HIPK2 deficiency causes chromosomal instability by cytokinesis failure and increases tumorigenicity

Abstract

Homeodomain Interacting Protein 2 (HIPK2), a cell fate decision kinase inactivated in several human cancers, is thought to exert its oncosuppressing activity through its p53-dependent and -independent apoptotic function. However, a HIPK2 role in cell proliferation has also been described. In particular, HIPK2 is required to complete cytokinesis, the last step of cell division, and impaired HIPK2 expression results in cytokinesis failure and tetraploidization. Since tetraploidy may yield to aneuploidy and chromosomal instability (CIN), we asked whether the unscheduled tetraploidy caused by loss of HIPK2 might contribute to tumorigenicity generating aneuploidy and CIN. Here, we show that, compared to Hipk2+/+ mouse embryo fibroblasts (MEFs), Hipk2-null MEFs accumulate subtetraploid karyotypes and develop CIN. At the functional level, accumulation of these defects inhibits proliferation and spontaneous immortalization of primary MEFs whereas it associates with increased tumorigenicity when MEFs are transformed by the E1A and Harvey-Ras oncogenes. Upon mouse injection, E1A/Ras-transformed Hipk2-null MEFs, but not their Hipk2+/+ counterparts, generate near-tetraploidy tumors. Thus, we evaluated HIPK2 expression in a human cancer derived by initial tetraploidization event, such as pancreatic adenocarcinoma. We analyzed HIPK2 protein levels by immunohistochemistry in tissue microarrays including different stages of pancreatic malignant progression. Of relevance, we found a significant correlation among reduced HIPK2 expression, increased grade of malignancy, and higher nuclear size of tumor cells, a marker of increased ploidy and CIN. Overall, these results indicate that HIPK2 acts as a caretaker gene, whose inactivation causes CIN by cytokinesis failure and increased tumorigenicity.

Homeodomain Interacting Protein 2 (HIPK2) è una chinasi fondamentale per la determinazione del destino cellulare ed è coinvolta in numerosi processi cellulari. Dato il suo ruolo nell’attivazione dell’apoptosi, che essa regola sia fosforilando specificamente p53, sia agendo su altri fattori pro-apoptotici diversi da p53, è stata ipotizzata una sua funzione oncosoppressiva. Questa sua funzione è ulteriormente supportata dall’osservazione che HIPK2 risulta inattivata in diversi tumori umani. Recentemente è stato dimostrato un ruolo di HIPK2 anche nella proliferazione cellulare. In particolare, HIPK2 è necessaria per completare la citochinesi, l’ultima fase della divisione cellulare; infatti, la sua assenza determina difetti di citochinesi che portano a binucleazione/tetraploidia. Poichè la tetraploidia può portare ad aneuploidia e ad instabilità cromosomica (CIN), ci siamo domandati se i difetti di citochinesi causati dalla perdita di HIPK2, potessero influenzare la formazione e lo sviluppo dei tumori, generando aneuploidia e CIN. In questa tesi noi osserviamo che fibroblasti murini embrionali (MEF) Hipk2-/- accumulano un numero maggiore di cariotipi subtetraploidi e sviluppano una maggiore CIN rispetto ai MEF Hipk2+/+. A livello funzionale, l’accumulo di questi difetti inibisce la proliferazione e l’immortalizzazione spontanea dei MEF primari, mentre si associa ad un aumento della tumorigenicità nei MEF trasformati mediante espressione degli oncogeni E1A e Ras. A differenza dei MEF Hipk2+/+ trasformati, che generano prevalentemente tumori diploidi, abbiamo osservato che i MEF Hipk2-/- trasformati generano tumori caratterizzati da un numero di cromosomi subtetraploide quando vengono inoculati in topo nudo. Queste osservazioni ci hanno spinto a valutare l’espressione di HIPK2 in tumori umani in cui un evento iniziale di tetraploidizzazione è considerato chiave per la formazione e/o lo sviluppo della patologia, come nell’adenocarcinoma duttale del pancreas (PDA). Abbiamo perciò analizzato i livelli proteici di HIPK2 tramite immunoistochimica su microarray di tessuti normali e tumorali relativi a differenti stadi della progressione del PDA. Abbiamo trovato una significativa correlazione tra ridotta espressione di HIPK2, maggiore grado di malignità del tumore e maggiore dimensione dell’area nucleare delle cellule tumorali, parametro correlato alla ploidia e alla instabilità cromosomica. In conclusione, questi risultati indicano che HIPK2 agisce come un gene oncosopressore, la cui inattivazione può portare a CIN, dovuta a difetti della citochinesi, e a una maggiore tumorigenicità