PIM kinases in luminal A breast cancer: A study of three novel substrates

Abstract

The PIM kinase family comprises three constitutively active serine/threonine kinases that affect cell proliferation, survival, and motility, especially when upregulated in hematological malignancies or solid tumors, such as breast cancer. Furthermore, in estrogen receptor α (ERα)-expressing (ER+) breast cancer cells, PIM expression is upregulated in response to estrogen stimulation.

The aim of this PhD project was to explore the physiological roles of PIM kinases (PIMs) and their substrates in ER+ luminal A breast cancer. A variety of pharmacological PIM inhibitors and genetically modified cell lines were used in experiments, where the effects of phosphorylation on the activity of three novel PIM substrates (Notch3, LKB1, and ERα) were investigated. In study I, PIM-catalyzed phosphorylation of Notch3 was shown to inhibit Notch canonical signaling by disrupting interaction with CSL, a crucial component of the Notch transcriptional complex. Despite this, phosphorylated Notch3 supported tumor growth in the chick chorioallantoic membrane (CAM) xenograft model, hinting at an oncogenic CSLindependent Notch3 signaling mechanism. In study II, PIMs were shown to phosphorylate the tumor suppressor LKB1, and in doing so, reduce its catalytic capacity. Moreover, the growth of CAM tumors was slower when the xenografted cells lacked both LKB1 and PIMs, suggesting that PIMs could be a promising therapeutic target for cancer patients with LKB1-deficient tumors. Study III demonstrated that PIMs phosphorylate ERα and play a key role in regulating Erα signaling. While PIMs are known to contribute to resistance against various cancer therapies, we found no evidence that they are involved in endocrine therapy resistance in breast cancer.

Collectively, these study results provide further insight into how PIMs impact breast cancer cell signaling mechanisms.

<b>PIM kinaasit luminaali A rintasyövässä</b>

PIM-kinaasiperheeseen kuuluu kolme konstitutiivisesti aktiivista seriini/treoniinikinaasia, jotka vaikuttavat solujen proliferaatioon, elinkykyyn ja liikkuvuuteen etenkin silloin, kun niitä ilmennetään liiallisesti hematologissa tai kiinteissä kasvaimissa, kuten rintasyövässä. Estrogeenireseptoria α (ERα) ilmentävissä (ER+) rintasyöpäsoluissa PIM-kinaasien ilmentyminen lisääntyy estrogeenistimulaation seurauksena.

Tämän väitöskirjaprojektin tavoitteena oli tutkia PIM-kinaasien ja niiden substraattien fysiologista merkitystä luminaalisissa A-tyypin rintasyöpäsoluissa. Erilaisia farmakologisia PIM-inhibiittoreita sekä geneettisesti muokattuja solulinjoja käytettiin kokeissa, joissa tutkittiin fosforylaation vaikutuksia kolmen uuden PIMsubstraatin (Notch3, LKB1 ja ERα) aktiivisuuteen. Tutkimuksessa I osoitettiin, että PIM-kinaasien katalysoima Notch3-fosforylaatio estää Notch-välitteistä kanonista viestintää häiritsemällä Notch3:n vuorovaikutusta CSL:n kanssa, joka on keskeinen komponentti Notch-transkriptiokompleksissa. Tästä huolimatta fosforyloitu Notch3 edisti kasvaimen kasvua kanan korioallantoiskalvon (CAM) siirrännäismallissa, mikä viittaa CSL-riippumattomaan viestintämekanismiin. Tutkimuksessa II PIMkinaasien osoitettiin fosforyloivan tuumorisuppressiivisen LKB1-kinaasin ja siten vähentävän sen katalyyttistä aktiivisuutta. Lisäksi CAM-kasvainten kasvu oli hitaampaa, kun siirretyistä soluista puuttuivat LKB1:n lisäksi myös PIM-kinaasit. Tämä viittaa siihen, että PIM-kinaasit voisivat olla mahdollinen terapeuttinen kohde syöpäpotilaille, joiden kasvaimista LKB1 puuttuu. Tutkimuksessa III PIM-kinaasien osoitettiin fosforyloivan ERα:n ja olevansa keskeisessä roolissa ERα-signaloinnin säätelyssä. Vaikka PIM-kinaasien tiedetään suojaavan syöpäsoluja erilaisia hoitoja vastaan, emme löytäneet näyttöä siitä, että ne osallistuisivat endokriinisen hoitoresistenssin kehittymiseen rintasyövässä.

Kaiken kaikkiaan tämän tutkimuksen tulokset antavat uutta lisätietoa niistä mekanismeista, joilla PIM-kinaasit voivat vaikuttaa rintasyöpäsolujen viestintään.