ABSTRACT The Ser/Thr kinase CK2 promotes cell survival and proliferation 1; it also modulates a number of molecules involved in cell development 2, 3, 4, 5, 6. In this study, we aimed to study a potential novel role for CK2 in myeloid cell differentiation. We took advantage of the well-established model of acute promyelocytic leukemia cells (APL) maturation induced by retinoic acid (RA). Both CK2 expression and activity were high in APL cell lines. RA caused a modulation of CK2 subunits expression. CK2 inhibition, with chemicals or RNA interference 1) prevented RA-induced cell cycle arrest in the G1 phase 2) blocked the phenotypical, morphological and functional differentiation of APL cells 3) impaired the transcription of RARα target genes p21 and CEBPε. Interestingly, CK2 blockade determined delocalization of RARα from the nucleus to the cytoplasm even in presence of RA. Upon CK2 inhibition, lower-molecular weight RARα specific bands appeared, which likely correspond to dephosphorylated forms of the receptor. Moreover, CK2 blockade resulted to slow down the decrease of RARα expression due to degradation triggered by RA. Experiments performed after protein synthesis inhibition showed that RARα turnover is fast and blockade of proteasome with MG132 partially restores RARα expression. Thus, other mechanisms of degradation could operate on RARα protein. Remarkably, the combined treatment with CK2 inhibitors and MG132 favoured the shift from higher forms to lower forms of RARα. CK2 blockade in the presence of RA and MG132, did not increase significantly the huge accumulation of the lighter forms of RARα already produced by retinoic acid treatment. Taken together our results indicate that CK2 is essential in granulocytic differentiation upon RA treatment and could operate at several levels: (1) modulation of RARα transcriptional activity; (2) retention of RARα in the nucleus; (3) phosphorylation of RARα and consequent RARα localization, stability, and control of its turnover during differentiation. Further investigation is needed to clarify the mechanism of CK2-RARα interactions; the kinase could perform its activity in a direct or most likely in an indirect way through the modulation of other kinases or phosphateses. Moreover, it would be interesting to elucidate the possibility that CK2 could regulate proteins involved in RARα shuttling from nucleus to cytoplasm compartments, influencing also in this way its transcriptional activity.

La Ser/Thr kinase CK2 promuove la sopravvivenza cellulare e la proliferazione; modula anche una serie di molecole coinvolte nello sviluppo cellulare2,3,4,5,6. In questo studio, ci siamo prefissati di indagare un potenziale nuovo ruolo di CK2 nel differenziamento mieloide. Ci siamo avvalsi del modello di maturazione indotto da acido retinoico (AR) di cellule di leucemia promielocitica acuta (LPA). Sia l'espressione che l'attività di CK2 erano elevate in cellule di LPA. L' AR ha determinato una modulazione dell'espressione delle subunità di CK2. L'inibizione di CK2, con agenti chimici o l'RNA interference 1) ha impedito l'arresto del ciclo cellulare in fase G0/G1, promosso dall'AR; 2) ha bloccato il differenziamento dei blasti di LPA sia a livello fenotipico, morfologico e funzionale; 3) ha inibito la trascrizione di geni target di RARα quali p21 e CEBPε. E' stato interessante notare come il blocco di CK2 abbia determinato la delocalizzazione di RARα dal nucleo al citoplasma nonostante la presenza di AR.. In seguito all'inibizione di CK2, sono state rilevate in western blot la comparsa di bande a più basso peso molecolare di RARα, che verosimilmente corrispondono a forme defosforilate del recettore. Inoltre l'inibizione di CK2 è risultata rallentare la diminuzione dei livelli di RARα dovuta al processo di degradazione innescato dall'AR. Esperimenti condotti dopo inibizione della sintesi proteica hanno mostrato che il turnover di RARα è rapido e il blocco del proteasoma con MG132 ripristina parzialmente l'espressione di RARα. Quindi altri meccanismi di degradazione possono agira su RARα. E' da sottolineare che il trattamento combinato di inibitori di CK2 con MG132, ha favorito lo shift delle forme ad alto peso molecolare di RARα verso forme a più basso peso molecolare. Il blocco di Ck2 in presenza di AR e MG132 non ha causato un aumento significativo della quota già abbondante di forme defosforilate prodotte in seguito a trattamento con AR. Riassumendo questi risultati dimostrano che CK2 è essenziale nel differenziamento granulocitico indotto da AR e può agire su più livelli: (1) modulazione dell'attività trascrizionale di RARα ; (2) ritenzione di RARα nel nucleo; (3) fosforilazione di RARα che potrebbe influenzare la localizzazione, la stabilità,e il turnover del recettore durante il differenziamento. Ulteriori indagini saranno necessarie per chiarire i meccanismi dell'interazione tra CK2 e RARα; la chinasi potrebbe agire in modo diretto o più probabilmente in odo indiretto modulando altre chinasi o fosfatasi. Inoltre sarà interessante capire se CK2 possa regolare proteine coinvolte nello shuttling di RARα dal nucleo al citoplasma, influenzando anche in questo modo l'attività trascrizionale del recettore.

A new feature of CK2 function: it's role in granulocytic differentiation induced by retinoic acid / Quotti Tubi, Laura. - (2012 Jan 30).

A new feature of CK2 function: it's role in granulocytic differentiation induced by retinoic acid

Quotti Tubi, Laura
2012

Abstract

ABSTRACT The Ser/Thr kinase CK2 promotes cell survival and proliferation 1; it also modulates a number of molecules involved in cell development 2, 3, 4, 5, 6. In this study, we aimed to study a potential novel role for CK2 in myeloid cell differentiation. We took advantage of the well-established model of acute promyelocytic leukemia cells (APL) maturation induced by retinoic acid (RA). Both CK2 expression and activity were high in APL cell lines. RA caused a modulation of CK2 subunits expression. CK2 inhibition, with chemicals or RNA interference 1) prevented RA-induced cell cycle arrest in the G1 phase 2) blocked the phenotypical, morphological and functional differentiation of APL cells 3) impaired the transcription of RARα target genes p21 and CEBPε. Interestingly, CK2 blockade determined delocalization of RARα from the nucleus to the cytoplasm even in presence of RA. Upon CK2 inhibition, lower-molecular weight RARα specific bands appeared, which likely correspond to dephosphorylated forms of the receptor. Moreover, CK2 blockade resulted to slow down the decrease of RARα expression due to degradation triggered by RA. Experiments performed after protein synthesis inhibition showed that RARα turnover is fast and blockade of proteasome with MG132 partially restores RARα expression. Thus, other mechanisms of degradation could operate on RARα protein. Remarkably, the combined treatment with CK2 inhibitors and MG132 favoured the shift from higher forms to lower forms of RARα. CK2 blockade in the presence of RA and MG132, did not increase significantly the huge accumulation of the lighter forms of RARα already produced by retinoic acid treatment. Taken together our results indicate that CK2 is essential in granulocytic differentiation upon RA treatment and could operate at several levels: (1) modulation of RARα transcriptional activity; (2) retention of RARα in the nucleus; (3) phosphorylation of RARα and consequent RARα localization, stability, and control of its turnover during differentiation. Further investigation is needed to clarify the mechanism of CK2-RARα interactions; the kinase could perform its activity in a direct or most likely in an indirect way through the modulation of other kinases or phosphateses. Moreover, it would be interesting to elucidate the possibility that CK2 could regulate proteins involved in RARα shuttling from nucleus to cytoplasm compartments, influencing also in this way its transcriptional activity.
La Ser/Thr kinase CK2 promuove la sopravvivenza cellulare e la proliferazione; modula anche una serie di molecole coinvolte nello sviluppo cellulare2,3,4,5,6. In questo studio, ci siamo prefissati di indagare un potenziale nuovo ruolo di CK2 nel differenziamento mieloide. Ci siamo avvalsi del modello di maturazione indotto da acido retinoico (AR) di cellule di leucemia promielocitica acuta (LPA). Sia l'espressione che l'attività di CK2 erano elevate in cellule di LPA. L' AR ha determinato una modulazione dell'espressione delle subunità di CK2. L'inibizione di CK2, con agenti chimici o l'RNA interference 1) ha impedito l'arresto del ciclo cellulare in fase G0/G1, promosso dall'AR; 2) ha bloccato il differenziamento dei blasti di LPA sia a livello fenotipico, morfologico e funzionale; 3) ha inibito la trascrizione di geni target di RARα quali p21 e CEBPε. E' stato interessante notare come il blocco di CK2 abbia determinato la delocalizzazione di RARα dal nucleo al citoplasma nonostante la presenza di AR.. In seguito all'inibizione di CK2, sono state rilevate in western blot la comparsa di bande a più basso peso molecolare di RARα, che verosimilmente corrispondono a forme defosforilate del recettore. Inoltre l'inibizione di CK2 è risultata rallentare la diminuzione dei livelli di RARα dovuta al processo di degradazione innescato dall'AR. Esperimenti condotti dopo inibizione della sintesi proteica hanno mostrato che il turnover di RARα è rapido e il blocco del proteasoma con MG132 ripristina parzialmente l'espressione di RARα. Quindi altri meccanismi di degradazione possono agira su RARα. E' da sottolineare che il trattamento combinato di inibitori di CK2 con MG132, ha favorito lo shift delle forme ad alto peso molecolare di RARα verso forme a più basso peso molecolare. Il blocco di Ck2 in presenza di AR e MG132 non ha causato un aumento significativo della quota già abbondante di forme defosforilate prodotte in seguito a trattamento con AR. Riassumendo questi risultati dimostrano che CK2 è essenziale nel differenziamento granulocitico indotto da AR e può agire su più livelli: (1) modulazione dell'attività trascrizionale di RARα ; (2) ritenzione di RARα nel nucleo; (3) fosforilazione di RARα che potrebbe influenzare la localizzazione, la stabilità,e il turnover del recettore durante il differenziamento. Ulteriori indagini saranno necessarie per chiarire i meccanismi dell'interazione tra CK2 e RARα; la chinasi potrebbe agire in modo diretto o più probabilmente in odo indiretto modulando altre chinasi o fosfatasi. Inoltre sarà interessante capire se CK2 possa regolare proteine coinvolte nello shuttling di RARα dal nucleo al citoplasma, influenzando anche in questo modo l'attività trascrizionale del recettore.
Leucemia promielocitica acuta (LPA)/ acute promyelocytic leukemia (APL); acido retinoico (AR)/ retinoic acid (RA); differenziamento/differentiation; protein chinasi CK2/protein kinase CK2
A new feature of CK2 function: it's role in granulocytic differentiation induced by retinoic acid / Quotti Tubi, Laura. - (2012 Jan 30).
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