Endoplasmic reticulum membrane protein complex (EMC) is required for plasma membrane targeting and signaling of palmitoylated RAS isoforms

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Carvalho Junior, Airton de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17136/tde-22012025-152222/
Resumo: RAS proteins are small GTPases that transmit proliferation signals from the plasma membrane to downstream effectors. Plasma membrane targeting of RAS isoforms (HRAS, NRAS, KRAS4A, KRAS4B) requires prenylation and subsequent CaaX processing in the endoplasmic reticulum (ER) membrane followed by KRAS4B direct delivery to the plasma membrane or HRAS, NRAS and KRAS4A palmitoylation in the Golgi before delivery by vesicular trafficking to the plasma membrane. The ER membrane protein complex (EMC) is a translocase for subclasses of C-terminal tail-anchored and multipass transmembrane proteins. Here, we report that overexpression of EMC genes is correlated with poor survival of patients across cancers. We show that knockdown (KD) of either EMC1 or EMC3 subunits was sufficient to suppress RAS-induced tumorigenesis in several tissues of Drosophila melanogaster. The KD of the core EMC subunits is also sufficient to impair MAPK pathway activation through RAS signaling and cell proliferation in non-transformed and RAS-driven human cancer cells. Disrupting EMC impaired the plasma membrane targeting of palmitoylated RAS isoforms affecting neither KRAS4B nor RIT (a non-lipidated small GTPase), nor the palmitoylated RhoB small GTPase or the single-pass EGFR and multipass CD9 receptors. CaaX processing of RAS is dependent on EMC by neither Rce1 and ICMT expression nor RAS prenylation in basal conditions. Instead, palmitoylation efficiency and kinetics of the anterograde trafficking of HRAS toward the cell membrane are impaired upon EMC KD. In addition, we demonstrate that EMC3 KD combined with inhibition of Farnesyl Diphosphate Synthase (FDPS) abolished NRAS farnesylation and sensitized NRAS-driven melanoma cells to death. Thus, our work establishes the EMC role in the palmitoylation and trafficking of palmitoylated RAS isoforms, which is crucial for their signaling from the plasma membrane. According to this, we propose that EMC functions as a sorting platform for palmitoylated RAS access to the secretory pathway and that inhibition of the EMC can be exploited in cancers driven by HRAS and NRAS.
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The ER membrane protein complex (EMC) is a translocase for subclasses of C-terminal tail-anchored and multipass transmembrane proteins. Here, we report that overexpression of EMC genes is correlated with poor survival of patients across cancers. We show that knockdown (KD) of either EMC1 or EMC3 subunits was sufficient to suppress RAS-induced tumorigenesis in several tissues of Drosophila melanogaster. The KD of the core EMC subunits is also sufficient to impair MAPK pathway activation through RAS signaling and cell proliferation in non-transformed and RAS-driven human cancer cells. Disrupting EMC impaired the plasma membrane targeting of palmitoylated RAS isoforms affecting neither KRAS4B nor RIT (a non-lipidated small GTPase), nor the palmitoylated RhoB small GTPase or the single-pass EGFR and multipass CD9 receptors. CaaX processing of RAS is dependent on EMC by neither Rce1 and ICMT expression nor RAS prenylation in basal conditions. Instead, palmitoylation efficiency and kinetics of the anterograde trafficking of HRAS toward the cell membrane are impaired upon EMC KD. In addition, we demonstrate that EMC3 KD combined with inhibition of Farnesyl Diphosphate Synthase (FDPS) abolished NRAS farnesylation and sensitized NRAS-driven melanoma cells to death. Thus, our work establishes the EMC role in the palmitoylation and trafficking of palmitoylated RAS isoforms, which is crucial for their signaling from the plasma membrane. According to this, we propose that EMC functions as a sorting platform for palmitoylated RAS access to the secretory pathway and that inhibition of the EMC can be exploited in cancers driven by HRAS and NRAS.As proteínas RAS são pequenas GTPases que transmitem sinais de proliferação da membrana plasmática. O endereçamento das isoformas de RAS (HRAS, NRAS, KRAS4A, KRAS4B) à membrana celular requer prenilação e subsequente processamento do domínio CaaX na membrana do retículo endoplasmático (RE) seguido pela entrega direta de KRAS4B à membrana celular ou pela palmitoilação de HRAS, NRAS e KRAS4A no Golgi antes de seu tráfego vesicular à membrana plasmática. O complexo de proteína de membrana do RE (EMC) é uma translocase para subclasses de proteínas multipasso ou ancoradas pela cauda C-terminal no RE. Neste estudo, reportamos que a superexpresssão de genes EMC está correlacionada com a baixa sobrevida de pacientes com câncer. Mostramos que o knockdown (KD) das subunidades EMC1 ou EMC3 foi suficiente para suprimir a tumorigênese induzida por RAS em vários tecidos de Drosophila melanogaster. O KD das subunidades centrais da EMC também é suficiente para inibir a ativação da via MAPK através da sinalização de RAS, assim como a proliferação celular em células humanas não transformadas e tumorais dirigidas por RAS. A perda de função do complexo EMC afetou o endereçamento das isoformas de RAS palmitoiladas à membrana plasmática, mas não KRAS4B e outras small GTPases como RIT (não lipidada), RhoB não palmitoilada, bem como os receptores single-pass EGFR e multipass CD9. O processamento CaaX de RAS não depende de EMC, uma vez que a expressão de Rce1 e ICMT nem a prenilação de RAS são comprometidas após o KD de EMC3 em condições basais. Em vez disso, a eficiência da palmitoilação e a cinética do tráfego anterógrado do HRAS em direção à membrana celular são prejudicadas pelo KD de EMC3. Além disso, demonstramos que o KD de EMC3 combinado com a inibição da Farnesil Difosfato Sintase (FDPS) aboliu a farnesilação de NRAS e sensibilizou células de melanoma dirigidas por NRAS à morte. Nosso trabalho estabelece, portanto, o papel do complexo EMC na palmitoilação e no tráfego das isoformas palmitoiladas de RAS, o que é crucial para sua sinalização a partir da membrana plasmática. Dessa forma, propomos que a EMC funcione como uma plataforma de seleção para o acesso das isoformas palmitoiladas de RAS à via secretora e que a inibição de EMC possa ser explorada em cânceres dirigidos por mutações em HRAS e NRAS.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPEspreafico, Enilza MariaCarvalho Junior, Airton de2024-09-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17136/tde-22012025-152222/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPReter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-03-19T17:52:02Zoai:teses.usp.br:tde-22012025-152222Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-03-19T17:52:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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