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Title
Screening for serine/threonine kinases phosphorylating STAT5A in BCR-ABL1+ leukemias / submitted by Angelika Berger
AuthorBerger, Angelika
CensorSexl, Veronika
Published2015
DescriptionXIV, 122 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2015
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Kinase / Transkriptionsfaktor / STAT / Leukämie / Serin / Phosphorylierung / Translokation
Keywords (EN)kinase / transcription factor / STAT / leukemia / serine / phosphorylation / translocation
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5164 Persistent Identifier (URN)
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Screening for serine/threonine kinases phosphorylating STAT5A in BCR-ABL1+ leukemias [26.64 mb]
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Abstract (German)

Proliferation, Wachstum und Differenzierung in hämatopoetischen Zellen werden maßgeblich von den Transkriptionsfaktoren STAT5A und STAT5B reguliert.Daher kann die Deregulierung von STAT5 Proteinen in einigen Krebsarten beobachtet werden, wobei Tumore des hämatopoetischen Systems besonders häufig betroffen sind. In BCR-ABL1+ Leukämien, ist STAT5 der zentrale Knotenpunkt und unerlässlich für die initiale Transformation durch das Onkogen und das Bestehen der Erkrankung. Darüber hinaus vermittelt STAT5 Resistenzen gegenüber therapeutischen Maßnahmen. Die wichtigste post-translationelle Modifikation der STAT5 Proteine ist die Phosphorylierung der konservierten Tyrosin-Reste, die die transkriptionelle Aktivität reguliert. Die Phosphorylierung der Serin-Reste eines konstitutiv aktiven STAT5A Proteins ist die Voraussetzung für die Transformation zur Leukämie.

Zellen die gleichzeitig das BCR-ABL1 Onkogen und eine Mutante von STAT5A exprimierten, welche die Phosphorylierung der Serine 725 und 779 unmöglich machte (STAT5A-SASA), waren nicht lebensfähig. Diese Beobachtungen wurden im BCRABL1p185+ in vivo Tumormodel bestätigt, wo die Expression von STAT5A-SASA in den Tumorzellen zum späteren Ausbruch der Leukämie führte. Dieser Phänotyp wurde maßgeblich durch die Mutation des Serin-Rests 779 zu Alanin bedingt. Die Translokation von STAT5A in den Zellkern war ohne die Phosphorylierung des Serin-Rests 779 nicht mehr möglich. Dieser Effekt konnte durch die gleichzeitige Expression von Wildtype STAT5A aufgehoben werden. Mittels in vitro Kinase Assays, Coimmunpräzipitationsexperimenten und Versuchen mit Kinaseinhibitoren konnte die Gruppe I der p21-aktivierten Kinasen (PAK) als Regulatoren der STAT5A-S779 Phosphorylierung identifiziert werden. Die PAK1 Kinase phosphorylierte STAT5A am Serin-Rest 779 im Beisein der kleinen GTPase Rac1, die die PAK1 Aktivität reguliert.Durch die Behandlung der leukämischen Zellen mit Tyrosinkinaseinhibitoren änderte sich die PAK-abhängige Serin-phosphorylierung von STAT5A nicht. Diese Ergebnisselegen den Schluss nahe, dass sich die PAK Kinasen und deren Regulatoren, die kleinen GTPasen, als neue therapeutische Ziele in der Behandlung von BCR-ABL1+ Leukämie eignen und unabhängig von der Behandlung mit dem Tyrosinkinaseinhibitor Imatinib sind.

Abstract (English)

In the hematopoietic system elementary cellular processes such as proliferation, survival, growth and differentiation are triggered by the transcription factors STAT5A and STAT5B. The STAT5 proteins are deregulated in different cancer types, in particular in hematopoietic malignancies. In BCR-ABL1+ leukemias, STAT5 represents a critical signaling key node as it is essential for oncogenic transformation and disease maintenance, and promotes therapeutic resistance.

Post-translational modifications such as phosphorylation on conserved tyrosine residues are inevitable for STAT5A/B transcriptional activity and serine phosphorylation of a constitutive active STAT5A variant was shown to be required for transformation. In BCR-ABL1+ cells, the forced expression of STAT5A with impaired serinephosphorylation sites at position 725 and 779 (STAT5A-SASA) resulted in apoptosis. When injected with a virus encoding BCR-ABL1p185+, mice harbouring STAT5A-SASAin their hematopoietic compartment showed a significantly delayed disease onset. The phenotype was accounted for by the mutation of serine 779 to alanine. The mutation blocked the translocation of the STAT5A protein to the nucleus. The effect was only observed in the absence of wild-type STAT5A. Using in vitro kinase assays, kinase inhibitor studies and co-immunoprecipitation assays, the regulating upstream kinases were defined as group I p21-activated kinases (PAK).

STAT5A was phosphorylated by PAK1 kinase in the presence of the regulating small GTPase Rac1. Most importantly, tyrosine kinase inhibitor treatment left PAK-dependent STAT5A serine phosphorylation unaltered. This led us to conclude that blocking the nuclear translocation of STAT5A by inhibition of the PAK kinases or the upstream regulating small GTPases is a new potentially druggable option in BCR-ABL1+ leukemia and independent of the treatment with the tyrosine kinase inhibitor imatinib.