The role of lysosomal deregulation in cancer progression

点击翻译按钮获取中文摘要

Project Summary  Aggressive metastatic breast cancer is responsible for the deaths of more than 40,000 people per year in the  U.S., despite the best efforts of researchers and clinical oncologists. I have recently discovered a potentially  important mechanism regarding the generation of a unique secretome by breast cancer cells, which makes  an  essential  contribution  to  their  invasiveness  and  metastatic  capability.  Specifically,  I  have  delineated  an  intriguing  connection  between  the  down-­regulation  of  Sirtuin  1  (Sirt1),  a  NAD-­dependent  deacetylase,  in  aggressive  breast  cancer  cells and the corresponding  reduction  in  the  expression  of a  major  subunit  of the  vacuolar ATPase (V-­ATPase), which results in the impairment of their lysosomes and consequently, dramatic  changes  in  their  secretome.  These  changes  include  a  significant  increase  in  the  number  of  exosomes  generated by breast cancer cells, and an enrichment in their ubiquitylated protein cargo.  Exosomes are small  (extracellular)  vesicles,  ~30-­150  nm  in  size,  that  contain  a  wide  range  of  cargo  including  proteins,  RNA  transcripts, microRNA, and even DNA. They function as mediators of intercellular communication and have  been implicated in a number of aspects of cancer progression, including the promotion of chemo-­resistance  and the formation of a pre-­metastatic niche. Because exosomes are also attractive vehicles for the delivery  of  therapeutic  agents,  studies  aimed  at  determining  how  exosomes  are  formed  and  released,  as  well  as  characterizing their functional properties, are being extensively pursued.  Thus, these findings now highlight  how  aggressive  breast  cancer  cells  generate  exosomes  containing  unique  cargo,  which  contribute  to  the  metastatic  capability  of  breast  cancer  cells.    I  further  discovered  that  the  down-­regulation  of  Sirt1  in  breast  cancer cells results in a significant increase in the secretion of soluble hydrolases, in particular, cathepsins.   Collectively,  these  components  making  up  the  secretome  of  aggressive  breast  cancer  cells  give  rise  to  a  marked enhancement in migratory and invasive activity. In the F99 phase of this application, these discoveries  will  be  extended  by  determining  the  underlying  mechanisms  by  which  the  down-­regulation  of  Sirt1  in  aggressive cancer cells leads to a reduced expression of the V-­ATPase (Aim 1).  A particular emphasis will  be  to  identify  the  Sirt1  substrate  that  is  directly  responsible  for  regulating  the  stability  of  the  RNA  transcript  encoding  one  of  the  major  subunits  of  the  V-­ATPase.    In  the  K00  phase  of  the  proposal  (Aim  2),  a  research/training environment will be sought to develop animal models that will further establish the functional  connection between Sirt1, the v-­ATPase and lysosomal function, and demonstrate how this contributes to the  metastatic state.  The ultimate goal of my studies will be to highlight strategies that alter these connections in  a manner that leads to new anti-­cancer therapies.