Abstract:

Versione in italiano:

La formazione di metastasi a partire dai tumori è una delle principali cause di morte nei pazienti oncologici. Questo processo richiede la migrazione delle cellule tumorali dal tumore primario. La migrazione delle cellule tumorali durante l'invasione richiede il coordinamento di diversi processi per promuovere la protrusione nella parte anteriore della cellula. La protrusione è mediata da reti molecolari che potrebbero diventare bersagli specifici per terapie mirate a interferire con il potenziale metastatico delle cellule tumorali. Abbiamo scoperto che le proteine strutturali ERC1, LL5 e liprina-alfa1 sono co-regolatori dell'invasione. Dati pubblicati e preliminari ci hanno portato a proporre un modello in cui queste proteine fanno parte di piattaforme associate alla membrana plasmatica (PMAP) che si formano nella parte anteriore delle cellule tumorali migranti. Le PMAP sono composte da proteine altamente dinamiche, che non possiedono una struttura terziaria ben definita e le loro regioni disordinate sono previste per indurre la separazione di fase liquido-liquido (LLPS). Questa ipotesi è supportata dai dati recenti ottenuti da noi, che mostrano che ERC1 forma condensati biomolecolari senza membrana con proprietà simili a quelle di un liquido. I componenti delle PMAP, inclusi ERC1, sono stati dimostrati essere in grado di promuovere la formazione di metastasi in modelli animali, suggerendo che interferire con l'assemblaggio delle PMAP possa inibire l'invasione e la progressione tumorale. Nel presente progetto, proponiamo i seguenti obiettivi: (Obiettivo 1) Caratterizzare l'assemblaggio delle PMAP nelle cellule tumorali, in particolare il ruolo di ERC1 nella formazione di condensati liquido-simili, identificando le regioni e i residui proteici critici per questo processo; (Obiettivo 2) Affrontare le caratteristiche biochimiche e strutturali necessarie per l'interazione tra ERC1 e LL5β, una proteina cliente che può essere reclutata nei condensati biomolecolari indotti da ERC1. Per raggiungere questi obiettivi, testeremo se i frammenti e i mutanti di ERC1 subiscono LLPS e caratterizzeremo le proprietà biofisiche delle goccioline liquide risultanti. Definiremo le regioni minime necessarie per l'interazione ERC1–LL5β e determineremo la struttura e la dinamica dei complessi formati dai frammenti ERC1–LL5β tramite NMR. Esploreremo come perturbare l'interazione ERC1–LL5β influenzi la formazione e l'attività dei condensati PMAP in relazione alla motilità delle cellule tumorali. Svilupperemo strategie per interferire con l'invasione delle cellule tumorali della mammella mediante il disturbo dell'assemblaggio delle PMAP usando piccole molecole. Questi risultati apriranno nuove prospettive per inibire l'invasione e la metastasi delle cellule tumorali sfruttando il fenomeno cellulare dell'LLPS. Adotteremo un approccio interdisciplinare combinando metodi in vitro e in vivo utilizzando biologia cellulare, metodi strutturali, biofisici e computazionali per produrre risultati che possano essere tradotti in interventi terapeutici.

English version:

The formation of metastases from tumors is a major cause of death in cancer patients. This process requires the migration of cancer cells from the primary tumor. Tumor cell migration during invasion requires the coordination of different processes to promote protrusion at the cell front. Protrusion is mediated by molecular networks that may become specific targets for therapies aimed at interfering with the metastatic potential of tumor cells. We found that the scaffold proteins ERC1, LL5 and liprin-alpha1 are co-regulators of invasion. Published and preliminary data led us to propose a model in which these proteins are part of plasma membrane-associated platforms (PMAPs) forming at the front of migrating tumor cells. PMAPs are composed of highly dynamical proteins, which lack a well-defined tertiary structure and their disordered regions are predicted to drive liquid-liquid phase separation (LLPS). This hypothesis is supported by recent data from us showing that ERC1 forms membrane-less biomolecular condensates with liquid-like properties. Components of PMAPs including ERC1 were demonstrated to promote the formation of metastases in animal models, suggesting that interfering with the assembly of PMAPs may inhibit invasion and tumor progression. In the present project, we propose the following aims: (Aim 1) To characterize the assembly of PMAPs in tumor cells in particular the role of ERC1 driving formation of liquid-like condensates, identifying the protein regions and residues critical for this process; (Aim 2)
To address the biochemical and structural features required for the interaction between ERC1 and LL5β, a client protein that can be recruited into ERC1-driven biomolecular condensates. To achieve these goals, we will test whether ERC1 fragments and mutants undergo LLPS and characterise the biophysical properties of the resulted liquid droplets. We will define the regions that are minimally required for ERC1–LL5β interaction and will determine the structure and dynamics of complexes formed between ERC1–LL5β fragments by NMR. We will investigate how perturbing the ERC1–LL5β interaction will impact the formation and activity of PMAP condensates in connection with tumor cell motility. We will develop strategies to interfere with breast cancer cell invasion via disrupting PMAP assembly using small molecules. These results will open new perspectives to inhibit tumor cell invasion and metastasis exploiting the cellular phenomenon of LLPS. We will apply an interdisciplinary approach combining in vitro and in vivo using cell biology, structural, biophysical and computational methods to produce results, which can be translated into therapeutic interventions.

Contatti: monika.fuxreiter@unipd.it