Dissecting and Targeting the PUMA and OLIG2 Control Points of Tumors of Neuroectodermal Origin with Stapled Peptides

Tumors of neuroectodermal origin are among the most aggressive and treatment-refractory forms of human cancer. While such tumors arise from a variety of defects, two key targets are the transcription factors p53 and OLIG2. We have developed stabilized peptides to study and target deregulated p53 and OLIG2 pathways in neuroectodermal cancers. PUMA (p53-upregulated modulator of apoptosis) is a BH3-only member of the BCL-2 protein family that regulates apoptosis in response to p53-dependent and p53-independent stress signals. The specific interactions that mediate the pro-apoptotic activity of PUMA remain controversial. We generated stabilized alpha-helices of BCL-2 domains (SAHB) peptides modeled after the BH3 effector domain of PUMA. Structural analyses determined that PUMA SAHB contacts BAX at both the N-terminal $\alpha1/\alpha6$ trigger site and the canonical BH3 binding pocket, binding events that functionally activate BAX. Notably, both PUMA SAHB and PUMA protein pull-downs identified anti- and pro-apoptotic binding partners in a cellular context. As PUMA has been implicated in driving apoptosis in multiple neural cell types, we further demonstrated that treatment of neuroblastoma cell lines with a cell-permeable PUMA SAHB analog triggered dose-dependent apoptosis. Together, we find that the PUMA BH3 domain activates apoptosis through multimodal interactions with BCL-2 family proteins, and its mimetics may serve as prototype therapeutics in tumors of neural origin. Whereas suppression of p53 signaling and apoptosis are features of diverse tumor types, the basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor OLIG2 is selectively overexpressed in gliomas. Early in development, OLIG2 is responsible for maintaining progenitor cells in a replication-competent state. Tumor stem cells are believed to co-opt this OLIG2 functionality to continually repopulate glial tumors. To achieve its transcriptional function, OLIG2 must dimerize via its bHLH domain. Stabilized alpha-helices of OLIG2 (SAH-OLIG2) peptides of the OLIG2 bHLH domain were generated in an effort to disrupt this pathologic dimerization. While helical stabilization of several SAH-OLIG2 peptides was achieved, specific engagement and disruption of the native bHLH dimer did not occur, informing alternative design strategies for future targeting efforts. These studies underscored the importance of interrogating the OLIG2 dimeric structure and catalyzed the discovery of candidate OLIG2 interaction partners for therapeutic targeting

Transient Unfolding and Long-Range Interactions in Viral BCL2 M11 Enable Binding to the BECN1 BH3 Domain

Viral BCL2 proteins (vBCL2s) help to sustain chronic infection of host proteins to inhibit apoptosis and autophagy. However, details of conformational changes in vBCL2s that enable binding to BH3Ds remain unknown. Using all-atom, multiple microsecond-long molecular dynamic simulations (totaling 17 μs) of the murine γ-herpesvirus 68 vBCL2 (M11), and statistical inference techniques, we show that regions of M11 transiently unfold and refold upon binding of the BH3D. Further, we show that this partial unfolding/refolding within M11 is mediated by a network of hydrophobic interactions, which includes residues that are 10 Å away from the BH3D binding cleft. We experimentally validate the role of these hydrophobic interactions by quantifying the impact of mutating these residues on binding to the Beclin1/BECN1 BH3D, demonstrating that these mutations adversely affect both protein stability and binding. To our knowledge, this is the first study detailing the binding-associated conformational changes and presence of long-range interactions within vBCL2s

Mechanistic details of apoptosis-regulatory proteins BAX and BFL1 at the membrane level

252 p.La homeostasis de tejidos es considerado como el equilibrio entre la muerte y proliferación celular, y es por ello que su desregulación a menudo está asociada a diversas situaciones patológicas, tales como enfermedades neurodegenerativas o el cáncer. Este equilibrio, se encuentra regulado principalmente por un mecanismo denominado apoptosis o suicidio celular. La familia de proteínas BCL2 se erige como pieza clave en la regulación de este mecanismo, principalmente, a nivel de la permeabilización de la membrana externa mitocondrial (MEM). En las últimas décadas, se han realizado avances de notoria importancia en el conocimiento sobre los mecanismos de acción e interacción de esta familia de proteínas, Sin embargo, importantes aspectos del proceso de activación de las proteinas proapoptóticas tipo BAX (BAX, BAK y quizás BOK) se encuentran vagamente descritos, desconociendo entre otros aspectos la disposición estructural exacta que la proteína BAX adopta en membrana o la cantidad mínima de subunidades de BAX necesarias para la formación del poro. Por otra parte, puesto que la membrana conforma el locus biológico de estas proteinas, el estudio del componente lipídico y de la propia membrana se encuentra actualmente en boga. Concretamente, el lípido especifico de la mitocondria, cardiolipina (CL), se ha erigido como uno de los moduladores claves de la apoptosis. Sin embargo, a pesar de su importancia, la función exacta de la CL en particular y de los lípidos en general, en las actividades de membrana de las BCL2, se encuentra vagamente descrita. Además, dilucidar el modo de acción de las proteinas antiapoptóticas o tipo BCL2, mediadoras del bloqueo de la actividad de las proapoptóticas, es considerado uno de los pilares fundamentales en el desarrollo de posibles dianas terapéuticas. El objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido avanzar en la comprensión de los mecanismos de acción de la familia de proteínas BCL2, así como de los factores reguladores que modulan su actividad durante la apoptosis. Concretamente, nos centramos en dos miembros de la familia: la proapoptótica multidominio prototípica BAX, y la poco estudiada proteína antiapoptótica BFL1. Para la consecución de estos objetivos, se han realizado estudios a nivel de membrana tanto en sistemas modelo como en células, mediante diversas técnicas biofísicas cuantitativas. Considerando todo referente a la topología de BAX en membrana, concluimos que en ausencia de estímulo apoptótico BAX adopta una estructura globular apoyando su C-terminal en la membrana, conformación a la cual hemos denominado "lipid primed", ya que el lípido parece favorecer la exposición del bolsillo hidrofóbico que actuará como receptor en el proceso apoptótico. Sin embargo, una vez activada, BAX adopta una configuración BH3 into groove donde la inserción del dominio core, pero no del dominio latch, se antoja indispensable para la formación del poro apoptótico. Referente a BFL1 y sus actividades de membrana, concluimos que BFL1 posee un mecanismo de acción multimodal (MODO-0 o retrotranslocación de BAX, MODO-1 o formación de un hetero-complejo con la proteína proapoptótica cBID y MODO-2 interacción con la proteína BAX activa) y bifuncional (fenotipo antiapoptótico y proapoptótico) regulado por la cantidad de CL en la membrana. BFL1 ejerce su actividad antiapoptótica mediada por interacciones canónicas BH3-into-groove mientras que en membranas con alto contenido en cardiolipina, las cuales imitan los microdominios de este lípido descritos en condiciones apoptóticas, BFL1 no solo pierde la capacidad de formar heterodímeros con los miembros proapoptóticos, sino que también es capaz de homodimerizar vía una superficie no descrita previamente situada en el dominio BH4 de la proteína

Mechanistic details of apoptosis-regulatory proteins BAX and BFL1 at the membrane level

252 p.La homeostasis de tejidos es considerado como el equilibrio entre la muerte y proliferación celular, y es por ello que su desregulación a menudo está asociada a diversas situaciones patológicas, tales como enfermedades neurodegenerativas o el cáncer. Este equilibrio, se encuentra regulado principalmente por un mecanismo denominado apoptosis o suicidio celular. La familia de proteínas BCL2 se erige como pieza clave en la regulación de este mecanismo, principalmente, a nivel de la permeabilización de la membrana externa mitocondrial (MEM). En las últimas décadas, se han realizado avances de notoria importancia en el conocimiento sobre los mecanismos de acción e interacción de esta familia de proteínas, Sin embargo, importantes aspectos del proceso de activación de las proteinas proapoptóticas tipo BAX (BAX, BAK y quizás BOK) se encuentran vagamente descritos, desconociendo entre otros aspectos la disposición estructural exacta que la proteína BAX adopta en membrana o la cantidad mínima de subunidades de BAX necesarias para la formación del poro. Por otra parte, puesto que la membrana conforma el locus biológico de estas proteinas, el estudio del componente lipídico y de la propia membrana se encuentra actualmente en boga. Concretamente, el lípido especifico de la mitocondria, cardiolipina (CL), se ha erigido como uno de los moduladores claves de la apoptosis. Sin embargo, a pesar de su importancia, la función exacta de la CL en particular y de los lípidos en general, en las actividades de membrana de las BCL2, se encuentra vagamente descrita. Además, dilucidar el modo de acción de las proteinas antiapoptóticas o tipo BCL2, mediadoras del bloqueo de la actividad de las proapoptóticas, es considerado uno de los pilares fundamentales en el desarrollo de posibles dianas terapéuticas. El objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido avanzar en la comprensión de los mecanismos de acción de la familia de proteínas BCL2, así como de los factores reguladores que modulan su actividad durante la apoptosis. Concretamente, nos centramos en dos miembros de la familia: la proapoptótica multidominio prototípica BAX, y la poco estudiada proteína antiapoptótica BFL1. Para la consecución de estos objetivos, se han realizado estudios a nivel de membrana tanto en sistemas modelo como en células, mediante diversas técnicas biofísicas cuantitativas. Considerando todo referente a la topología de BAX en membrana, concluimos que en ausencia de estímulo apoptótico BAX adopta una estructura globular apoyando su C-terminal en la membrana, conformación a la cual hemos denominado "lipid primed", ya que el lípido parece favorecer la exposición del bolsillo hidrofóbico que actuará como receptor en el proceso apoptótico. Sin embargo, una vez activada, BAX adopta una configuración BH3 into groove donde la inserción del dominio core, pero no del dominio latch, se antoja indispensable para la formación del poro apoptótico. Referente a BFL1 y sus actividades de membrana, concluimos que BFL1 posee un mecanismo de acción multimodal (MODO-0 o retrotranslocación de BAX, MODO-1 o formación de un hetero-complejo con la proteína proapoptótica cBID y MODO-2 interacción con la proteína BAX activa) y bifuncional (fenotipo antiapoptótico y proapoptótico) regulado por la cantidad de CL en la membrana. BFL1 ejerce su actividad antiapoptótica mediada por interacciones canónicas BH3-into-groove mientras que en membranas con alto contenido en cardiolipina, las cuales imitan los microdominios de este lípido descritos en condiciones apoptóticas, BFL1 no solo pierde la capacidad de formar heterodímeros con los miembros proapoptóticos, sino que también es capaz de homodimerizar vía una superficie no descrita previamente situada en el dominio BH4 de la proteína

Mechanistic details of apoptosis-regulatory proteins BAX and BFL1 at the membrane level

252 p.La homeostasis de tejidos es considerado como el equilibrio entre la muerte y proliferación celular, y es por ello que su desregulación a menudo está asociada a diversas situaciones patológicas, tales como enfermedades neurodegenerativas o el cáncer. Este equilibrio, se encuentra regulado principalmente por un mecanismo denominado apoptosis o suicidio celular. La familia de proteínas BCL2 se erige como pieza clave en la regulación de este mecanismo, principalmente, a nivel de la permeabilización de la membrana externa mitocondrial (MEM). En las últimas décadas, se han realizado avances de notoria importancia en el conocimiento sobre los mecanismos de acción e interacción de esta familia de proteínas, Sin embargo, importantes aspectos del proceso de activación de las proteinas proapoptóticas tipo BAX (BAX, BAK y quizás BOK) se encuentran vagamente descritos, desconociendo entre otros aspectos la disposición estructural exacta que la proteína BAX adopta en membrana o la cantidad mínima de subunidades de BAX necesarias para la formación del poro. Por otra parte, puesto que la membrana conforma el locus biológico de estas proteinas, el estudio del componente lipídico y de la propia membrana se encuentra actualmente en boga. Concretamente, el lípido especifico de la mitocondria, cardiolipina (CL), se ha erigido como uno de los moduladores claves de la apoptosis. Sin embargo, a pesar de su importancia, la función exacta de la CL en particular y de los lípidos en general, en las actividades de membrana de las BCL2, se encuentra vagamente descrita. Además, dilucidar el modo de acción de las proteinas antiapoptóticas o tipo BCL2, mediadoras del bloqueo de la actividad de las proapoptóticas, es considerado uno de los pilares fundamentales en el desarrollo de posibles dianas terapéuticas. El objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido avanzar en la comprensión de los mecanismos de acción de la familia de proteínas BCL2, así como de los factores reguladores que modulan su actividad durante la apoptosis. Concretamente, nos centramos en dos miembros de la familia: la proapoptótica multidominio prototípica BAX, y la poco estudiada proteína antiapoptótica BFL1. Para la consecución de estos objetivos, se han realizado estudios a nivel de membrana tanto en sistemas modelo como en células, mediante diversas técnicas biofísicas cuantitativas. Considerando todo referente a la topología de BAX en membrana, concluimos que en ausencia de estímulo apoptótico BAX adopta una estructura globular apoyando su C-terminal en la membrana, conformación a la cual hemos denominado "lipid primed", ya que el lípido parece favorecer la exposición del bolsillo hidrofóbico que actuará como receptor en el proceso apoptótico. Sin embargo, una vez activada, BAX adopta una configuración BH3 into groove donde la inserción del dominio core, pero no del dominio latch, se antoja indispensable para la formación del poro apoptótico. Referente a BFL1 y sus actividades de membrana, concluimos que BFL1 posee un mecanismo de acción multimodal (MODO-0 o retrotranslocación de BAX, MODO-1 o formación de un hetero-complejo con la proteína proapoptótica cBID y MODO-2 interacción con la proteína BAX activa) y bifuncional (fenotipo antiapoptótico y proapoptótico) regulado por la cantidad de CL en la membrana. BFL1 ejerce su actividad antiapoptótica mediada por interacciones canónicas BH3-into-groove mientras que en membranas con alto contenido en cardiolipina, las cuales imitan los microdominios de este lípido descritos en condiciones apoptóticas, BFL1 no solo pierde la capacidad de formar heterodímeros con los miembros proapoptóticos, sino que también es capaz de homodimerizar vía una superficie no descrita previamente situada en el dominio BH4 de la proteína

Modeling the Tripartite Role of Cyclin C in Cellular Stress Response Coordination

For normal cellular function, exogenous signals must be interpreted and careful coordination must take place to ensure desired fates are achieved. Mitochondria are key regulatory nodes of cellular fate, undergoing fission/fusion cycles depending on the needs of the cell, and help mediate cell death fates. The CKM or Cdk8 kinase module, is composed of cyclin C (CC), Cdk8, Med12/12L, and Med13/13L. The CKM controls RNA polymerase II, acting as a regulator of stress-response and growth-control genes. Following stress, CC translocates to the mitochondria and interacts with both fission and iRCD apoptotic mediators. We hypothesize that CC represents a key mediator, linking transcription to mitochondrial fission and RCD. A more in-depth analysis of the roles of CC and the protein interactions that mediate them encompasses the focus of this dissertation. To mediate individual functions, CC uses distinct binding partners. We revealed the presence two separable/discrete cyclin box domains. To determine the residues mediating these functions, rigid body protein-protein docking simulations were performed using human cyclin C, Drp1, and Bax. These analyses revealed specific residues which support distinct functions of the CB1 and CB2 domains. Results indicate that modeled Bax-interacting residues are concentrated to the first half of the CB2 domain, while Drp1-interacting residues span the entirety of the CB2 domain. Interestingly, we determined that CC contains a unique BH2-like domain, normally only found in Bcl-2 protein family members, which appears to mediate interactions with Bax. Results from human protein modeling simulations were then applied to yeast homologous proteins. As presented here, yeast studies have confirmed residues that mediate interaction between CC and fission machinery. The results support the model that CB1 and CB2 are distinct, mediating independent functionalities. We suggest a model that CC possesses three distinct interaction domains and acts to bridge fission and apoptotic machinery, either in a mutually exclusive or trimeric manner. In conclusion, CC is shown to mediate each of its unique functions through distinct interacting residues and interfaces. With CC implicated in many human disorders, this will serve as a tool to study disease pathogeneses and treatments, taking into account unique interfaces governing the tripartite functions

Estudio de la inmunogenicidad y mecanismos de muerte celular en nuevas terapias antitumorales. Aplicación al mieloma múltiple

En la investigación oncológica, el estudio de los mecanismos moleculares de muerte celular provocados por la quimioterapia es esencial no sólo para llegar a comprender los mecanismos de acción inherentes de estos fármacos, sino también para idear, optimizar y mejorar nuevos enfoques terapéuticos que permitan atajar las tan temidas recaídas. Además, durante los últimos años, la inmunoterapia ha irrumpido en la clínica como un tratamiento que brinda de una cierta esperanza a los pacientes con cáncer. Hoy en día, los tratamientos antitumorales utilizados o en desarrollo son capaces de inducir muerte celular mediante distintos mecanismos como la apoptosis, necroptosis, muerte celular inmunogénica (ICD), catástrofe mitótica, entre otras. Nuestro objetivo durante este trabajo ha sido estudiar los diferentes mecanismos de muerte celular inducidos por fármacos antitumorales actuales o de reciente introducción en la clínica, así como explorar la naturaleza inmunogénica subyacente a dichos tipos de muerte celular.Por un lado, se ha estudiado la contribución de la catástrofe mitótica en la inducción de muerte celular por agentes antimitóticos, así como los mecanismos de muerte accionados cuando dichos fármacos se utilizan en combinación con miméticos de BH3. Los resultados mostraron la existencia de una gran variabilidad inter- e intraindividual en los comportamientos y destinos celulares en respuesta a los distintos compuestos antimitóticos (barasertib, alisertib, vincristina y docetaxel). No obstante, la combinación de los distintos compuestos antimitóticos ensayados con miméticos de BH3 mostró una potenciación de la citotoxicidad en líneas celulares tumorales adherentes, siendo la muerte celular experimentada dependiente de caspasas y de Bax y Bak. En cuanto al papel de la familia de Bcl-2 en la muerte inducida por estos fármacos, los datos parecen indicar que los miembros anti-apoptóticos de esta familia contribuyen de forma cooperativa y acumulativa. Además, a pesar de que se trata un tema bajo debate, los experimentos con microscopía de fluorescencia en time-lapse sugieren que la duración del arresto mitótico influye en el destino ante dicho bloqueo. Cuando se combinó los compuestos antimitóticos con el mimético de BH3, ABT-737, se aceleraba la muerte celular y aumentaba el porcentaje de células que sucumbían durante la mitosis, especialmente en aquellas combinaciones donde el arresto mitótico era más prolongado. En el caso particular del inhibidor de aurora-B (barasertib), la potenciación de la muerte celular cuando se combinaba con ABT-737 sigue un mecanismo molecular diferente. El tratamiento con barasertib indujo marcadores de senescencia en diversas líneas celulares tumorales y la administración posterior de ABT-737 sensibilizaba de forma efectiva a dichas células induciendo una potente respuesta citotóxica. Por otro lado, en este trabajo se ha estudiado la inmunogenicidad y los mecanismos de muerte celular inducidos por la combinación de inhibidores del proteasoma con inhibidores de autofagia o compuestos inductores de estrés en el retículo endoplasmático en diversos modelos de mieloma múltiple. A pesar de que las terapias actuales han conseguido extender la esperanza de vida de esta enfermedad, sigue siendo una neoplasia incurable. En concreto, aunque los inhibidores de proteasoma han demostrado una validada eficacia clínica, la resistencia a estos fármacos sigue siendo recurrente y abarca la mayoría de las recidivas. Esta situación por tanto exige que se diseñen y estudien nuevos esquemas terapéuticos para abordar las recaídas. Así, en un trabajo previo del grupo se demostró la capacidad del inhibidor de autofagia cloroquina para potenciar la muerte celular inducida por carfilzomib. Durante este trabajo, se ha logrado observar también una intensificación similar de la muerte celular en las diferentes líneas celulares humanas y murinas analizadas. Además, la capacidad citotóxica mejorada de esta combinación también se ha constatado en una amplia colección de muestras primarias de médula ósea aisladas de pacientes con mieloma múltiple. De manera similar a lo que ocurre con la cloroquina, también hemos observado que el DBeQ, inhibidor de VCP/p97, también aumenta notablemente la muerte celular inducida por carfilzomib tanto en líneas celulares de MM como en células de mieloma primarias aisladas de la médula ósea de pacientes con esta enfermedad. Además, nuestros resultados indican que las combinaciones de carfilzomib con CLQ o DBeQ no sólo potencian, sino que también aceleran la muerte celular. Sin embargo, el mecanismo de acción por el cual se provoca dicha potenciación no se ha aclarado completamente. Los resultados de este trabajo mostraron que estos tratamientos aumentaban la expresión de varios marcadores de la respuesta a estrés en el retículo. No obstante, dicha respuesta, dependía estrechamente del tiempo y variaba sustancialmente entre las distintas líneas celulares de mieloma. La familia Bcl-2 ocupa una posición trascendental en las respuestas mediadas por estrés en el ER. A este respecto, nuestros datos revelaron una acumulación temprana transitoria de diversos miembros tanto anti- como proapoptóticos de esta familia (Mcl-1, Bim, PUMA y en menor medida NOXA). No obstante, nuestros datos mostraron que la línea celular deficiente para Bim sólo ofrecía una protección parcial contra la muerte celular inducida por los fármacos utilizados. Por lo tanto, su deficiencia podría estar compensada por otros miembros de BH3 capaces de desencadenar la muerte celular tras el tratamiento farmacológico. Por otro lado, aunque todavía no se conoce con exactitud el mecanismo molecular responsable de la muerte celular inducida por estrés en el ER, existen pruebas de la participación tanto de la vía de los receptores mortales como de la vía intrínseca de la apoptosis. Para instigar la muerte celular por la vía canónica, se requiere la permeabilización de la membrana externa mitocondrial (MOMP) inducida por la oligomerización de Bax y Bak. Sin embargo, nuestros datos han demostrado la capacidad de las combinaciones de fármacos utilizadas de inducir la muerte celular en células deficientes en Bax y Bak. Así mismo, la muerte celular inducida por las combinaciones basadas en carfilzomib era dependiente de caspasas en la mayoría de las líneas celulares analizadas, aunque la contribución relativa de cada miembro de esta familia variaba con las diferentes líneas celulares utilizadas. Aunque precisa de un estudio más detallado, los datos obtenidos en este trabajo parecen indicar que la autofagia no juega un papel principal en la potenciación ejercida por la cloroquina sobre la muerte inducida por carfilzomib en nuestros modelos experimentales. En su lugar, los datos apuntan a que la cloroquina pueda ejercer de modulador alostérico sobre el proteasoma potenciando la inhibición de este cuando se utiliza en combinación con carfilzomib. En cuanto al estudio de la capacidad inmunogénica de estos tratamientos, se observó que in vitro, las combinaciones de fármacos eran capaces de inducir la expresión de diversas señales inmunogénicas (expresión de ecto-CRT, Hsp70 y BiP), así como la maduración de células dendríticas cuando estas eran coincubadas con restos apoptóticos de células tratadas con las formulaciones ensayadas. Sin embargo, las respuestas in vivo en los experimentos de vacunación en el modelo ortotópico de mieloma murino MOPC315.BM mostraron que la muerte celular provocada por la combinación de carfilzomib con cloroquina no proporcionaba un efecto protector contra el desarrollo de la enfermedad. Tan solo cuando la combinación de fármacos utilizada para tratar las células de mieloma contenía el inhibidor general de caspasas zVAD-fmk, se consiguió retrasar de forma débil el desarrollo del mieloma. Tal y como apuntan algunos estudios, esto podría indicar que las caspasas juegan un papel en la inmunogenicidad de la muerte celular. A la vista de nuestros datos, la emisión de DAMPs por sí misma podría no ser suficiente para provocar respuestas inmunitarias activas contra el cáncer. De hecho, se considera igualmente decisivo los mecanismos subyacentes involucrados en la recepción, transmisión y respuesta de las células inmunes a estas señales de peligro, así como la propia naturaleza inmunosupresora de esta enfermedad. Una de las razones detrás de la disfunción inmune observada en el mieloma múltiple está mediada por la regulación negativa ejercida por las proteínas inhibidoras del punto de control como el eje PD-1/PD-L1. Sin embargo, ni el tratamiento individual con anticuerpos monoclonales dirigidos contra los inhibidores del punto de control (anti-PD1), ni su combinación con la formulación de vacunación antes mencionada, extendían significativamente la supervivencia de los ratones. Es posible que redes moleculares mas complejas estén involucradas en la generación de una respuesta inmune antitumoral efectiva en la enfermedad de mieloma.Por último, cada vez se está consolidando más la idea de que los DAMPs y los procesos moleculares relacionados con la muerte celular inmunogénica puedan servir como una fuente de biomarcadores pronósticos en pacientes con cáncer. En este trabajo hemos demostrado por primera vez que las células de mieloma en muestras de médula ósea aisladas de pacientes con discrasias de células plasmáticas, muestran niveles elevados de ecto-CRT en su superficie. Además, aunque se observó una gran variabilidad interindividual, nuestros datos sugieren que los niveles de ecto-CRT parecen aumentar con la progresión de la enfermedad. Este hallazgo junto con el hecho de que los pacientes con un perfil citogenético alterado mostraron niveles aumentados de ecto-CRT y que la exposición a la CRT aparentemente no está influenciada por la quimioterapia, puede apuntar a la transformación maligna como el instigador principal de la expresión aumentada de este DAMP. Así mismo el análisis del microambiente en la médula ósea de estos pacientes mostró que los pacientes con niveles altos de ecto-CRT exhibían un perfil de células T alterado, con ratios bajos de células T CD4+/CD8+ consecuencia de una menor frecuencia de linfocitos T CD4+ y un mayor número de células T CD8+. Además, también presentaban un mayor número de células NK, mDC, pDC y Tregs, así como una mayor actividad en el eje PD-1/PD-L1. Así, nuestros datos sugieren que los pacientes con una mayor expresión de este DAMP, poseen rasgos inmunológicos reminiscentes de un microambiente medular óseo asociado a un estado inmunitario debilitado y comprometido, lo que podría traducirse en un mal resultado clínico en el contexto de la enfermedad. De hecho, el grupo de pacientes con un perfil de expresión de ecto-CRT aumentado exhibieron significativamente un menor tiempo medio de progresión de la enfermedad, desarrollaban con mayor frecuencia plasmacitomas extramedulares, habían sido tratados con un mayor número de líneas de tratamiento y albergaban un perfil citogenético de alto riesgo. Todo ello sugiere que la elevada expresión de ecto-CRT en las células de mieloma de estos pacientes está relacionada con una mayor malignidad, un microambiente inmunitario en la médula más deficiente y con un peor pronóstico clínico.<br /

The Molecular Basis of Caspase-9 Inactivation by PKA and c-Abl Kinases

Caspases are the cysteine proteases that facilitate the fundamental pathway of programmed cell death or apoptosis. The activation and function of these powerful enzymes are tightly regulated to ensure the faithful execution of apoptosis and prevent untimely cell death. Many deadly human diseases such as cancer, neurodegeneration and autoimmune disorders have been associated with defective activation and faulty regulation of caspases. As such, caspases are considered as attractive drug targets, which when properly controlled, can lead to effective therapeutics for apoptosis-related diseases. Thus, comprehensive investigations of the structure, function and regulation of caspases are necessary to understand the complex mechanisms by which caspases are controlled in order to harness their potential for therapeutic purposes. This dissertation details the studies on the regulation of caspase-9 by phosphorylation mediated by the kinases PKA and c-Abl. Complementary approaches of biochemistry, structural biology and cell biology were utilized to elucidate the divergent mechanisms by which these kinases inhibit caspase-9 function. A critical residue was revealed to be a hotspot for inactivation upon PKA phosphorylation, utilizing two different mechanisms to silence caspase-9 activity. In addition, a novel site of phosphorylation by c-Abl that leads to inactivation was uncovered and is unique to caspase-9. These findings contribute to the growing information about caspases and kinases that will aid in the development of therapeutic strategies for apoptosis-related diseases

Cellular vulnerabilities of glioblastoma

Glioblastoma (GB) is the most fatal and frequent malignant brain tumor, and it is driven by multiple oncogenic pathways. Despite intensive screening of genomic, transcriptomic, metabolic, and post-translational landscape of GB, targeted therapies have provided no improvements for the survival of GB patients. This incurability of GB is due to its infiltrative growth, intratumoral heterogeneity and intrinsic resistance towards treatment modalities which are driven by its subpopulations, such as glioblastoma stem cells (GSCs). Therefore, it is crucial to try to understand the mechanisms of GBs cellular resistance and potential vulnerabilities of GSCs. In this thesis we demonstrate alternative targets for GB therapy. Protein phosphatase 2A (PP2A) is inhibited in GB by non-genetic mechanisms, therefore, its therapeutic reactivation is possible. We described that small molecule reactivators of PP2A (SMAPs) efficiently cross the blood-brain barrier (BBB) and exhibit robust cytotoxicity towards heterogenous GB cell lines. Furthermore, we present specific kinases which inhibition induce synthetic lethality under PP2A reactivation. Collectively, these studies present SMAPs as a novel therapy for GB and propose an alternatives for multikinase inhibitors. In GB, nanoparticles have been researched for their potential to circumvent insufficient drug properties. However, opposed to traditional utilization of nanoparticles, we discovered an alternative use of them in GB. We demonstrated that mesoporous silica nanoparticles (MSNs) functionalized with polyethylenimine (PEI) induce cell death specifically in GSCs. The PEI-MSNs accumulated in the lysosomes of GSCs and caused lysosomal membrane permeabilization potentially through proton sponge effect. Furthermore, we determined that PEI-MSNs efficiently cross the BBB in mice. In summary, this thesis presents a novel therapy concepts for GB.Glioblastooman solutason haavoittuvuudet Glioblastooma (GB) on yleisin ja pahanlaatuisin aivosyöpä, jossa useat onkogeeniset signalointipolut ovat yliaktiivisia. Huolimatta genomiikan, transkriptomiikan, metabolomiikan ja translaation jälkeisten muutosten intensiivisestä seulonnasta GB:ssa, kohdennetut hoidot eivät ole tuottaneen lisäelinaikaa GB-potilaille. GB:n hoidon vaikeus johtuu sen infiltratiivisesta kasvusta, kasvaimen sisäisestä heterogeenisyydestä ja synnynnäisestä resistenssistä hoitoja vastaan. Syynä näihin on usein glioblastooman kantasolut. Tästä syystä, on erittäin tärkeää pyrkiä ymmärtämään GB:n solutason resistanssimekanismeja ja glioblastooman kantasolujen potentiaalisia heikkouksia. Tässä väitöskirjassa esitämme uusia kohteita GB:n hoitoon. GB:ssa proteiinifosfataasi 2A (PP2A) on estetty muilla tavoin kuin geneettisillä mekanismeilla. Tästä syystä sen terapeuttinen uudelleenaktivointi on mahdollista. Osoitimme tutkimuksissamme, että pienimolekyyliset PP2A aktivaattorit (SMAP) läpäisevät veri-aivoesteen ja ovat sytotoksisia GB:n heterogeenisiä solulinjoja kohtaan. Tämän lisäksi selvitimme, minkä kinaasien hiljentäminen altistaa GBsoluja entisestään PP2A:n aktivaatiolle. Yhteenvetona tutkimus esittää SMAP lääkkeet uutena terapiamuotona GB:n hoitoon ja ehdottaa vaihtoehtoja multikinaasiestäjille. Nanopartikkelitutkimus GB:aan liittyen on pääasiassa pyrkinyt parantamaan lääkkeiden ominaisuuksia. Me löysimme kuitenkin vaihtoehtoisen tavan käyttää nanopartikkeleita GB:ssa. Osoitimme, että mesohuokoiset piioksidi-nanopartikkelit, jotka on pinnoitettu polyetyyliemiinillä, aiheuttavat solukuoleman glioblastooman kantasoluissa. Kyseiset nanopartikkelit kerääntyivät glioblastooman kantasolujen lysosomeihin ja aiheuttivat sen membraanin tuhoutumisen ”proton sponge” efektin avulla. Kokonaisuudessaan väitöskirja esittää uusia heikkouksia glioblastooman kantasoluissa