G6PD pre-mRNA. We obtained a conformational change that efficiently prevents the ribonucleoprotein from binding to G6PD exon 12. On the other hand, we evaluated the effect of NUAK1 on G6PD processing, the binding of hnRNPK to immature G6PD mRNA, and additionally designed a double luciferase splicing reporter. In the HCT116P53-/- cell line, we found that NUAK1 favors the processing of immature G6PD mRNA associated with its regulation of hnRNPK. Our findings found that NUAK1 regulates G6PD levels, proposing it as a potential promoter of the pentose phosphate pathway.