Ανάλυση μεταμεταγραφικών δικτύων στη φυσιολογία και τον μετασχηματισμό του πνευμονικού επιθυλίου

Abstract

The AU-rich binding proteins - AREBPs, are major post-transcriptional regulators of gene expression and are implicated in cellular procedures that control cell cycle proliferation, apoptosis and differentiation. In this study, we are focusing on the in vivo biological role of the ARE-BPs, Elavl/HuR and hnRNPD/AUF1, during the development, morphogenesis and transformation of pulmonary epithelium in the lung. The complete ablation of HuR in the mice is embryonic lethal and leads to severe developmental defects. The developmental aberrations in mutant lungs start at the early stages of branching morphogenesis. Although, HuR is not implicated in the epithelial differentiation, appears to be a key coordinator of the developmental programs that control epithelial branching morphogenesis. In specific, HuR has been shown to mediate, directly or indirectly, the expression of major lung morphogenic factors such as FGF10 and BMP4, by regulating the molecular networks of reciprocal interactions among lung mesenchyme and the adjacent epithelium. Besides, this study has indicated that the lung epithelial ablation of HuR does not affect the development of the lung. However, this epithelial HuR ablation has been observed to promote the increased proliferation of broncho-alveolar stem cells (BASCs), which in turn promote the tumorigenic procedures involved in the development of lung cancer. Therefore, HuR appears to elicit a vital role in the cellular responses implicated in the transformed phenotype of the lung through its influence on the expression, by stabilizing and/or regulating the translation, of multiple target mRNAs (such as β-catenin, c-fos and top2a) that are known to be key players during lung cancer development. Furthermore, the study on the other AREBP hnRNPD/AUF1, demonstrated that the hnRNPD/AUF1 null mice although are born, show low survival rates, smaller size and sterility. Collectively, our data reveal the essential role of HuR in the cellular developmental and tumorigenic processes of the lung epithelium, whereas the AUF1 doesn’t emerge as a key competitor neither in the development nor in the pathophysiology of the lung.

Οι ριβονουκλεοπρωτεΐνες που προσδένουν mRNAs με στοιχεία πλούσια σε αδενίνη και ουρακίλη (AU-rich binding proteins - AREBPs), κατέχουν ιδιαίτερη θέση στη μετά-μεταγραφική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης και εμπλέκονται σε κυτταρικές διαδικασίες που ελέγχουν τον πολλαπλασιασμό, την απόπτωση και τη διαφοροποίηση. Η παρούσα ερευνητική μελέτη αναλύει το βιολογικό ρόλο των ARE-BPs HuR και hnRNPD/AUF1 in vivo, στην ανάπτυξη, στη φυσιολογία και στο μετασχηματισμό του πνεύμονα. Για την ανάλυση αυτή, δημιουργήθηκαν καινοτόμα διαγονιδιακά συστήματα απαλοιφής της HuR και εφαρμόστηκαν πειραματικά πρότυπα καρκινογένεσης. Η καθολική απαλοιφή της HuR στον ποντικό προκαλεί σοβαρές αναπτυξιακές διαταραχές στον πνεύμονα. Συγκεκριμένα, οι αναπτυξιακές διαταραχές στον πνεύμονα των μεταλλαγμένων εμβρύων εμφανίζονται κατά τα στάδια ανάπτυξης του βρογχικού δένδρου. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας, η HuR δεν επηρεάζει τη διαφοροποίηση του πνευμονικού επιθηλίου, αλλά καθοδηγεί τη διαδικασία της μορφογένεσης των πνευμονικών διακλαδώσεων, κυρίως επηρεάζοντας το μοριακό δίκτυο αμοιβαίων αλληλεπιδράσεων του μεσεγχυματικού ιστού με το πνευμονικό ενδόδερμα. Πιο ειδικά, μοριακές αναλύσεις αποδεικνύουν, ότι η HuR διαμεσολαβεί άμεσα ή έμμεσα στη ρύθμιση της έκφρασης βασικών μορφογενετικών παραγόντων στην ανάπτυξη του πνεύμονα, όπως ο FGF10 και ο ΒΜΡ4. Η αποκλειστική απαλοιφή της HuR στο πνευμονικό επιθήλιο, δεν επηρεάζει την ανάπτυξη του πνεύμονα, αλλά ρυθμίζει το δυναμικό του κυτταρικού πολλαπλασιασμού των πρόδρομων επιθηλιακών και των βλαστικών κυττάρων του πνεύμονα. Η σημασία του ελέγχου της HuR στον πολλαπλασιασμό των κυττάρων αυτών παίζει ζωτικό ρόλο στην αποφυγή ανάπτυξης νεοπλασίας, καθώς επίσης και στον τρόπο απόκρισης του πνευμονικού επιθηλίου σε εξωγενή καρκινογόνο ερεθίσματα. Συγκεκριμένα, η απαλοιφή της HuR από το πνευμονικό επιθήλιο, απουσία καρκινικού ερεθίσματος, προδιαθέτει την ανάπτυξη νεοπλασίας. Αντίστοιχα, παρουσία εξωγενούς καρκινογόνου ερεθίσματος, η αποσιώπηση της HuR ενισχύει την καρκινογένεση και προωθεί τη μετάβαση των νεοπλασιών σε μεταγενέστερα και πιο επιθετικά στάδια Ο μοριακός μηχανισμός με τον οποίο η HuR ασκεί αυτόν τον έλεγχο, φαίνεται να περιλαμβάνει τη ρύθμιση της έκφρασης μορίων-καθοριστών του κυτταρικού κύκλου όπως η β-κατενίνη, καθώς και άλλων μορίων που σχετίζονται με τον καρκίνο του πνεύμονα, όπως το c-fos και η τοποϊσομεράση 2Α. Σε αντίθεση με τη HuR, η καθολική απενεργοποίηση της hnRNPD/AUF1 δεν είναι εμβρυϊκά θνησιγενής, αλλά οι μεταλλαγμένοι ποντικοί που γεννιούνται παρουσιάζουν υψηλή θνησιμότητα μετά τη γαλουχία, έχουν μικρότερο μέγεθος και εμφανίζουν στειρότητα. Παρά την ποικιλότητα του φαινοτύπου των ποντικών αυτών, ο AUF1 δεν είναι απαραίτητος στις αναπτυξιακές διαδικασίες του πνεύμονα. Συνοψίζοντας, η HuR διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στις αντιδράσεις των πνευμονικών κυττάρων τόσο κατά την ανάπτυξη όσο και κατά τον μετασχηματισμό του πνευμονικού επιθηλίου, ενώ ο AUF1 δεν φαίνεται να παίζει κάποιο ιδιαίτερο ρόλο στην ανάπτυξη και την παθοφυσιολογία του πνεύμονα.