SKAR: a novel target of S6 Kinase 1

Abstract

Signaling networks that promote cell growth are frequently dysregulated in human diseases, particularly in tumor cells. Identification of effectors of those pathways might therefore be useful to develop new approaches of therapy. Pathways that are often altered in cancer include the PI3 kinase- and mTOR signaling pathways. These pathways affect a variety of substrates whose effects on a molecular level are often unknown. Yet they are modified by drugs like rapamycin, which is used for immunosuppression and chemotherapy. By taking advantage of a genetic protein interaction system, the Yeast-Two-Hybrid Screen, I identified SKAR (S6K1 ALY/Ref-like target), a novel target of both PI3 kinase and mTOR signaling pathways, and characterized the novel protein in terms of localization, phosphorylation and interaction. SKAR is the first substrate proven to be specific for S6 kinase 1 (S6K1), a downstream effector of mTOR and PI3K signaling, but not for the highly homologous S6 kinase 2 (S6K2). Signaling from S6K1 to SKAR occurs via a docking-site mechanism. S6K1 is able to bind SKAR in vitro and in vivo, and binding to the kinase is required for phosphorylation. This is the first description of a docking-site mechanism for S6K1. The phosphorylation of SKAR by S6K1 is stimulated by mitogens and nutrients and can be inhibited by treatment with rapamycin. Rapamycin and its analogues are used for a variety of clinical applications such as immunosuppression, chemotherapy, and coated stent implantation after PTCA (percutaneous transluminal coronary angioplasty), and identification of downstream signaling targets will help to elucidate the mechanism of action. SKAR is a nuclear protein and localizes in complexes that contain components of the splicing apparatus. It co-localizes with a spliceosomal marker as well as with a member of an mRNA export family, ALY. SKAR shares a 40% identity with ALY in a region containing an RRM or RNP type RNA binding motif. Later work of our group showed that SKAR is involved in S6K1-mediated cell size control. Further research will be directed on the issue whether SKAR is involved in mRNA processing itself and whether mRNA processing can be linked to cell size control and the signaling pathways that are targeted by rapamycin.

Signaltransduktionswege, die das Zellwachstum beeinflussen, sind bei vielen Krankheiten und insbesondere in Tumorzellen fehlreguliert. Die Aufklärung der Signaltransduktion auf molekularer Ebene kann daher bei der Entwicklung neuer Therapieansätze hilfreich sein. Die Aktivität der beiden Kinasen PI3-Kinase (Phosphatidyl-Inositol-Phosphat-3) und mTOR (mammalian target of rapamycin) ist in Tumorzellen häufig verändert. Sie beeinflussen eine Vielzahl von Substraten, deren genaue Wirkungsweise oft nicht bekannt ist. Mit einem genetischen Interaktionssystem, dem Yeast-Two-Hybrid Screen, habe ich SKAR (S6K1 ALY/Ref-like target), ein neues Substrat sowohl des PI3-Kinase- als auch des mTOR-Signalwegs identifiziert, und es in Hinsicht auf Lokalisation, Phosphorylierung und Interaktion charakterisiert. SKAR ist das erste nachgewiesen spezifische Substrat der S6 Kinase 1 (S6K1), einem Effektor oben genanner Signalwege, aber nicht der homologen S6 Kinase 2 (S6K2). SKAR bindet S6K1 in vitro und in vivo, und die Bindung wird für die Phosphorylierung benötigt. Ein solcher Mechanismus wird docking-site-Mechanismus genannt. Dies ist die erste Beschreibung einer docking-site für S6K1. Die Phosphorylierung von SKAR durch S6K1 wird durch Wachstumsfaktoren, Insulin und Nährstoffe stimuliert und kann durch Rapamycin inhibiert werden. Für Rapamycin und seine Analoga gibt es derzeit eine Vielzahl klinischer Anwendungen. Sie werden zum Beispiel zur Immunsuppression, in der Chemotherapie und zur Beschichtung von Stents für die PTCA (perkutane transluminale coronare Angioplastie) verwendet. Zusätzlich laufen Studien bzw. Einzelfalltherapien zur Therapie zerebraler Raumforderungen bei tuberöser Sklerose. Die Identifizierung von Proteinen, deren Verhalten in der Zelle durch Rapamycin beeinflußt wird, hilft daher, die Wirkungsweise dieses Medikaments weiter aufzuklären. SKAR ist im Zellkern in den sogenannten “speckles” lokalisiert, Strukturen, in denen sowohl Splicing als auch die weitere Verarbeitung der mRNA stattfinden. SKAR kolokalisiert sowohl mit dem Spliceosom als auch mit dem mRNA-Exportfaktor ALY. ALY und SKAR sind etwa 50% homolog in einer Domäne, die ein RRM (RNA recognition motif) enthält. Spätere Arbeit unserer Gruppe zeigte einen S6K1-vermittelten Effekt von SKAR auf die Zellgröße. Weitere Experimente werden in der Zukunft zeigen, welche Rolle SKAR bei der Verarbeitung der mRNA spielt und ob diese Funktion an die S6K1-vermittelte Regulation der Zellgröße und an Rapamycin geknüpft werden kann.