Structural insights into mis-regulation of protein kinase A in human tumors

Abstract

The extensively studied cAMP-dependent protein kinase A (PKA) is involved in the regulation of critical cell processes, including metabolism, gene expression, and cell proliferation; consequentially, mis-regulation of PKA signaling is implicated in tumorigenesis. Recent genomic studies have identified recurrent mutations in the catalytic subunit of PKA in tumors associated with Cushing’s syndrome, a kidney disorder leading to excessive cortisol production, and also in tumors associated with fibrolamellar hepatocellular carcinoma (FL-HCC), a rare liver cancer. Expression of a L205R point mutant and a DnaJ–PKA fusion protein were found to be linked to Cushing's syndrome and FL-HCC, respectively. Here we reveal contrasting mechanisms for increased PKA signaling at the molecular level through structural determination and biochemical characterization of the aberrant enzymes. In the Cushing’s syndrome disorder, we find that the L205R mutation abolishes regulatory-subunit binding, leading to constitutive, cAMP-independent signaling. In FL-HCC, the DnaJ–PKA chimera remains under regulatory subunit control; however, its overexpression from the DnaJ promoter leads to enhanced cAMP-dependent signaling. Our findings provide a structural understanding of the two distinct disease mechanisms and they offer a basis for designing effective drugs for their treatment.

cAMP signaling in cortisol-producing adrenal adenoma

“…2). This prediction has been well confirmed by a recent X-ray structure of the Leu206Arg mutant (52).…”

Gpr161 anchoring of PKA consolidates GPCR and cAMP signaling

“…Moreover, additional components of the cAMP signaling machinery, such as GPCRs, adenylyl cyclases, and phosphodiesterases, physically interact with AKAPs (1,5,11,14). Mutations activating cAMP/PKA signaling have been shown to contribute to carcinogenesis or degenerative diseases, and inactivating mutations have been linked to hormone resistance (15)(16)(17)(18)(19)(20). In-depth analyses of transient protein-protein interactions (PPIs) of PKA, along with the phosphorylation dynamics, have the potential to reveal conditional signal flow and thus may help to explain pathological implications of cAMP/PKA signaling.…”

Fibrolamellar carcinoma as a distinct subtype of hepatocellular carcinoma: molecular genetics features, diagnostics and treatment prospects

“…Эти нарушения приводят к изменению регу ляции экспрессии многих генов, в том числе повышению экспрессии кортизола. Таким образом, изменение актив ности ПКА -это ключевой механизм при формировании таких патологических состояний, как аденома гипофи за, гиперплазия или опухоли коры надпочечников, явля ющихся причинами развития синдрома Кушинга [29,30].…”

“…При образовании химерного белка DNAJB1PRKАCA в ФлК не происходит изменения активности ПКА, слитный белок полностью сохраняет способность к фосфорилирова нию [29,32,8]. Согласно данным транскриптомного секве нирования, уровень экспрессии химерного транскрипта в ФлК значительно превышает уровень экспрессии неповре жденного PRKACA, поскольку при транслокации ген PRKACA попадает под контроль более сильного промотора гена DNAJB1 [8].…”

“…Согласно данным транскриптомного секве нирования, уровень экспрессии химерного транскрипта в ФлК значительно превышает уровень экспрессии неповре жденного PRKACA, поскольку при транслокации ген PRKACA попадает под контроль более сильного промотора гена DNAJB1 [8]. В отличие от мутированного варианта PRKACA (L205R), возникающего при гиперкортицизме, химерный бе лок DNAJB1PRKАCA в ФлК не утрачивает способность свя зываться с регуляторной субъединицей и отвечать на стиму ляцию цАМФ [29,32]. Экзогенная экспрессия химерного гена в клеточных линиях ГЦР приводит к повышению скорости пролиферации и способности клеток образовывать колонии [33].…”