Role of MASTL in mammals: Molecular functions and physiological relevance
- Autores: Belén Sanz Castillo
- Directores de la Tesis: Mónica Alvarez Fernández (dir. tes.), Marcos Malumbres (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Federico Mayor Menéndez (presid.), Alejo Efeyan (secret.), Arkaitz Carracedo Pérez (voc.), Sergio Moreno Pérez (voc.), Guadalupe Sabio Buzo (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
- español
Role of MASTL in mammals: molecular functions and physiological relevance Belén Sanz Castillo, May 2017 MASTL fue identificada por primera vez en Drosophila y Xenopus como una quinasa requerida para mitosis. MASTL inhibe, a través de la fosforilación de ENSA y ARPP19, los complejos de la fosfatasa PP2A con subunidades reguladoras de la familia B55. En este trabajo hemos demostrado que MASTL también es esencial para la progresión a través de mitosis en fibroblastos embrionarios de ratón del modelo condicional de pérdida de función de Mastl, mediante la inhibición de PP2A/B55. La inhibición de PP2A/B55 por MASTL previene la desfosforilación prematura de los epítopos fosforilados por CDK1, los cuales son esenciales para la condensación y segregación de los cromosomas, y la progresión a través de mitosis. Los estudios realizados en el modelo condicional demostraron que la eliminación de Mastl en ratones jóvenes resulta en aberraciones mitóticas y defectos proliferativos severos que comprometen la supervivencia rápidamente después de la eliminación de Mastl. Por el contrario, la depleción de Mastl en ratones adultos, resulta en defectos proliferativos menos severos y mayor supervivencia. La eliminación de Mastl a largo plazo resulta, sin embargo, en pérdida de capacidad regenerativa y homeostasis de los tejidos que finalmente provoca la muerte.
Aunque PP2A/B55 es una fosfatasa que regula múltiples procesos, la única función atribuida hasta la fecha a su quinasa inhibitoria, MASTL, es por ahora su papel en mitosis.
Mientras que MASTL no es esencial para la entrada en fase S o para el mantenimiento de quiescencia, hemos encontrado una nueva función de la vía MASTL-PP2A/B55 en el control de la ruta de señalización de insulina regulada por mTORC1.
El módulo PI3K/AKT-mTORC1 acopla la presencia de nutrientes, energía y factores de crecimiento con el crecimiento, proliferación y metabolismo celular. mTORC1/S6K1 lanza un circuito de retroalimentación negativo (negative feedback loop) que inhibe la vía de PI3K/AKT después de su activación. Hemos descubierto que la inhibición de PP2A/B55 mediada por MASTL previene la desfosforilación de las proteínas fosforiladas por mTORC1/S6K1, IRS y GRB10, y es necesaria para regular la inhibición de AKT mediada por mTORC1 y sus consecuencias metabólicas. Además, la actividad catalítica de MASTL está regulada de manera dependiente de mTORC1/S6K1 en condiciones de inhibición de AKT.
La regulación retroactiva de la ruta PI3K/AKT-mTORC1 es importante in vivo, dado que su desregulación está implicada en enfermedades metabólicas de resistencia a la insulina, como obesidad o diabetes tipo 2. Nuestros resultados muestran que la eliminación de Mastl mejora la tolerancia a la glucosa en un modelo de ratón de obesidad inducida por dieta grasa y disminuye la glicemia basal en ratones adultos. En conjunto, estos resultados indican que MASTL Role of MASTL in mammals: molecular functions and physiological relevance Belén Sanz Castillo, May 2017 desarrolla una función independiente de mitosis en mamíferos, en la que regula la vía de señalización de PI3K/AKT/mTORC1 y ayuda a mantener la homeostasis de la glucosa in vivo.
- English
Role of MASTL in mammals: molecular functions and physiological relevance Belén Sanz Castillo, May 2017 MASTL is a Ser/Thr kinase first identified in Drosophila and Xenopus as a protein required for mitosis. MASTL inhibits, through phosphorylation of ENSA and ARPP19, the phosphatase PP2A in complex with the B55 family of regulatory subunits. In this work, we describe that Mastl is essential for mitotic progression in mouse embryonic fibroblasts (MEFs) derived from a conditional loss-of-function mouse model for Mastl, through inhibition of PP2A/B55 complexes.
Mastl mediated inhibition of PP2A/B55 prevents premature dephosphorylation of CDK1 phosphosubstrates that are essential for chromosome condensation and segregation, and proper progression through mitosis. This proliferative role of Mastl is essential in vitro in cell culture and in vivo. Work done in a mouse model for Mastl shows that ablation of Mastl in young mice results in mitotic aberrations, severe proliferative defects and rapid death after Mastl depletion. Deletion of Mastl in elder mice, in contrast, causes less severe proliferative problems and improved survival. Nevertheless, Mastl depletion in adult mice also leads, in the long term, to impaired tissue regeneration, altered tissue homeostasis and eventual death of the mice.
Although PP2A/B55 is a phosphatase that regulates multiple cellular processes, the only function attributed so far to the PP2A/B55-inhibitory kinase MASTL in mammals is its role in mitosis. Aiming to identify new functions of MASTL, we have explored other potential cell cycledependent and independent functions of MASTL. Whereas Mastl was not required for S-phase entry or maintenance of the quiescence state, we have found a new and unexplored role for the MASTL-PP2A/B55 pathway in the control of insulin signaling downstream of mTORC1.
The mTORC1/S6K1 axis triggers a negative feedback loop that inhibits the upstream PI3K pathway, which in turn, is also important for controlling mTORC1 activity. We have found that MASTL-mediated PP2A/B55 inhibition prevents the activating dephosphorylation of the feedback target proteins, IRS1 and GRB10, and is required to fine-tune the feedback-mediated inhibition of the PI3K/AKT pathway and its metabolic consequences. Interestingly, MASTL activity is also modulated downstream of the mTORC1/S6K1 axis in conditions of feedback activity.
This feedback loop is physiologically relevant in vivo for metabolic diseases involving insulin resistance, such as obesity or type 2 diabetes. Importantly, we have found that depletion of Mastl improves glucose tolerance in a mouse model of high fat diet-induced obesity, and lowers basal glycaemia in old mice. This data together indicate that MASTL, through the inhibition of PP2A/B55, has a new mitotic-independent function in mammals in the control of PI3K/AKTmTORC1 signaling and cooperates to control glucose homeostasis in vivo.
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