Role of PKCepsilon in cell division and differentiation: implication for genomic instability and autoimmunity

Abstract

La proteina chinasi C epsilon (PKCepsilon) è una serina/treonina chinasi coinvolta in numerosi processi cellulari, tra cui la crescita, la proliferazione e il differenziamento. Dato il suo ruolo protettivo nel precondizionamento ischemico, insieme al noto potenziale oncogenico, PKCepsilon è considerata una delle isoforme più interessanti tra le PKC. Durante il dottorato di ricerca ho studiato il coinvolgimento di PKCepsilon in due processi biologici indipendenti, ma correlati: la divisione cellulare e il differenziamento. La divisione cellulare è un processo finemente regolato che comprende la duplicazione del genoma di una cellula e la sua segregazione in due figlie geneticamente identiche. L’accurata segregazione dei cromosomi durante la divisione cellulare avviene tramite la formazione di un fuso mitotico bipolare. E’ stato dimostrato che PKCepsilon è coinvolta in diversi processi del ciclo cellulare, tra cui la citodieresi e la risoluzione della decatenazione dei cromosomi durante la transizione metafase-anafase. Tuttavia, il ruolo di PKCepsilon nei primi stadi della mitosi è attualmente sconosciuto. In questo studio è descritto un nuovo ruolo di PKCepsilon nella coordinazione della migrazione dei centrosomi e nella formazione del fuso mitotico, regolando la funzione di dynein, una proteina motrice che svolge un ruolo chiave in questo processo. Inoltre, la dipendenza di PKCepsilon nella formazione del fuso mitotico sembra essere correlata allo stato di trasformazione delle cellule, sostenendo PKCepsilon come potenziale target terapeutico anti-cancro. PKCepsilon è anche coinvolta nella proliferazione dei linfociti T CD4+, regolando la sensibilità della cellula agli effetti del TGF1beta, noto per i suoi effetti anti-proliferativi. In particolare, PKCepsilon è stato dimostrato essere overespressa nei CD4+ isolati da sangue periferico di pazienti affetti dalla Tiroidite di Hashimoto, una malattia autoimmune caratterizzata da un’aberrante proliferazione e attivazione dei linfociti T, suggerendo quindi un coinvolgimento di PKCepsilon nelle patologie immuno-mediate. Recentemente, è stato scoperto un nuovo sottogruppo di linfociti T CD4+ che producono IL-17 (chiamati Th17) che sembra essere coinvolto nella risposta immunitaria e sembra contribuire alla patogenesi di malattie autoimmuni, come la psoriasi. Nonostante i meccanismi che sottendono il differenziamento in vitro dei linfociti CD4+ Th17 siano tuttora non chiari, è stato dimostrato che la via di segnalazione di Stat3 è essenziale per il differenziamento dei Th17. In questo studio è dimostrato che PKCepsilon è overespressa nei CD4+ da pazienti con la psoriasi e che la sua espressione correla positivamente con la severità della malattia. Inoltre, questo studio dimostra che PKCepsilon è coinvolta nel differenziamento in vitro dei linfociti Th17 partendo da CD4+ “resting” isolati dal sangue periferico, regolando la via di segnalazione di Stat3. Nell’insieme, questi risultati confermano la rilevanza clinica di PKCepsilon nella psoriasi, sostenendo l’ipotesi che PKCepsilon possa essere un potenziale target terapeutico per le malattie mediate da Th17. Complessivamente, i dati ottenuti durante il mio dottorato di ricerca forniscono un’ulteriore conoscenza sulle implicazioni patologiche di PKCepsilon sia nella divisione cellulare, che nel differenziamento.

Protein kinase C epsilon is a serine/threonine kinase involved in many cellular functions, including cell growth, proliferation and differentiation. Due to its unique protective role in ischemic preconditioning, along with its oncogenic potential, PKCepsilon is considered one of the most interesting isoform among the PKCs. During my PhD, I investigated the involvement of PKCepsilon in two independent but correlated biological processes: cell division and cell differentiation. Cell division is an extremely regulated process which involves the duplication of the genome of a cell and its segregation into two identical daughter cells. Accurate chromosome segregation during cell division is achieved through the assembly of a bipolar mitotic spindle. It has been demonstrated that PKCepsilon is involved in several cell cycle processes, such as cytokinesis and mitotic catenation resolution during metaphase-anaphase transition. However, a PKCepsilon engagement in earlier (pre)mitotic events was unknown. Here, I describe a novel cell cycle role for PKCepsilon in coordinating centrosome migration and mitotic spindle assembly by regulating cytoplasmic dynein function. Interestingly, PKCepsilon dependency of mitotic spindle organization is related to the properties of transformed cells, supporting PKCepsilon as a potential cancer therapeutic target. PKCepsilon is also implicated in proliferation of CD4+ T lymphocytes by regulating cell sensitivity to TGF1beta, well-known to inhibit proliferation. Particularly, PKCepsilon has been found overexpressed in CD4+ cells from patients with Hashimoto Thyroiditis, an autoimmune disease characterized by abnormal lymphocyte proliferation and activation, suggesting an implication for PKCepsilon in immune-mediated diseases. A novel subset of Interleukin-17 (IL-17) producing CD4+ T cells (Th17) has been recently shown to promote inflammatory responses and to contribute to the pathogenesis of autoimmune diseases such as psoriasis. Mechanisms that underlie human in vitro Th17 differentiation are still unclear. However, it has been demonstrated that Stat3 signalling pathway is essential for Th17 differentiation. In this study, I demonstrate that PKCepsilon is overexpressed in circulating CD4+ T cells from patients with psoriasis and that its expression correlates with the severity of the disease. Furthermore, I show that PKCepsilon is involved in vitro Th17 lymphocytes polarization from CD4+ naïve cells isolated from peripheral blood by regulating STAT3 signalling pathway. Collectively these results, confirming the clinical relevance of PKCepsilon in psoriasis, support the hypothesis that PKCepsilon might be a potential therapeutic target for Th17-mediated disease. Overall, the data obtained during my PhD add knowledge to the pathological implication of Protein Kinase Cepsilon both in cell division and cell differentiation.