Effect of aberrant ribosome biogenesis on wild-type and mutant p53 in cancer cells

The tumor suppressor p53 plays a central role in the protection against DNA damage and other forms of stress, primarily by inducing cell cycle arrest or apoptosis. Missense mutation of p53, which is one of the most frequent genetic alterations detected in human cancers, inactivates these growth regulatory functions; in addition, mutant p53 often acquires tumor-promoting activities (gain-of-function). A complete and thorough understanding of the signaling circuitry that regulates wild-type and mutant p53 functions is therefore a primary objective for basic cancer research, since it may lead to development of important tools for diagnosis and therapy of tumors. One crucial component of such knowledge is the molecular mechanism leading to protein activation. Deregulated ribosome biogenesis is commonly observed in cancers as a result of increased biosynthetic demand due to uncontrolled cell proliferation. Cells actively monitor the fidelity of ribosome biogenesis, activating cellular checkpoints when this process is altered. Indeed, perturbations to many aspects of ribosome biogenesis generate a “nucleolar stress” that triggers a p53 response. Evidence in animal models indicates that the ribosomal-p53 checkpoint is indeed important for tumor suppression in vivo. In the recent past, we identified the nucleolar protein GTPBP4 as a novel p53 interactor, and established a functional link between the two proteins by demonstrating that GTPBP4 depletion promotes p53 accumulation and activation. In this Thesis, I demonstrate that GTPBP4 depletion affects 28S rRNA processing, generating a “nucleolar stress” responsible for p53 stabilization. The molecular mechanism responsible for such accumulation relies on the binding of ribosomal proteins to Mdm2. In parallel, I report that the same molecular mechanism leading to wild-type p53 stabilization upon ribosomal stress, can also promote mutant p53 accumulation in cancer cells. Thus, deregulated ribosome biogenesis may contribute to the stability of mutant p53 in tumors. These results collectively suggest that upon alterations in ribosome biogenesis, the TP53 status may be critical to drive the nucleolar surveillance pathway towards a tumor suppressive or oncogenic outcome. L’oncosoppressore p53 svolge un ruolo cruciale nella protezione della cellula da danni al DNA e da altre forme di stress, principalmente inducendo arresto del ciclo cellulare e apoptosi. Mutazioni missenso nel gene TP53 sono le alterazioni genetiche più frequenti trovate nei tumori umani ed inattivano queste funzioni regolative; oltre a questo, p53 mutata acquisisce nuove proprietà oncogeniche (gain-of-function). Capire i meccanismi regolativi che sono alla base delle funzioni di p53 wild-type e mutata è quindi un fondamentale obiettivo per la ricerca di base nel cancro, dal momento che può portare allo sviluppo di importanti strumenti sia diagnostici che terapeutici. Un aspetto fondamentale di tale ricerca è la comprensione dei meccanismi molecolari responsabili dell’attivazione della proteina. La sintesi dei ribosomi è frequentemente deregolata nei tumori, in quanto le cellule hanno un aumentato fabbisogno biosintetico a causa dell’incontrollata proliferazione. La cellula monitora attivamente la fedeltà della sintesi dei ribosomi, attivando meccanismi molecolari quando questo processo è compromesso. Infatti, alterazioni ad ogni livello nella sintesi dei ribosomi genera uno “stress nucleolare” che attiva la risposta di p53. Alcune evidenze in modelli animali infatti suggeriscono l’importanza delle funzioni oncosoppressive dell’asse molecolare costituito dalle proteine ribosomali e p53. In un lavoro pubblicato recentemente, abbiamo identificato la proteina nucleolare GTPBP4 come nuovo interattore di p53, inoltre abbiamo dimostrato un collegamento funzionale tra le due proteine, in quanto la deplezione di GTPBP4 promuove l’accumulo e l’attivazione di p53. In questa Tesi ho dimostrato che la deplezione di GTPBP4 altera il processamento del RNA ribosomale 28S, causando uno “stress nucleolare” responsabile per la stabilizzazione di p53. Il meccanismo molecolare necessario per la stabilizzazione di p53 dipende dal legame di proteine ribosomali a Mdm2. In parallelo, ho dimostrato che lo stesso meccanismo molecolare responsabile dell’accumulo di p53 wild-type in seguito allo stress ribosomiale, può indurre la stabilizzazione anche di p53 mutata. Quindi, un’alterata sintesi ribosomale può contribuire alla stabilità di mutant p53. Questi risultati suggeriscono che in seguito ad alterazioni nella sintesi dei ribosomi, lo stato di p53 può essere critico nel determinare se la risposta cellulare sia di natura oncosoppressiva oppure oncogenica.