Altered Communication between the nucleus and the mitochondria under oncogenic states

致癌状态下细胞核与线粒体之间通讯的改变

基本信息

  • 批准号:
    9764927
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.77万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-15 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project summary Nuclear pore complexes (NPCs) are multi-protein assemblies embedded in the nuclear envelope, forming channels that mediate the regulated bidirectional nucleocytoplasmic transport of macromolecules. This transport allows for communication between the central organelle, the nucleus, and the rest of the cell, providing a crucial means to control gene expression, signaling networks, and cell homeostasis. Due to its central role, even modest disruption of the NPC has profound effects on cellular function, leading to many cancers such as leukemia and sarcomas. Crucially, a major causative connection in cancer and the NPC is the communication between the nucleus and the mitochondria in the apoptotic signaling pathway, triggered by intracellular damage or by oncogenic stress. The examples of Selinexor and Verdinexor have now established nucleocytoplasmic trafficking as a valid and powerful anti-cancer drug target; and there is strong evidence that at least in part these drugs are effective because they regulate this nuclear-mitochondrial communication pathway. We hypothesize that cancer- associated NPC alterations change the NPCs’ structure and interactome that in turn impact their overall capability to serve in transport and intracellular communication. The proposed study is divided into two independent but synergistic aims that will decipher the structural and functional defects caused by these oncogenic alterations, focusing on downstream effects on the nuclear-mitochondrial apoptotic signaling pathway. The first Aim (1.1) is to characterize the changes in NPC interactome caused by oncogenic Nup alterations; specifically the overexpression of Nup62 or Nup88 or presence of TPR-FGFR1 or Nup214-Abl1 fusion mutations. We will establish a tissue culture model system expressing each of these cancer-associated Nup alterations and then compare their interactomes to the normal state using affinity-capture and mass spectrometry methodologies already established in our lab. As an additional tool, we suggest (Aim 1.2) to produce novel research tools in the form of nanobodies against cancer-associated Nups. Importantly, Aim 1.1 is not dependent on Aim 1.2. Aim 2 will focus on the functional impact of the oncogenic alterations. We will first (Aim 2.1) examine how these alterations affect nuclear and mitochondrial morphology and behavior. First we will assess changes in cellular morphology and behavior in cell lines bearing oncogenic Nup alterations. Next, we will assess how the Nup oncogenic alterations affect the mitochondria. Finally (Aim 2.2), we will look for changes in nucleocytoplasmic trafficking under oncogenic conditions and how it affects nuclear – mitochondrial communication. We will monitor for changes in protein import and export, localization of transport factors and we will look for changes in specific mediators of nuclear-mitochondrial signaling. Our techniques and tools will (i) allow us to identify disease-causing alterations in NPC architecture, (ii) detect altered amounts or localizations of Nups due to these alterations, and correlate (i) with (ii) to determine the underlying mechanism of the Nup-induced oncogenic changes.
项目概要 核孔复合物 (NPC) 是嵌入核膜中的多蛋白组装体,形成 介导大分子双向核细胞质转运的通道。此运输 允许中央细胞器、细胞核和细胞其他部分之间的通讯,提供了至关重要的 是指控制基因表达、信号网络和细胞稳态。由于其核心作用,即使是不起眼的 NPC 的破坏对细胞功能具有深远的影响,导致许多癌症,如白血病和 肉瘤。至关重要的是,癌症和鼻咽癌的一个主要致病联系是鼻咽癌之间的沟通。 凋亡信号通路中的细胞核和线粒体,由细胞内损伤或由细胞内损伤触发 致癌应激。 Selinexor 和 Verdinexor 的例子现已建立核细胞质运输 作为有效且强大的抗癌药物靶点;有强有力的证据表明这些药物至少部分是 有效是因为它们调节这种核线粒体通讯途径。我们假设癌症—— 相关的 NPC 改变会改变 NPC 的结构和相互作用组,进而影响其整体 服务于运输和细胞内通讯的能力。拟议的研究分为两个 独立但协同的目标将破译这些造成的结构和功能缺陷 致癌改变,重点关注核线粒体凋亡信号通路的下游影响。 第一个目标 (1.1) 是表征由致癌 Nup 改变引起的 NPC 相互作用组的变化; 特别是 Nup62 或 Nup88 的过度表达或 TPR-FGFR1 或 Nup214-Abl1 融合突变的存在。 我们将建立一个表达这些与癌症相关的 Nup 改变的组织培养模型系统, 然后使用亲和捕获和质谱方法将它们的相互作用组与正常状态进行比较 已经在我们的实验室建立了。作为附加工具,我们建议(目标 1.2)在以下领域开发新颖的研究工具: 对抗癌症相关 Nups 的纳米抗体形式。重要的是,目标 1.1 不依赖于目标 1.2。 目标 2 将重点关注致癌改变的功能影响。我们首先(目标 2.1)研究如何 这些改变影响核和线粒体的形态和行为。首先我们将评估以下方面的变化 具有致癌性 Nup 改变的细胞系的细胞形态和行为。接下来,我们将评估如何 Nup 致癌改变影响线粒体。最后(目标 2.2),我们将寻找以下方面的变化: 致癌条件下的核细胞质运输及其如何影响核 - 线粒体 沟通。我们将监测蛋白质进出口的变化、运输因素的本地化和 我们将寻找核线粒体信号传导的特定介质的变化。 我们的技术和工具将 (i) 使我们能够识别 NPC 结构中引起疾病​​的改变,(ii) 检测 由于这些改变而改变的 Nups 的数量或位置,并将 (i) 与 (ii) 相关联以确定 Nup 诱导致癌变化的潜在机制。

项目成果

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