Unravelling the roles of statistical proteomes in human cancer

Abstract

Deregulation of various components of the protein synthesis machinery, including tRNAs, aminoacyl-tRNA synthetases and tRNA modifying enzymes, are common in tumors, raising the hypothesis that protein synthesis accuracy is compromised in cancer. To clarify this hypothesis, we determined the relative error rate of protein synthesis and observed that tumors mistranslate at higher levels than normal tissue. To understand the role of mistranslation in tumor biology, we expressed mutant Ser-tRNAs that misincorporate Ser-at-Ala (frequent error) and Ser-at-Leu (infrequent error) sites in NIH3T3 cells. The tRNA that misincorporated Ser-at-Ala codon sites induced tumor growth with similar kinetics of K-rasV12 expressing tumors. Upregulation of the AKT pathway and differential activation of the UPR, depending on the tRNA being expressed, were also observed. However, these studies did not clarify the role of tRNA deregulation or tRNA misreading in tumor initiation or progression. For this, a WT-Ser tRNA and a tRNA that misincorporates Ser-at-Ala codon sites were expressed in cells derived from normal bronchial epithelium (BEAS-2B) and in cells derived from a Large cell lung carcinoma (H460). The BEAS-2B cell lines studies showed that increased cell proliferation in vitro, increased protein synthesis rate and activation of UPR biomarkers, which were dependent on the recombinant tRNA being expressed. Both tRNA constructs increased colony formation capacity in vitro. Interestingly, the data suggest that upregulation of the WT Ser-tRNA is sufficient to trigger tumor formation, albeit with very slow growth kinetics. When the same tRNAs were expressed in H460 cells, tumor growth kinetics and local invasion potential of the cells increased. Finally, upregulation of the WT-Ser tRNA decreases tumor cell sensitivity to cisplatin treatment. The overall study highlights new features of tRNA function in tumor biology and open new avenues to explore the role of protein synthesis in cancer.

A desregulação dos componentes da maquinaria de síntese proteica, tais como tRNAs, aminoacil-tRNA sintetases, e enzimas modificadoras dos tRNAs, é comum em tumores, levantando a hipótese de que a fidelidade da síntese proteica pode estar comprometida em tumores. Para clarificar esta hipótese, determinámos a taxa de erro da síntese proteica e observámos que os tumores produzem mais erros na síntese de proteínas que os tecidos normais. De modo a compreender o papel dos erros de tradução na biologia tumoral, expressámos tRNAs de Serina mutantes que incorporam Ser em locais de Ala (erro frequente) e Ser em locais de Leu (erro raro) na linha celular NIH3T3. O tRNA que incorpora Ser em locais de Ala, promoveu o crescimento tumoral com uma cinética semelhante à induzida pela mutação K-rasV12. A activação da via AKT e a activação diferencial da UPR, dependendo do tRNA expresso, também foram observadas. No entanto, a expressão dos tRNAs mutantes nas linha celulares derivadas das NIH3T3 não permitiu clarificar o papel dos tRNAs recombinantes na iniciação ou na progressão tumoral. Para tal, expressámos um tRNA de Serina WT e o tRNA mutante insere Ser em locais de Ala em células derivadas de epitélio bronquial normal, BEAS-2B, e em células derivadas de Carcinoma de células grandes do pulmão, H460. A expressão destes tRNAs na linha celular normal, aumentou a proliferação celular, a taxa de síntese proteica e a activação de biomarcadores da via da UPR, a qual é dependente do tRNA expresso. Ambos os tRNAs favoreceram a formação de colónias in vitro. O aumento da expressão do tRNA de Serina WT foi suficiente para iniciar a formação de tumores de crescimento lento. Quando expressámos os mesmos tRNAs nas células tumorais H460, observámos um aumento na cinética de crescimento tumoral e no potencial de invasão local das células, embora os resultados obtidos não permitam tirar uma conclusão definitiva acerca do envolvimento dos tRNAs na progressão tumoral. O aumento da expressão do tRNA de Serina WT torna células tumorais mais resistentes ao tratamento com cisplatina. De um modo geral, os nossos resultados sugerem que a desregulação de tRNAs e o aumento dos erros da síntese proteica são importantes para a biologia dos tumores.