Multivesicular endosomes in carcinogenic Wnt signalling

In this project we have explored the fact that Tankyrase inhibitors, which are potential therapeutics in WNT-dependent cancers, induce cytoplasmic puncta (degradasomes) consisting of components of the signal-limiting WNT/ß-catenin destruction complex. We have found that the Tankyrase-induced degradasomes are dynamic assemblies that function as scaffolds for rapid turnover of the signaling component ß-catenin, and we have used super-resolution and electron microscopy to characterize the degradasomes as heterogenous protein structures in the cell. These findings have implications for further studies on Tankyrase inhibitors as prospective cancer drugs. The study was a collaboration with the group of Stefan Krauss at Oslo University Hospital, which has pioneered the development of Tankyrase inhibitors. The study has been published as a cover story in Molecular Cancer Research (Thorvaldsen et al., 2015), which will be the main part of the PhD thesis of Tor Espen Thorvaldsen. The thesis will be submitted medio 2016. The project paves the way for further work on Tankyrase inhibitors as cancer drugs.

Wnt-signalering og kreftWnt er et molekyl som styrer en rekke cellulære prosesser, og overaktivering av Wnt-mediert signalformidling blir observert i de fleste tilfeller av tykktarmskreft. Farmakologisk hemming av Wnt-signalering er derfor mulig strategi for behandling av tykktarmskreft. I dette prosjektet har vi studert cellulære effekter av en ny Wnt-signaleringshemmer.Vår samarbeidspartner ved OUS, Stefan Krauss, har utviklet en potent hemmer av Wnt-signalering, G007-LK. Denne substansen hemmer Tankyrase, en viktig regulator av Wnt-signalering, og fører til lavere nivåer av proteinet beta-catenin, som er sentralt i Wnt-signalering. Tidligere studier har vist at G007-LK fører til opphopning av Tankyrase i mikroskopiske strukturer i cellen, og i dette prosjektet har vi studert disse strukturene nærmere i en cellelinje derivert fra tykktarmskreft. Vi finner at behandling av disse cellene med G007-LK fører til at Tankyrase, beta-katenin og flere andre komponenter involvert i Wnt-signalering hopes opp i proteinklumper i cellene. Disse klumpene dannes og oppløses hurtig i respons til tilsetning og fjerning av G007-LK, og mikroskopiske analyser tyder på at Tankyrase fungerer som en "kurv" som de øvrige komponentene innhylles i og som beta-catenin degraderes i. Våre studier forklarer hvorfor G007-LK fører til lavere cellulære nivåer av beta-katenin og er det viktig bidrag til å forstå hvordan denne substansen hemmer kreftrelevant Wnt-signalering. Resultatene er nylig blitt innsendt for publisering. .

Multivesikulære endosomer i kreftrelevant Wnt-signaleringDen såkalte Wnt-signalveien er viktig for opprettholdelse av kroppens stamceller, og denne signalveien er hyppig oppregulert i flere kreftformer, bl.a. tykktarmskreft. Dette betyr at dersom vi kan finne regimer som hindrer overaktivering av Wnt-signalveien, kan kanskje disse brukes i behandling av tykktarmskreft.Dette prosjektet tar sikte på å klarlegge to aspekter ved Wnt-signalering, det ene relatert til Wnt-biologi og det andre til behandling av Wnt-avhengig tykktarmskreft. I det første delprosjektet vil vi forsøke å klarlegge hvordan aktivering av Wnt-signalveien fører til stabilisering av signalmolekylet beta-katenin. Flere hypoteser er lansert for dette, men det foreligger ingen sikre holdepunkter. Vi vil ta utgangspunkt i en hypotese som sier at Wnt-signalveien fører til at en komponent som normalt fremmer degradering av beta-katenin blir “fanget” inne i cellulære strukturer som heter multivesikulære endosomer. Så langt har vi generert en rekke molekylærbiologiske verktøy som kan brukes til å studere multivesikulære endosomer, og i neste fase vil vi undersøke hvordan disse strukturene påvirker Wnt-signalering. I det andre delprosjektet vil vi undersøke den molekylære virkemekanismen til forbindelser som hemmer Wnt-signalering, såkalte Tankyrase-hemmere. Dette delprosjektet er et samarbeid med gruppen til Stefan Krauss ved OUS, som har identifisert nye og lovende Tankyrase-hemmere.

Multivesicular endosomes in carcinogenic Wnt signallingThe Wnt signalling pathway, which signals through stabilization and nuclear translocation of beta-catenin, is crucial in stem cell biology and is frequently upregulated in cancers. In this project we investigate how endocytic pathways contribute to Wnt sianglling, and how Wnt pathway inhibitors function at the cellular level.Since its start in May 2012 the project has already made good progress although no publications have been written so far. Most importantly, we have established that inhibition of the Wnt pathway with a tankyrase inhibitor, which reduces cellular levels of beta-catenin, causes accumulation of "destruction complex" components (involved in beta-catenin degradation) in cytosolic puncta in colon cancer cells. In order to characterize the biogenesis and function of these "destruction complex" puncta, we have prepared a stable colon cancer cell line with low constitutive expression of fluorescently tagged tankyrase, which also accumulates in these puncta. Our studies so far indicate that the cytoplasmic puncta induced by tankyrase inhibition are formed by aggregation of smaller complexes, and that they play a role in autophagic degradation of the signalling molecule beta-catenin. The stable cell line will now be used for isolation of large amounts of destruction complexes for proteomic analyses. This project is a collaboration with Stefan Krauss and Jens Preben Morth at the Norwegian Center for Molecular Medicine.