Proteomic Characterization of the E3 Ubiquitin-Ligase Hakai: Biological Insights and New Therapeutic Strategies

Abstract

[Resumen] El carcinoma es el tipo más común de cáncer y surge de las células epiteliales. La transición del adenoma al carcinoma se asocia con la pérdida de E-cadherina y, en consecuencia, de los contactos intercelulares. La E-cadherina es un supresor tumoral que está regulado negativamente durante la transición epitelio-mesénquima (EMT) y su pérdida es un marcador de mal pronóstico durante la progresión tumoral. Hakai es una E3 ubiquitina-ligasa que media en la ubiquitinación de la E-cadherina, su endocitosis y consecuente degradación. Aunque la E-cadherina es el sustrato más conocido de Hakai, otras dianas moleculares reguladas por Hakai pueden estar involucradas en la plasticidad celular durante la progresión tumoral. En este trabajo, empleamos la técnica iTRAQ para explorar nuevas rutas moleculares involucradas en la EMT inducida por Hakai. Nuestros resultados muestran que Hakai puede tener una influencia importante sobre proteínas relacionadas con el citoesqueleto, proteínas extracelulares asociadas con el exosoma, proteínas relacionadas con el ARN y proteínas involucradas en metabolismo. Entre las proteínas reguladas por Hakai, describimos la Anexina A2 como un nuevo posible sustrato de Hakai. Además, nuestros resultados revelan que la inhibición farmacológica de Hsp90 con geldanamicina resulta en la degradación de Hakai vía lisosoma. Así, proponemos a Hakai como una nueva proteína cliente de la chaperona Hsp90, destacando un mecanismo novedoso por el cual los inhibidores de Hsp90 pueden influir en el proceso EMT mediado por Hakai y el tratamiento del cáncer.

[Resumo] O carcinoma é o tipo de cancro máis común e xorde das células epiteliais. A transición do adenoma ao carcinoma está asociada á perda de E-cadherina e, en consecuencia, aos contactos intercelulares. A E-cadherina é un supresor tumoral que se encontra regulado negativamente durante a transición epitelio-mesénquima (EMT), e a súa perda é un marcador de mala prognose durante a progresión do tumor. Hakai é unha E3 ubiquitina-ligasa que media a ubiquitinización da E-cadherina, a súa endocitose e a súa conseguinte degradación. Aínda que a E-cadherina é o substrato máis coñecido de Hakai, outras dianas moleculares reguladas por Hakai poden estar implicadas na plasticidade celular durante a progresión tumoral. Neste traballo empregamos a técnica iTRAQ para explorar novas vías moleculares implicadas na EMT inducida por Hakai. Os nosos resultados mostran que Hakai pode ter unha influencia importante sobre proteínas relacionadas co citoesqueleto, proteínas extracelulares asociadas co exosoma, proteínas relacionadas co ARN e proteínas implicadas no metabolismo. Entre as proteínas reguladas por Hakai, describimos a Anexina A2 coma un novo posible substrato de Hakai. Ademáis, describimos una relación entre Hakai e o complexo chaperona da proteína Heat shock protein 90 (Hsp90). Tamén, os nosos resultados revelan que a inhibición farmacolóxica de Hsp90 con geldanamicina resulta na degradación de Hakai vía lisosoma. Así, propoñemos a Hakai como unha nova proteína cliente da chaperona Hsp90, destacando un novo mecanismo polo cal os inhibidores de Hsp90 poden influir no proceso de EMT mediado por Hakai e no tratamento do cancro.

[Abstract] Carcinoma is the most common type of cancer and arises from epithelial cells. Transition from adenoma to carcinoma is associated with the loss of E-cadherin and, in consequence, the disruption of cell−cell contacts. E-cadherin is a tumor suppressor which is down-regulated during epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), and its loss is a predictor of poor prognosis during tumor progression. Hakai is an E3 ubiquitin-ligase that mediates E-cadherin ubiquitination, endocytosis and consequent degradation. Although E-cadherin is the most established substrate for Hakai activity, other regulated molecular targets for Hakai may be involved in cancer cell plasticity during tumor progression. In this work we employed an iTRAQ approach to explore novel molecular pathways involved in Hakai-driven EMT. Our results show that Hakai may have an important influence on cytoskeleton-related proteins, extracellular exosome-associated proteins, RNA-related proteins and proteins involved in metabolism. Among Hakai-down-regulated proteins, we describe Annexin A2 as a new possible susbtrate for Hakai. Moreover, we also report an interaction between Hakai and the heat shock protein 90 (Hsp90) chaperone complex. Besides, our results reveal that the pharmacological inhibition of Hsp90 with geldanamycin results in the degradation of Hakai in a lysosome-dependent manner. Based on that, we propose Hakai as a new client protein of Hsp90 chaperone highlighting a new mechanism by which Hsp90 inhibitors may influence Hakai-mediated EMT process and cancer treatment.