A Novel Regulatory Mechanism for the Ras Family of GTPases

NIH RePORTER · NIH · R01 · $369,393 · view on reporter.nih.gov ↗

Abstract

Abstract  Members of the Ras superfamily of small GTPases act as binary switches that regulate numerous biological  pathways, including cell proliferation, survival, and motility. Activating mutations in Ras genes are oncogenic  and  are  found  in  more  than  30%  of  human  cancers.  Rho  GTPases  play  important  roles  in  tumorigenesis  and  metastasis.  Accordingly,  these  Ras-­family  GTPases  are  targets  for  therapeutic  intervention  in  cancer.  Two  protein  posttranslational  lipid  modifications  are  well  known  to  regulate  Ras  GTPases,  cysteine  prenylation  and  cysteine  palmitoylation.  Our  recent  studies  have  identified  a  novel  posttranslational  modification (PTM), reversible lysine palmitoylation, which regulates KRas4A, a KRAS splice variant that is  broadly  expressed  in  cancer  cell  lines  and  human  colorectal  tumors.  We  have  identified  an  enzyme  that  removes  lysine  palmitoylation  from  this  protein,  resulting  in  an  increase  in  KRas4A  transforming  activity.  Based  on  this  exciting  discovery,  the  specific  aims  of  the  project  are  (1)  to  determine  whether  other  small  GTPases are also regulated by reversible lysine palmitoylation. Bioorthogonal click chemistry will be used to  detect  lysine  palmitoylation  and  its  regulation  by  sirtuins  will  be  established  using  knockdown  or  knockout  strategies  in  mammalian  cells.  (2)  To  identify  the  mechanism  of  palmitate  addition  to  lysine  residues  in  GTPases,  we  will  use  two  approaches  to  establish  a  role  for  DHHC  palmitoyltransferases.  First,  we  will  examine  how  lysine  palmitoylation  levels  change  when  DHHC  enzymes  are  overexpressed  or  knocked  down  in  mammalian  cells.  Second,  we  will  reconstitute  lysine  palmitoylation  in  vitro  using  purified  Ras  proteins and DHHC enzymes. (3) To determine how lysine palmitoylation regulates GTPase activity, we will  assess  the  impact  of  lysine  palmitoylation  on  assays  of  Ras  biological  activity  and  its  interactions  with  regulators  and  effectors.  Our  proposed  studies  will  establish  a  novel  regulatory  mechanism  for  the  Ras  family  of  small  GTPases  and  provide  interesting  new  insights  into  their  biological  function.  In  addition,  our  studies  will  for  the  first  time  establish  the  biological  significance  of  a  previously  under-­recognized  PTM,  lysine palmitoylation. Because Ras-­family proteins are considered important therapeutic targets, our studies  have the potential to identify new strategies for cancer treatment.

Key facts

NIH application ID
9960532
Project number
5R01GM121540-04
Recipient
CORNELL UNIVERSITY
Principal Investigator
MAURINE E LINDER
Activity code
R01
Funding institute
NIH
Fiscal year
2020
Award amount
$369,393
Award type
5
Project period
2017-07-15 → 2022-06-30