The role of alternately spliced forms of PKR in osteosarcoma progression and metastases (Il ruolo dei formi di splicing alternativi di PKR nella progressione e metastasi di osteosarcoma).

L’Osteosarcoma (OS) è un tumore insidioso che si sviluppa soprattutto nelle ossa lunghe delle braccia e delle gambe. Tipicamente, insorge nell’età pediatrica e adolescenziale, durante la fase di accrescimento maggiore dell’osso; l’età media alla diagnosi è di 15 anni. Il tumore primario è solitamente curabile mediante resezione chirurgica seguita da chemioterapia, con un tasso di sopravvivenza pari al 70% nei pazienti con diagnosi precoce; i casi che presentano metastasi polmonari sono, invece, spesso fatali (Schwab, et al., 2012; Rivera-Valentin, et al., 2015). Studi condotti per identificare i meccanismi molecolari coinvolti nell’insorgenza e progressione degli OS, hanno riportato alterazioni in diverse vie di trasduzione del segnale che regolano apoptosi, ciclo cellulare, crescita cellulare e sintesi proteica. Negli ultimi 5 anni, si è cominciato a studiare anche il ruolo dell’infiammazione e dello stress; l’accrescimento osseo fisiologico nei bambini e negli adolescenti è guidato sia da fattori che promuovono la crescita (ormoni, citochine), sia da stress fisici esterni che si traducono in una risposta biologica intracellulare allo stress (Yuan, et al., 2017).

La proteina chinasi “double-strand RNA dependent”, PKR, è considerata una “sentinella” del sistema immunitario innato che svolge un ruolo centrale nella risposta cellulare all’infezione virale, alla produzione di interferone e citochine citotossiche, all’attivazione dei recettori Toll-like, al danno al DNA/stress nucleare, e allo stress ossidativo (Garcia-Ortega et al., 2017). Il nostro gruppo ha recentemente dimostrato che l’espressione di PKR è più elevata nell’80% dei campioni tissutali prelevati da pazienti affetti da OS, rispetto ai controlli sani. La forma attiva di PKR (p-T451 PKR), nei campioni che esprimono più proteina, si localizza prevalentemente nelle regioni di confine tra il tessuto tumorale e i vasi sanguigni (Fig. 1).

Tutte le linee cellulari di osteosarcoma più comunemente utilizzate, U2OS, SaOS-2, HOS and MG-63, e nella linea di controllo di osteoblasti umani hFOB1.19, PKR è espresso sia come trascritto, sia come proteina. E’ stato interessante scoprire che le cellule di OS presentano una percentuale significativa di forme diverse di mRNA di PKR, prodotte da splicing alternativo (57% nelle U2OS, 61% nelle SaOS-2, 75% nelle HOS and 50% nelle MG-63, rispetto al 22% nelle hFOB1.19); molte di queste varianti di splicing non sono mai state descritte. Il nostro gruppo ha inoltre dimostrato che l’espressione forzata di PKR, nelle cellule U2OS e SaOS-2, promuove la migrazione e la formazione di sferoidi tridimensionali (Piazzi et al., 2019).

L’obiettivo di questo progetto è definire il ruolo delle varianti di splicing di PKR nell’insorgenza e progressione dell’OS, per comprendere più a fondo il ruolo che la risposta infiammatoria/allo stress ha in questo tumore.

Il nostro Laboratorio si pone di rispondere ai quesiti seguenti:

1. Quali forme di PKR, prodotte da splicing alternativo, sono espresse in campioni clinici di osteosarcoma?
2. Quali proteine interagiscono con le varianti di splicing di PKR?
3. Le varianti di splicing di PKR hanno un ruolo nella progressione tumorale?
4. Le varianti di splicing di PKR influenzano la risposta cellulare ai trattamenti terapeutici comunemente utilizzati negli OS?

Bibliografia:

Blalock,WL., Piazzi,M., Bavelloni,A., et al. Identification of the PKR Nuclear Interactome Reveals Roles in Ribosome Biogenesis, mRNA Processing and Cell Division. (2014). J Cell Physiol. 229: 1047-1060.

Garcia-Ortega,MB., Lopez,GJ., Jimenez,G., et al. Clinical and therapeutic potential of protein kinase PKR in cancer and metabolism. (2017). Expert Rev Mol Med.19:e9.

Piazzi,M., Bavelloni,A., Greco,S., et al. Expression of the double-stranded RNA-dependent kinase PKR influences osteosarcoma attachment independent growth, migration, and invasion. (2020) J Cell Physiol. 235:1103-1119.

Rivera-Valentin,RK., Zhu,L., Hughes,DP. Bone Sarcomas in Pediatrics: Progress in Our Understanding of Tumor Biology and Implications for Therapy. (2015). Paediatr Drugs. 17:257-271.

Schwab,JH., Springfield,DS., Raskin,KA., et al. What’s new in primary bone tumors. (2012). J Bone Joint Surg Am. 94:1913-1919.

Yuan,Y., Zhang,L., Tong,X., et al. Mechanical Stress Regulates Bone Metabolism Through MicroRNAs. (2017). J Cell Physiol. 232:1239-1245