The role of oncogenic KRAS in colorectal cancer: from subcellular localization upon autophagy induction to new therapeutic drugs

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer worldwide. KRAS mutations (KRAS ) are among the most frequent alterations in CRC supporting a role in colon carcinogenesis. MUT Our group showed that KRAS is involved in the regulation of autophagy in CRC. Indeed, we showed that under nutrient starvation conditions KRAS up-regulates autophagy in the colon model, which MUT is required for CRC cell survival. Autophagy is an important degradation pathway which regulates catabolic processes to sustain cellular metabolism and homeostasis. Differences in subcellular localization of RAS or interaction with other proteins may explain the complexity of their signaling outputs. Whether starvation induced-autophagy stimulus leads to relocalization of KRAS in CRC cells is still unknown. In this project, we aimed to understand if under autophagy induced conditions there were changes in wild-type and mutated KRAS subcellular localization and in interaction with partner proteins. Our results showed that KRAS co-localize with mitochondria and lysosomes regardless of autophagy induction and that KRAS may influence its mitochondria localization. MUT Moreover, our data suggest that Gal-3 and KRAS co-localize in colon cells and that autophagy does not interfere with the co-localization. We also observe that KRAS might interact with actin cytoskeleton, and that autophagy may influence actin remodeling possibly in a KRAS-dependent manner. KRAS mutations are a predictive biomarker of resistance in CRC, thus new therapeutic approaches are needed. MSG-111-cd3 is a phenoxazine derivative which had shown to induce cell death in yeast with the intervention of the vacuolar protease Pep4p, an orthologue of human Cathepsin-D (Cat-D). This project also aimed to study the effect of MSG-111-cd3 compound in CRC cells with different mutations. Our results showed that MSG-111-cd3 decrease cell viability more efficiently in CRC cells comparing with normal colon cells and that Cat-D seems to have a protective role in its effect. Overall, our data increased our understanding on KRAS localization and protein interaction in response to autophagy stimulus in CRC, which is crucial to understand KRAS signaling regulation. Furthermore, our data suggest that the new phenoxazine tested might be a promising candidate for CRC therapy.

O cancro colorretal (CCR) é o terceiro cancro mais comum a nível mundial. As mutações no KRAS (KRAS ) são das mais frequentes no CCR suportando a sua função na carcinogénese MUT do cólon. O nosso grupo mostrou que o KRAS está envolvido na regulação da autofagia no CCR. Mostramos que sob condições de privação de nutrientes as KRAS aumentam a autofagia no MUT modelo do cólon que é necessária á sobrevivência. A autofagia é uma importante via de degradação que regula processos catabólicos através da sustentação do metabolismo e homeostasia celular. Diferenças na localização subcelular do RAS ou interação com outras proteínas, podem explicar a complexidade da sua sinalização. Desconhece-se se a autofagia leva á relocalização do KRAS nas células de CCR. Neste projeto, tínhamos como objetivo perceber se a indução de autofagia levava a mudanças na localização subcelular do KRAS e na interação com proteínas. Os nossos resultados mostraram que o KRAS co-localiza com a mitocôndria e os lisossomas independentemente da indução de autofagia e que as KRAS parecem influenciar a MUT sua co-localização com a mitocôndria. Os nossos resultados também sugerem que a Gal-3 e o KRAS co-localizam nas células do cólon e a autofagia não parece interferir. Ainda, observamos que o KRAS pode interagir com a actina, e que a autofagia pode influenciar a sua remodelação, provavelmente por um mecanismo dependente do KRAS. As mutações no KRAS são um biomarcador de resistência nos CCR, e dai serem necessárias novas abordagens. O composto MSG-111-cd3 é um derivativo da fenoxazina, que mostrou induzir morte celular na levedura, com a intervenção da protéase vacuolar Pep4p, ortóloga da Catepsina-D humana (Cat-D). Tivemos também como objetivo estudar o efeito do composto MSG-111-cd3 em células de CCR com diferentes mutações. Os nossos resultados mostraram que o MSG-111-cd3 diminuiu a viabilidade celular mais eficazmente nas células de CCR comparando com as células normais de cólon e que a Cat-D parece ter um papel protetor no seu efeito. No geral, os nossos dados contribuíram para o conhecimento acerca da localização e interações proteicas do KRAS em resposta ao estímulo autofágico no CCR, o que pode ser crucial para perceber a regulação da sinalização do KRAS. Para além disso, os resultados sugerem que o novo agente pode ser um candidato promissor para a terapêutica do CCR.