RAS at the Golgi antagonizes malignant transformation through PTPRκ-mediated inhibition of ERK activation

© The Author(s) 2018.RAS GTPases are frequently mutated in human cancer. H- and NRAS isoforms are distributed over both plasma-membrane and endomembranes, including the Golgi complex, but how this organizational context contributes to cellular transformation is unknown. Here we show that RAS at the Golgi is selectively activated by apoptogenic stimuli and antagonizes cell survival by suppressing ERK activity through the induction of PTPRκ, which targets CRAF for dephosphorylation. Consistently, in contrast to what occurs at the plasma-membrane, RAS at the Golgi cannot induce melanoma in zebrafish. Inactivation of PTPRκ, which occurs frequently in human melanoma, often coincident with TP53 inactivation, accelerates RAS-ERK pathway-driven melanomagenesis in zebrafish. Likewise, tp53 disruption in zebrafish facilitates oncogenesis driven by RAS from the Golgi complex. Thus, RAS oncogenic potential is strictly dependent on its sublocalization, with Golgi complex-located RAS antagonizing tumor development.We are grateful to Drs: Ignacio Rubio, Yardena Samuels, Mariano Barbacid and Javier León for providing reagents; and Alicia Noriega, Sandra Zunzunegui y Victor Campa for technical support. Crespo laboratory is supported by grant SAF-2015 63638R (MINECO/ FEDER, UE); by Red Temática de Investigación Cooperativa sobre el Cáncer (RTICC). RD/12/0036/0033 and by Asociación Española Contra el Cáncer (AECC), grant GCB141423113. Work in the Hurlstone laboratory was unded by a grant from the European Research Council (ERC-2011-StG-282059 PROMINENT). B.C. is supported by a Retos Jóvenes Investigadores grant SAF2015-73364-JIN (AEI/FEDER, UE) and a grant from Fundación Francisco Cobos. X.R.B. is supported by grants from the CastillaLeón Government (BIO/SA01/15, CSI049U16), MINECO (SAF2015-64556-R, RD12/ 0036/0002), Worldwide Cancer Research (14-1248), Ramón Areces Foundation, andAECC (GC16173472GARC). Spanish funding to P.C., B.C., and X.R.B. is partially supported by the European Regional Development Fund

Regulación de la morfología nuclear por las GTPasas Rho

La superfamilia de GTPasas Ras es una familia de proteínas que regulan procesos biológicos muy importantes como la proliferación, la diferenciación y la apoptosis entre muchos. Dentro de esta familia de GTPasas se encuentran las GTPasas Rho. Entre las GTPasas Rho más estudiadas se encuentran Rac1, RhoA y Cdc42. Destacan entre otros aspectos por su papel como reguladoras del citoesqueleto, tanto de actina como los microtúbulos. Es por esta razón por lo que son proteínas estrechamente ligadas a migración celular y por ello a metástasis. Durante la migración celular, una de las limitaciones que tiene una célula es el tamaño de poro a través del cual puede pasar. Esta limitación viene dada por el tamaño del núcleo. Por ello, una mayor plasticidad nuclear puede favorecer una mayor migración celular. Se sabe que la morfología nuclear se determina en parte a través del citoesqueleto, que está en contacto con el nucleoesqueleto a través del complejo LINC. Sin embargo, a pesar de ser las RhoGTPasas unas reguladoras importantes del citoesqueleto, apenas hay estudios que relacionen estas proteínas con la morfología del núcleo Tras un exhaustivo análisis en varias líneas celulares se verificó que las GTPasas Rac1, RhoA y Cdc42 eran capaces de modificar la morfología nuclear, sobre todo la proteína Rac1. Posteriormente se llevaron a cabo una serie de experimentos que permitieron concluir que dicha influencia sobre el núcleo era debida a una cooperación entre el citoesqueleto de actina (que regula contractilidad) y los microtúbulos. El efector a través del cual regulan la contractilidad actina-miosina está aún por determinar, pero es a través de PAK1 que Rac1 regula los microtúbulos para iniciar el cambio morfológico. Mediante el uso de un modelo animal, el modelo de embrión de pollo, se pudo establecer que asociado al cambio morfológico nuclear inducido por Rac1 se encontraba una mayor intravasación de las células tumorales. Esta mayor intravasación se ve mermada si se fuerza la ruptura del complejo LINC, demostrando así que es a través del complejo que se están ejerciendo estos cambios. A pesar de existir una mayor intravasación, no se asocia ésta a una mayor colonización en otros órganos, dando a entender que Rac1 sólo aporta ventajas invasivas a la hora de intravasar, pero no extravasar

Regulación de la morfología nuclear por las GTPasas Rho

La superfamilia de GTPasas Ras es una familia de proteínas que regulan procesos biológicos muy importantes como la proliferación, la diferenciación y la apoptosis entre muchos. Dentro de esta familia de GTPasas se encuentran las GTPasas Rho. Entre las GTPasas Rho más estudiadas se encuentran Rac1, RhoA y Cdc42. Destacan entre otros aspectos por su papel como reguladoras del citoesqueleto, tanto de actina como los microtúbulos. Es por esta razón por lo que son proteínas estrechamente ligadas a migración celular y por ello a metástasis. Durante la migración celular, una de las limitaciones que tiene una célula es el tamaño de poro a través del cual puede pasar. Esta limitación viene dada por el tamaño del núcleo. Por ello, una mayor plasticidad nuclear puede favorecer una mayor migración celular. Se sabe que la morfología nuclear se determina en parte a través del citoesqueleto, que está en contacto con el nucleoesqueleto a través del complejo LINC. Sin embargo, a pesar de ser las RhoGTPasas unas reguladoras importantes del citoesqueleto, apenas hay estudios que relacionen estas proteínas con la morfología del núcleo Tras un exhaustivo análisis en varias líneas celulares se verificó que las GTPasas Rac1, RhoA y Cdc42 eran capaces de modificar la morfología nuclear, sobre todo la proteína Rac1. Posteriormente se llevaron a cabo una serie de experimentos que permitieron concluir que dicha influencia sobre el núcleo era debida a una cooperación entre el citoesqueleto de actina (que regula contractilidad) y los microtúbulos. El efector a través del cual regulan la contractilidad actina-miosina está aún por determinar, pero es a través de PAK1 que Rac1 regula los microtúbulos para iniciar el cambio morfológico. Mediante el uso de un modelo animal, el modelo de embrión de pollo, se pudo establecer que asociado al cambio morfológico nuclear inducido por Rac1 se encontraba una mayor intravasación de las células tumorales. Esta mayor intravasación se ve mermada si se fuerza la ruptura del complejo LINC, demostrando así que es a través del complejo que se están ejerciendo estos cambios. A pesar de existir una mayor intravasación, no se asocia ésta a una mayor colonización en otros órganos, dando a entender que Rac1 sólo aporta ventajas invasivas a la hora de intravasar, pero no extravasar

Regulación de la morfología nuclear por las GTPasas Rho

Tesis doctoral presentada por Paula Colón Bolea para optar al Grado de Doctor por la Universidad de Cantabria y realizada en el Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC) y el Departamento de Biología Molecular de la Facultad de Medicina de la Universidad de Cantabria (Santander).La superfamilia de GTPasas Ras es una familia de proteínas que regulan procesos biológicos muy importantes como la proliferación, la diferenciación y la apoptosis entre muchos. Dentro de esta familia de GTPasas se encuentran las GTPasas Rho. Entre las GTPasas Rho más estudiadas se encuentran Rac1, RhoA y Cdc42. Destacan entre otros aspectos por su papel como reguladoras del citoesqueleto, tanto de actina como los microtúbulos. Es por esta razón por lo que son proteínas estrechamente ligadas a migración celular y por ello a metástasis. Durante la migración celular, una de las limitaciones que tiene una célula es el tamaño de poro a través del cual puede pasar. Esta limitación viene dada por el tamaño del núcleo. Por ello, una mayor plasticidad nuclear puede favorecer una mayor migración celular. Se sabe que la morfología nuclear se determina en parte a través del citoesqueleto, que está en contacto con el nucleoesqueleto a través del complejo LINC. Sin embargo, a pesar de ser las RhoGTPasas unas reguladoras importantes del citoesqueleto, apenas hay estudios que relacionen estas proteínas con la morfología del núcleo. Tras un exhaustivo análisis en varias líneas celulares se verificó que las GTPasas Rac1, RhoA y Cdc42 eran capaces de modificar la morfología nuclear, sobre todo la proteína Rac1. Posteriormente se llevaron a cabo una serie de experimentos que permitieron concluir que dicha influencia sobre el núcleo era debida a una cooperación entre el citoesqueleto de actina (que regula contractilidad) y los microtúbulos. El efector a través del cual regulan la contractilidad actina-miosina está aún por determinar, pero es a través de PAK1 que Rac1 regula los microtúbulos para iniciar el cambio morfológico. Mediante el uso de un modelo animal, el modelo de embrión de pollo, se pudo establecer que asociado al cambio morfológico nuclear inducido por Rac1 se encontraba una mayor intravasación de las células tumorales. Esta mayor intravasación se ve mermada si se fuerza la ruptura del complejo LINC, demostrando así que es a través del complejo que se están ejerciendo estos cambios. A pesar de existir una mayor intravasación, no se asocia ésta a una mayor colonización en otros órganos, dando a entender que Rac1 sólo aporta ventajas invasivas a la hora de intravasar, pero no extravasar. Por tanto, con el trabajo de esta tesis podemos concluir que las RhoGTPasas y sobre todo Rac1 inducen un cambio morfológico nuclear en las células que facilita su intravasación. Este cambio lo ejercen a través del citoesqueleto y la conexión de éste con el complejo LINC.La autora de esta Tesis ha disfrutado de una beca de Formación de Personal Invesitigador (FPI) y de un contrato por el CSIC durante la realización de la misma.Peer Reviewe

RAC1 Activation as a Potential Therapeutic Option in Metastatic Cutaneous Melanoma

Metastasis is a complex process by which cancer cells escape from the primary tumor to colonize distant organs. RAC1 is a member of the RHO family of small guanosine triphosphatases that plays an important role in cancer migration, invasion, angiogenesis and metastasis. RAC1 activation has been related to most cancers, such as cutaneous melanoma, breast, lung, and pancreatic cancer. RAC1P29S driver mutation appears in a significant number of cutaneous melanoma cases. Likewise, RAC1 is overexpressed or hyperactivated via signaling through oncogenic cell surface receptors. Thus, targeting RAC1 represents a promising strategy for cutaneous melanoma therapy, as well as for inhibition of other signaling activation that promotes resistance to targeted therapies. In this review, we focus on the role of RAC1 in metastatic cutaneous melanoma emphasizing the anti-metastatic potential of RAC1- targeting drugs

Lysine methylation in cancer: SMYD3-MAP3K2 teaches us new lessons in the Ras-ERK pathway

Lysine methylation has been traditionally associated with histones and epigenetics. Recently, lysine methyltransferases and demethylases - which are involved in methylation of non-histone substrates - have been frequently found deregulated in human tumours. In this realm, a new discovery has unveiled the methyltransferase SMYD3 as an enhancer of Ras-driven cancer. SMYD3 is up-regulated in different types of tumours. SMYD3-mediated methylation of MAP3K2 increases mutant K-Ras-induced activation of ERK1/2. Methylation of MAP3K2 prevents it from binding to the phosphatase PP2A, thereby impeding the impact of this negative regulator on Ras-ERK1/2 signals, leading to the formation of lung and pancreatic adenocarcinomas. Furthermore, depletion of SMYD3 synergises with a MEK inhibitor, currently in clinical trials, to block Ras-driven pancreatic neoplasia. These results underscore the importance of lysine methylation in the regulation of signalling pathways relevant for tumourigenesis and endorse the development of drugs targeting unregulated lysine methylation as therapeutic agents in the struggle against cancer.PC Lab is supported by grant BFU2011-23807 from the Spanish Ministry of Economy Fondos FEDER and by the Red Temáica de Investigación Cooperativa en Cáncer (RTICC) (RD/12/0036/0033), Spanish Ministry of Health.Peer Reviewe

Rac1 activation as a potential therapeutic option in metastatic cutaneous melanoma

© 2021 by the authors.Metastasis is a complex process by which cancer cells escape from the primary tumor to colonize distant organs. RAC1 is a member of the RHO family of small guanosine triphosphatases that plays an important role in cancer migration, invasion, angiogenesis and metastasis. RAC1 activation has been related to most cancers, such as cutaneous melanoma, breast, lung, and pancreatic cancer. RAC1P29S driver mutation appears in a significant number of cutaneous melanoma cases. Likewise, RAC1 is overexpressed or hyperactivated via signaling through oncogenic cell surface receptors. Thus, targeting RAC1 represents a promising strategy for cutaneous melanoma therapy, as well as for inhibition of other signaling activation that promotes resistance to targeted therapies. In this review, we focus on the role of RAC1 in metastatic cutaneous melanoma emphasizing the anti-metastatic potential of RAC1- targeting drugs.B.C. lab is supported by PIE grant (PIE-202020E007) from Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)- MCIU, Ramón y Cajal Research Program (MCIU, RYC2018-024004-I), and MCIN grant (PID2020-112760RB-I00)

Defined spatiotemporal features of RAS-ERK signals dictate cell fate in MCF-7 mammary epithelial cells

Signals conveyed through the RAS-ERK pathway are essential for the determination of cell fate. It is well established that signal variability is achieved in the different microenvironments in which signals unfold. It is also known that signal duration is critical for decisions concerning cell commitment. However, it is unclear how RAS-ERK signals integrate time and space in order to elicit a given biological response. To investigate this, we used MCF-7 cells, in which EGF-induced transient ERK activation triggers proliferation, whereas sustained ERK activation in response to heregulin leads to adipocytic differentiation. We found that both proliferative and differentiating signals emanate exclusively from plasma membrane- disordered microdomains. Of interest, the EGF signal can be transformed into a differentiating stimulus by HRAS overexpression, which prolongs ERK activation, but only if HRAS localizes at disordered membrane. On the other hand, HRAS signals emanating from the Golgi complex induce apoptosis and can prevent heregulin-induced differentiation. Our results indicate that within the same cellular context, RAS can exert different, even antagonistic, effects, depending on its sublocalization. Thus cell destiny is defined by the ability of a stimulus to activate RAS at the appropriate sublocalization for an adequate period while avoiding switching on opposing RAS signals.P.C.’s lab is supported by the Spanish Ministry of Economy–Fondos FEDER (Grant BFU2011-23807) and SAF-2015 63638R (MINECO/FERDER, UE), the Red Temática de Investigación Cooperativa en Cáncer (RD/12/0036/0033), and the Asociación Española Contra el Cáncer (Grant GCB141423113), Spanish Ministry of Health. B.C. is a Consejo Superior de Investigaciones Científicas JAE-Doc Program Postdoctoral Fellow, supported by the European Social Fund. A.H. has been supported by funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) PRIMES project under Grant Agreement FP7-HEALTH-2011-278568.Peer Reviewe

Defined spatiotemporal features of RAS-ERK signals dictate cell fate in MCF-7 mammary epithelial cells

Signals conveyed through the RAS-ERK pathway are essential for the determination of cell fate. It is well established that signal variability is achieved in the different microenvironments in which signals unfold. It is also known that signal duration is critical for decisions concerning cell commitment. However, it is unclear how RAS-ERK signals integrate time and space in order to elicit a given biological response. To investigate this, we used MCF-7 cells, in which EGF-induced transient ERK activation triggers proliferation, whereas sustained ERK activation in response to heregulin leads to adipocytic differentiation. We found that both proliferative and differentiating signals emanate exclusively from plasma membrane- disordered microdomains. Of interest, the EGF signal can be transformed into a differentiating stimulus by HRAS overexpression, which prolongs ERK activation, but only if HRAS localizes at disordered membrane. On the other hand, HRAS signals emanating from the Golgi complex induce apoptosis and can prevent heregulin-induced differentiation. Our results indicate that within the same cellular context, RAS can exert different, even antagonistic, effects, depending on its sublocalization. Thus cell destiny is defined by the ability of a stimulus to activate RAS at the appropriate sublocalization for an adequate period while avoiding switching on opposing RAS signals.P.C.’s lab is supported by the Spanish Ministry of Economy–Fondos FEDER (Grant BFU2011-23807) and SAF-2015 63638R (MINECO/FERDER, UE), the Red Temática de Investigación Cooperativa en Cáncer (RD/12/0036/0033), and the Asociación Española Contra el Cáncer (Grant GCB141423113), Spanish Ministry of Health. B.C. is a Consejo Superior de Investigaciones Científicas JAE-Doc Program Postdoctoral Fellow, supported by the European Social Fund. A.H. has been supported by funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) PRIMES project under Grant Agreement FP7-HEALTH-2011-278568.Peer Reviewe

RAC1 induces nuclear alterations through the LINC complex to enhance melanoma invasiveness

© 2020 Colón-Bolea et al.RHO GTPases are key regulators of the cytoskeletal architecture, which impact a broad range of biological processes in malignant cells including motility, invasion, and metastasis, thereby affecting tumor progression. One of the constraints during cell migration is the diameter of the pores through which cells pass. In this respect, the size and shape of the nucleus pose a major limitation. Therefore, enhanced nuclear plasticity can promote cell migration. Nuclear morphology is determined in part through the cytoskeleton, which connects to the nucleoskeleton through the Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton (LINC) complex. Here, we unravel the role of RAC1 as an orchestrator of nuclear morphology in melanoma cells. We demonstrate that activated RAC1 promotes nuclear alterations through its effector PAK1 and the tubulin cytoskeleton, thereby enhancing migration and intravasation of melanoma cells. Disruption of the LINC complex prevented RAC1-induced nuclear alterations and the invasive properties of melanoma cells. Thus, RAC1 induces nuclear morphology alterations through microtubules and the LINC complex to promote an invasive phenotype in melanoma cells.B.C.’s laboratory is supported by a Retos Jóvenes Investigadores grant SAF2015-73364-JIN Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU/AEI/FEDER, UE), a PIE grant from Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)—MCIU, and the Ramón y Cajal Research Program (MICIU, RYC2018-024004-I). P.C is supported by grant SAF-2015 63638R (MINECO/FEDER, UE); by Red Temática de Investigación Cooperativa sobre el Cáncer (RTICC), RD/12/0036/0033, and by Asociación Española Contra el Cáncer (AECC) grant GCB141423113. X.R.B. is supported by grants from the Castilla-León Government (BIO/SA01/15, CSI049U16), MINECO (SAF2015-64556-R, RD12/0036/0002), Worldwide Cancer Research (14-1248), Ramón Areces Foundation, and AECC (GC16173472GARC). Spanish funding to B.C., P.C., and X.R.B. is partially supported by the European Regional Development Fund