Interplay between talin and -integrin in cancer cells motility

thesis
dc.abstract.enCancer is the second most common cause of death after cardiovascular diseases. Although benign tumors have very high survival rate, cancer malignancy strongly increases mortality. The presented thesis concentrates on the interplay between talin and $\beta1$ integrin (adhesion related proteins, also strongly connected with cell migration and cancer development) in mediation of cancer cells physiology and motility, especially in regulating cell adhesion, positioning, and invasion. For the purpose of the study, software capable to deconvolve multiple microscopy images in a single session was developed (Publication I); BatchDeconvolution is a Fiji plugin that bridges PSF Generator and DeconvolutionLab2 (BIG, EPFL), programs serving for calculations of the Point Spread Function and performing image deconvolution, respectively. BatchDeconvolution expands functionalities of these software, providing an environment that allows to enhance multi-position, multi-channel time-lapse image files in a sequential, automated manner. This approach allowed to process a vast amount of microscopy images collected during in vitro studies presented in the following sections. There are two isoforms of talin protein: talin1 and talin2. While talin1 has been extensively studied, there is still not much known about the biological role of talin2. It shares some functions with its sister variant, but the literature describes only a limited redundancy. The presented study concentrates on the molecular mechanism by which specifically talin2 mediates secretion and trafficking of matrix metallopeptidase 9 (MMP9), an enzyme important for extracellular matrix degradation and invadopodia maturation in initial stages of cancer invasion. The study was conducted in MDA-MB-231breast cancer cell line. The absence of talin2 caused inhibition of a process of MMP9 vesicles docking to the ventral membrane, consequently rerouting them towards lysosomal degradation. Furthermore, S339C mutation of talin2, specific for reducing talin2-$\beta1$ integrin interaction, gave similar results as the ablation of talin2. Due to a higher recycling rate, talin2-depleted cells started to exhibit enlarged vesicles containing MMP9, what suggests an overflow of the protein degradation process (Publication II). Talin-$\beta1$ integrin interaction is also a factor in colon cancer tumorigenesis and colon cancer cells adhesion. In Publication III, included in the thesis, a role of cyanidino-3-Oglucoside (C3G) was examined in the context of mediating talin1- and talin2-$\beta1$ integrin interaction, tumor development, and colon cancer cells adhesion. C3G is a natural dye found in many red and blue vegetables and fruits. It shows many health beneficial properties including anti-oxidative, anti-inflammation, and anti-diabetic ones. Moreover, several reports connect it with an anti-carcinogenic activity. The presented study shows that the C3G binding pocket is located at the interface between talin and integrin. The presence of the compound increases affinity between the two proteins, leading to stimulation of colon cancer cells adhesion. In result, it hinders tumorigenesis. The new knowledge of the functions of talin1 and talin2 proteins allows a better understanding of the regulation of cancer metastasis. Furthermore, even though talin2 was discovered over 20 years ago, its role in cell biology and adhesion is still understudied. The presented research sheds some light on that aspect. Finally, the description of molecular mechanisms driving protein interactions in cancer development may help in designing new anti-cancer therapies.pl
dc.abstract.plChoroby nowotworowe są drugą, po chorobach układu krążenia, najczęstszą przyczyną zgonów na świecie. Chociaż łagodne zmiany nowotworowe cechują się wysoką przeżywalnością, złośliwe guzy często powiązane są z wysoką śmiertelnością pacjentów. Przedstawiona rozprawa koncentruje się badaniu jak oddziaływanie taliny z integryną $\beta1$ (białek związanych z adhezją, powiązanych również z migracją komórek oraz rozwojem nowotworów) wpływa na ruchliwość komórek nowotworowych, a w szczególności na ich adhezję, pozycjonowanie oraz inwazyjność. Na potrzeby zaprezentowanych badań opracowano oprogramowanie umożliwiające dekonwolucję wielu obrazów mikroskopowych (Publikacja I); BatchDeconvolution to wtyczka do programu Fiji, która łączy ze sobą moduły PSF Generator oraz DeconvolutionLab2 (BIG, EPFL), programy służące odpowiednio do wyznaczania Funkcji Rozmycia Punktu (ang. Point Spread Function, PSF) oraz dekonwolucji obrazów. BatchDeconvolution rozszerza w ten sposób funkcjonalność powyższego oprogramowania, zapewniając środowisko umożliwiające sekwencyjne, zautomatyzowane wyostrzenie wielopozycyjnych, wielokanałowych, poklatkowych plików graficznych. Takie podejście pozwoliło na przetworzenie dużej ilości obrazów mikroskopowych zebranych podczas badań in vitro przedstawionych w dalszych częściach pracy. Istnieją dwie izoformy białka taliny: talina1 i talina2. Talina1 jest szeroko badana, natomiast niewiele wiadomo o biologicznej roli taliny2. Mimo tego, że posiada ona wiele funkcji wspólnych z jej siostrzanym białkiem, jednak literatura wskazuje, że białka te wykazują swoistą aktywność w komórkach i nie są względem siebie redundantne. Zaprezentowane badania skupiają się na mechanizmie molekularnym, za pomocą którego swoiście talina2 reguluje sekrecję i transport wewnątrzkomórkowy metalopeptydazy macierzowej 9 (MMP9), enzymu biorącego udział w degradacji macierzy zewnątrzkomórkowej i dojrzewania inwadopodiów w początkowych stadiach inwazji nowotworowej. Badania prowadzono na linii komórkowej raka piersi. Usunięcie taliny2 z komórek spowodowało zahamowanie dokowania pęcherzyków z MMP9 do błony podstawnej, a w konsekwencji skierowanie ich do degradacji w lizosomach. Co więcej, mutacja reszty aminokwasowej w talinie2 odpowiedzialnej za charakter oddziaływania talina2-integryna $\beta1$, dała podobne wyniki jak ablacja taliny2. Ze względu na wzmożony recykling MMP9, komórki pozbawione taliny2 zaczęły gromadzić metalopeptydazę w przerośniętych pęcherzykach wewnątrzkomórkowych, co sugeruje przekroczenie maksymalnej wydajności procesu degradacji białek w komórce (Publikacja II). Interakcja taliny z integryną $\beta1$ odgrywa rolę również w tworzeniu się guzów i adhezji nowotworów jelita grubego. Publikacja III, zawarta w tej rozprawie, opisuje rolę cyjanidyno-3-O-glukozydu (C3G) w kontekście regulacji oddziaływania taliny1 i taliny2 z integryną $\beta1$, procesu nowotworzenia oraz adhezji komórek raka jelita grubego. C3G jest naturalnym barwnikiem występującym w wielu czerwonych i niebieskich warzywach i owocach. Wykazuje on wiele korzystnych dla zdrowia właściwości, m.in. przeciwutleniające, przeciwzapalne czy przeciwcukrzycowe. Ponadto, kilka doniesień łączy C3G z działaniem przeciwnowotworowym. Z badań przedstawionych w niniejszej pracy wynika, że na granicy białek w kompleksie taliny i integryny tworzy się kieszeń wiążąca dla C3G. Obecność tego związku zwiększa powinowactwo między tymi białkami, prowadząc do zwiększenia adhezji w komórkach raka jelita grubego, co skutkuje w zahamowanie powstawania guzów. Poszerzenie wiedzy na temat funkcji białek taliny1 i taliny2 umożliwia lepsze zrozumienie regulacji procesu powstawania i przerzutowania nowotworów. Co więcej, mimo że talina2 została odkryta ponad 20 lat temu, jej rola w biologii i adhezji komórek jest nadal słabo zbadana. Przedstawione badania pozwalają poszerzyć naszą wiedzę na ten temat. Ponadto, poznanie mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za interakcję białek biorących udział w rozwoju nowotworów może pomóc w opracowywaniu nowych terapii przeciwnowotworowych.pl
dc.affiliationWydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej : Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiegopl
dc.contributor.advisorRajfur, Zenon - 214965 pl
dc.contributor.authorBaster, Zbigniew - 206296 pl
dc.contributor.institutionJagiellonian University. Faculty of Physics, Astronomy and Applied Computer Science. Department of Molecular and Interfacial Biophysicspl
dc.contributor.reviewerBurda, Květoslavapl
dc.contributor.reviewerRędowicz, Maria Jolantapl
dc.date.accessioned2022-05-26T15:29:31Z
dc.date.available2022-05-26T15:29:31Z
dc.date.openaccess0
dc.date.submitted2021-06-08pl
dc.description.accesstimew momencie opublikowania
dc.description.additionalBibliogr. s. 50-68pl
dc.description.physical[VIII], 122, [21]pl
dc.description.versionostateczna wersja autorska (postprint)
dc.identifier.callnumberDokt. 2021/105pl
dc.identifier.urihttps://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/292336
dc.languageengpl
dc.placeKrakówpl
dc.rightsCopyright*
dc.rights.licenceOTHER
dc.rights.simpleviewWolny dostęp
dc.rights.urihttp://ruj.uj.edu.pl/4dspace/License/copyright/licencja_copyright.pdf*
dc.share.typeotwarte repozytorium
dc.subject.entalinpl
dc.subject.enintegrinpl
dc.subject.encancerpl
dc.subject.enmolecular mechanismpl
dc.subject.endeconvolution microscopypl
dc.subject.pltalinapl
dc.subject.plintegrynapl
dc.subject.plproces nowotworzeniapl
dc.subject.plmechanizm molekularnypl
dc.subject.plmikroskopia dekonwolucyjnapl
dc.titleInterplay between talin and $\beta1$-integrin in cancer cells motilitypl
dc.title.alternativeInterakcja taliny i integryny $\beta1$ w procesie ruchliwości komórek nowotworowychpl
dc.typeThesispl
dspace.entity.typePublication
dc.abstract.enpl
Cancer is the second most common cause of death after cardiovascular diseases. Although benign tumors have very high survival rate, cancer malignancy strongly increases mortality. The presented thesis concentrates on the interplay between talin and $\beta1$ integrin (adhesion related proteins, also strongly connected with cell migration and cancer development) in mediation of cancer cells physiology and motility, especially in regulating cell adhesion, positioning, and invasion. For the purpose of the study, software capable to deconvolve multiple microscopy images in a single session was developed (Publication I); BatchDeconvolution is a Fiji plugin that bridges PSF Generator and DeconvolutionLab2 (BIG, EPFL), programs serving for calculations of the Point Spread Function and performing image deconvolution, respectively. BatchDeconvolution expands functionalities of these software, providing an environment that allows to enhance multi-position, multi-channel time-lapse image files in a sequential, automated manner. This approach allowed to process a vast amount of microscopy images collected during in vitro studies presented in the following sections. There are two isoforms of talin protein: talin1 and talin2. While talin1 has been extensively studied, there is still not much known about the biological role of talin2. It shares some functions with its sister variant, but the literature describes only a limited redundancy. The presented study concentrates on the molecular mechanism by which specifically talin2 mediates secretion and trafficking of matrix metallopeptidase 9 (MMP9), an enzyme important for extracellular matrix degradation and invadopodia maturation in initial stages of cancer invasion. The study was conducted in MDA-MB-231breast cancer cell line. The absence of talin2 caused inhibition of a process of MMP9 vesicles docking to the ventral membrane, consequently rerouting them towards lysosomal degradation. Furthermore, S339C mutation of talin2, specific for reducing talin2-$\beta1$ integrin interaction, gave similar results as the ablation of talin2. Due to a higher recycling rate, talin2-depleted cells started to exhibit enlarged vesicles containing MMP9, what suggests an overflow of the protein degradation process (Publication II). Talin-$\beta1$ integrin interaction is also a factor in colon cancer tumorigenesis and colon cancer cells adhesion. In Publication III, included in the thesis, a role of cyanidino-3-Oglucoside (C3G) was examined in the context of mediating talin1- and talin2-$\beta1$ integrin interaction, tumor development, and colon cancer cells adhesion. C3G is a natural dye found in many red and blue vegetables and fruits. It shows many health beneficial properties including anti-oxidative, anti-inflammation, and anti-diabetic ones. Moreover, several reports connect it with an anti-carcinogenic activity. The presented study shows that the C3G binding pocket is located at the interface between talin and integrin. The presence of the compound increases affinity between the two proteins, leading to stimulation of colon cancer cells adhesion. In result, it hinders tumorigenesis. The new knowledge of the functions of talin1 and talin2 proteins allows a better understanding of the regulation of cancer metastasis. Furthermore, even though talin2 was discovered over 20 years ago, its role in cell biology and adhesion is still understudied. The presented research sheds some light on that aspect. Finally, the description of molecular mechanisms driving protein interactions in cancer development may help in designing new anti-cancer therapies.
dc.abstract.plpl
Choroby nowotworowe są drugą, po chorobach układu krążenia, najczęstszą przyczyną zgonów na świecie. Chociaż łagodne zmiany nowotworowe cechują się wysoką przeżywalnością, złośliwe guzy często powiązane są z wysoką śmiertelnością pacjentów. Przedstawiona rozprawa koncentruje się badaniu jak oddziaływanie taliny z integryną $\beta1$ (białek związanych z adhezją, powiązanych również z migracją komórek oraz rozwojem nowotworów) wpływa na ruchliwość komórek nowotworowych, a w szczególności na ich adhezję, pozycjonowanie oraz inwazyjność. Na potrzeby zaprezentowanych badań opracowano oprogramowanie umożliwiające dekonwolucję wielu obrazów mikroskopowych (Publikacja I); BatchDeconvolution to wtyczka do programu Fiji, która łączy ze sobą moduły PSF Generator oraz DeconvolutionLab2 (BIG, EPFL), programy służące odpowiednio do wyznaczania Funkcji Rozmycia Punktu (ang. Point Spread Function, PSF) oraz dekonwolucji obrazów. BatchDeconvolution rozszerza w ten sposób funkcjonalność powyższego oprogramowania, zapewniając środowisko umożliwiające sekwencyjne, zautomatyzowane wyostrzenie wielopozycyjnych, wielokanałowych, poklatkowych plików graficznych. Takie podejście pozwoliło na przetworzenie dużej ilości obrazów mikroskopowych zebranych podczas badań in vitro przedstawionych w dalszych częściach pracy. Istnieją dwie izoformy białka taliny: talina1 i talina2. Talina1 jest szeroko badana, natomiast niewiele wiadomo o biologicznej roli taliny2. Mimo tego, że posiada ona wiele funkcji wspólnych z jej siostrzanym białkiem, jednak literatura wskazuje, że białka te wykazują swoistą aktywność w komórkach i nie są względem siebie redundantne. Zaprezentowane badania skupiają się na mechanizmie molekularnym, za pomocą którego swoiście talina2 reguluje sekrecję i transport wewnątrzkomórkowy metalopeptydazy macierzowej 9 (MMP9), enzymu biorącego udział w degradacji macierzy zewnątrzkomórkowej i dojrzewania inwadopodiów w początkowych stadiach inwazji nowotworowej. Badania prowadzono na linii komórkowej raka piersi. Usunięcie taliny2 z komórek spowodowało zahamowanie dokowania pęcherzyków z MMP9 do błony podstawnej, a w konsekwencji skierowanie ich do degradacji w lizosomach. Co więcej, mutacja reszty aminokwasowej w talinie2 odpowiedzialnej za charakter oddziaływania talina2-integryna $\beta1$, dała podobne wyniki jak ablacja taliny2. Ze względu na wzmożony recykling MMP9, komórki pozbawione taliny2 zaczęły gromadzić metalopeptydazę w przerośniętych pęcherzykach wewnątrzkomórkowych, co sugeruje przekroczenie maksymalnej wydajności procesu degradacji białek w komórce (Publikacja II). Interakcja taliny z integryną $\beta1$ odgrywa rolę również w tworzeniu się guzów i adhezji nowotworów jelita grubego. Publikacja III, zawarta w tej rozprawie, opisuje rolę cyjanidyno-3-O-glukozydu (C3G) w kontekście regulacji oddziaływania taliny1 i taliny2 z integryną $\beta1$, procesu nowotworzenia oraz adhezji komórek raka jelita grubego. C3G jest naturalnym barwnikiem występującym w wielu czerwonych i niebieskich warzywach i owocach. Wykazuje on wiele korzystnych dla zdrowia właściwości, m.in. przeciwutleniające, przeciwzapalne czy przeciwcukrzycowe. Ponadto, kilka doniesień łączy C3G z działaniem przeciwnowotworowym. Z badań przedstawionych w niniejszej pracy wynika, że na granicy białek w kompleksie taliny i integryny tworzy się kieszeń wiążąca dla C3G. Obecność tego związku zwiększa powinowactwo między tymi białkami, prowadząc do zwiększenia adhezji w komórkach raka jelita grubego, co skutkuje w zahamowanie powstawania guzów. Poszerzenie wiedzy na temat funkcji białek taliny1 i taliny2 umożliwia lepsze zrozumienie regulacji procesu powstawania i przerzutowania nowotworów. Co więcej, mimo że talina2 została odkryta ponad 20 lat temu, jej rola w biologii i adhezji komórek jest nadal słabo zbadana. Przedstawione badania pozwalają poszerzyć naszą wiedzę na ten temat. Ponadto, poznanie mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za interakcję białek biorących udział w rozwoju nowotworów może pomóc w opracowywaniu nowych terapii przeciwnowotworowych.
dc.affiliationpl
Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej : Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego
dc.contributor.advisorpl
Rajfur, Zenon - 214965
dc.contributor.authorpl
Baster, Zbigniew - 206296
dc.contributor.institutionpl
Jagiellonian University. Faculty of Physics, Astronomy and Applied Computer Science. Department of Molecular and Interfacial Biophysics
dc.contributor.reviewerpl
Burda, Květoslava
dc.contributor.reviewerpl
Rędowicz, Maria Jolanta
dc.date.accessioned
2022-05-26T15:29:31Z
dc.date.available
2022-05-26T15:29:31Z
dc.date.openaccess
0
dc.date.submittedpl
2021-06-08
dc.description.accesstime
w momencie opublikowania
dc.description.additionalpl
Bibliogr. s. 50-68
dc.description.physicalpl
[VIII], 122, [21]
dc.description.version
ostateczna wersja autorska (postprint)
dc.identifier.callnumberpl
Dokt. 2021/105
dc.identifier.uri
https://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/292336
dc.languagepl
eng
dc.placepl
Kraków
dc.rights*
Copyright
dc.rights.licence
OTHER
dc.rights.simpleview
Wolny dostęp
dc.rights.uri*
http://ruj.uj.edu.pl/4dspace/License/copyright/licencja_copyright.pdf
dc.share.type
otwarte repozytorium
dc.subject.enpl
talin
dc.subject.enpl
integrin
dc.subject.enpl
cancer
dc.subject.enpl
molecular mechanism
dc.subject.enpl
deconvolution microscopy
dc.subject.plpl
talina
dc.subject.plpl
integryna
dc.subject.plpl
proces nowotworzenia
dc.subject.plpl
mechanizm molekularny
dc.subject.plpl
mikroskopia dekonwolucyjna
dc.titlepl
Interplay between talin and $\beta1$-integrin in cancer cells motility
dc.title.alternativepl
Interakcja taliny i integryny $\beta1$ w procesie ruchliwości komórek nowotworowych
dc.typepl
Thesis
dspace.entity.type
Publication
Affiliations

* The migration of download and view statistics prior to the date of April 8, 2024 is in progress.

Views
60
Views per month
Views per city
Hong Kong
4
Guangzhou
3
Krakow
3
Wroclaw
3
Davis
2
Dublin
2
Strzelce Opolskie
2
Aachen
1
Ashburn
1
Beuren an der Aach
1
Downloads
baster_interplay_between_talin_and_beta1-integrin_2020.txt
27