プロテインホスファターゼ2A阻害剤CIP2A, SET, PME-1の3つのタンパク質が媒介するリン酸化プロテオームと薬剤応答効果

Phosphoproteome and drug-response effects mediated by the three protein phosphatase 2A inhibitor proteins CIP2A, SET, and PME-1.

• Otto Kauko
• Susumu Y Imanishi
• Evgeny Kulesskiy
• Laxman Yetukuri
• Teemu Daniel Laajala
• Mukund Sharma
• Karolina Pavic
• Anna Aakula
• Christian Rupp
• Mikael Jumppanen
• Pekka Haapaniemi
• Luyao Ruan
• Bhagwan Yadav
• Veronika Suni
• Taru Varila
• Garry L Corthals
• Jüri Reimand
• Krister Wennerberg
• Tero Aittokallio
• Jukka Westermarck

抄録

プロテインホスファターゼ2A（PP2A）は細胞のシグナル伝達を決定的に制御しており、ヒト腫瘍抑制因子である。PP2A複合体は、癌ではしばしば制御が解除されている癌性ホスファターゼ2A阻害タンパク質（CIP2A）、プロテインホスファターゼメチル化酵素1（PME-1）、およびSET核原遺伝子（SET）などのタンパク質によって制御されている。しかし、これらが細胞のリン酸化にどのように影響を与えているのか、また、それらが細胞制御にどのような冗長性を持っているのかについては、十分に理解されていない。ここで、我々は HeLa 細胞において、CIP2A、PME-1、SET の siRNA による枯渇（PP2A を再活性化）または PP2A の足場 A サブユニット（PPP2R1A）（PP2A を阻害）によって修飾されたリン酸化標的の系統的なホスホプロテオミクススクリーニングを行った。その結果、キナーゼシグナル伝達、細胞骨格、RNAスプライシング、DNA修復、核ラミナを含む多様な細胞経路でPP2Aが修飾されている標的を同定した。その結果、CIP2A、PME-1、SETの間では、リン酸化標的の制御に非依存性があることが明らかになった。また、PP2Aの阻害または再活性化は、大きく異なるホスホペプチドに影響を与えており、ホスファターゼの阻害・活性化応答性部位（PIRSとPARS）の概念を導入している。この現象は、PPP2R1Aの阻害が主に脱リン酸化されたスレオニンに影響を与えるのに対し、PP2Aの再活性化はクラスター化された酸性部位の脱リン酸化をもたらすことで説明できる。PP2A修飾細胞を用いた包括的な薬剤感受性スクリーニングを用いて、これらの薬剤が標的とする多様な細胞経路におけるPP2Aの機能的影響を評価したところ、グローバルなリン酸化プロテオーム効果と一致するように、PP2A修飾は、がん関連の幅広い標的を阻害する200種類以上の薬剤に対する反応に広く影響を与えることがわかった。これらの知見は、PP2A修飾によって制御されるリン酸化タンパク質、薬理学的反応、細胞プロセスの理解を促進し、併用療法の開発を可能にする可能性がある。

Protein phosphatase 2A (PP2A) critically regulates cell signaling and is a human tumor suppressor. PP2A complexes are modulated by proteins such as cancerous inhibitor of protein phosphatase 2A (CIP2A), protein phosphatase methylesterase 1 (PME-1), and SET nuclear proto-oncogene (SET) that often are deregulated in cancers. However, how they impact cellular phosphorylation and how redundant they are in cellular regulation is poorly understood. Here, we conducted a systematic phosphoproteomics screen for phosphotargets modulated by siRNA-mediated depletion of CIP2A, PME-1, and SET (to reactivate PP2A) or the scaffolding A-subunit of PP2A (PPP2R1A) (to inhibit PP2A) in HeLa cells. We identified PP2A-modulated targets in diverse cellular pathways, including kinase signaling, cytoskeleton, RNA splicing, DNA repair, and nuclear lamina. The results indicate nonredundancy among CIP2A, PME-1, and SET in phosphotarget regulation. Notably, PP2A inhibition or reactivation affected largely distinct phosphopeptides, introducing a concept of nonoverlapping phosphatase inhibition- and activation-responsive sites (PIRS and PARS, respectively). This phenomenon is explained by the PPP2R1A inhibition impacting primarily dephosphorylated threonines, whereas PP2A reactivation results in dephosphorylation of clustered and acidophilic sites. Using comprehensive drug-sensitivity screening in PP2A-modulated cells to evaluate the functional impact of PP2A across diverse cellular pathways targeted by these drugs, we found that consistent with global phosphoproteome effects, PP2A modulations broadly affect responses to more than 200 drugs inhibiting a broad spectrum of cancer-relevant targets. These findings advance our understanding of the phosphoproteins, pharmacological responses, and cellular processes regulated by PP2A modulation and may enable the development of combination therapies.

© 2020 Kauko et al.