Rol d'ERK5 en la preservació de l'estabilitat genòmica i en el desenvolupament hematopoètic

Abstract

Una provisió adequada de nucleòtids és essencial per una replicació acurada del DNA, i concentracions inapropiades de dNTPs poden conduir a situacions d’estrès de replicació, una font de dany al DNA, inestabilitat genòmica i tumorigènesi. El metabolisme de dNTP és controlat per per dues vies: la via de novo i la via de salvament. Mitjançant la incorporació de deoxinucleòsids la via de salvament és necessària per al correcte desenvolupament hematopoètic. Els teixits hematopoètics contenen elevades concentracions de timidina, que induirà un increment en els nivells intracel·lulars de dTTP. Uns nivells elevats de dTTP inhibeixen la incorporació de dUTP durant la replicació, limitant així l’estrès de replicació en els precursors hematopoètics. Alteracions en l’activitat dels enzims encarregats del metabolisme de dNTP poden conduir a un increment en la mutagènesi i la tumorigènesi in vitro i in vivo, així produir defectes en el desenvolupament del llinatge eritroide i limfoide.

ERK5 és un membre de la família de les Map quinases, coneguda per la seva implicació en el cicle cel·lular i la progressió del càncer. Durant la mitosi, ERK5 és fosforilada per CDK1 i també participa en la transició G1/S mitjançant la inhibició de p27 i p21. L’activitat de la via MEK5/ERK5 correlaciona amb un elevat potencial metastàtic en cèl·lules tumorals de pròstata i ronyó. D’altre banda, l’activitat tumorigenica d’ERK5 s’ha relacionat amb la seva capacitat d’interactuar amb PML i MDM2, on ERK5 promou la degradació constitutiva de p53.

En aquest treball es presenten evidències de que ERK5 és necessària per a un subministrament correcte de nucleòtids durant el desenvolupament eritroide. Els ratolins deficients per a ERK5 en el llinatge hematopoètic mostren un desenvolupament eritroide alterat en el moll de l’os, acompanyat per una alteració en els nivells intracel·lulars de dNTP i un increment en la taxa de mutació en les poblacions progenitores d’eritròcits. D’altre banda, la disminució dels nivells d’ERK5 en la línia tumoral Jurkat indueix una sensibilització d’aquestes cèl·lules en front al tractament amb timidina, evidenciat per un increment en la fosforilació de la histona H2AX i l’apoptosi. L’increment en la sensibilitat a la timidina correlaciona amb un increment en la rati dTTP/dCTP. Aquests resultats indiquen que ERK5 és necessari per a mantenir el balanç de dNTP i prevenir així la incorporació errònia de dNTP i dany al DNA en progenitors d’eritròcits altament proliferatius i la línia leucèmica Jurkat.

An adequate supply of nucleotides is essential for accurate DNA replication, and inappropriate deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) concentrations can lead to replication stress, a common source of DNA damage, genomic instability and tumourigenesis. Here, we provide evidence that Erk5 is necessary for correct nucleotide supply during erythroid development.

Erk5 is a member of the mammalian mitogen-activated kinase family protein that has been related to cell cycle regulation as well as càncer progression. During mitosis, Erk5 is phosphorylated in a cdk-dependent manner and translocates to the nuclei. Erk5 is necessary for proliferation of breast carcinoma cells, where it contributes to G1/S transition by inhibiting the p21 and p27 cdk inhibitors. The tumourigenicity of Erk5 has been related to its capacity to interact with promyelocytic leukemia protein and inhibit its tumor suppressor activity. By blocking the interaction of promyelocytic leukemia protein and MDM2 Erk5 allows the inhibition of tumor suppressor p53 by MDM2.

Mice with Erk5 knockout in the haematopoietic lineage showed impaired erythroid development in bone marrow, accompanied by altered dNTP levels and increased DNA mutagenesis in erythroid progenitors as detected by exome sequencing. Moreover, Erk5-depleted leukemic Jurkat cells presented a marked sensitivity to thymidine-induced S phase stalling, as evidenced by increased H2AX phosphorylation and apoptosis. The increase in thymidine sensitivity correlated with a higher dTTP/dCTP ratio. These results indicate that Erk5 is necessary to maintain the balance of nucleotide levels, thus preventing dNTP misincorporation and DNA damage in proliferative erythroid progenitors and leukemic

Jurkat T cells.

In this study, we uncovered important alterations in the nucleotide metabolism of Erk5-deficient cells, which were associated to impaired erythropoiesis in mice and to hypersensitivity of leukemic Jurkat cells to exogenous thymidine as evidenced by DNA damage and apoptosis.