Date of Award

11-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Biology

First Advisor

Dr. Mohammed Akli Ayoub

Abstract

In physiology, the functional and physical interactions between cell surface receptors for signal molecules such as hormones, neurotransmitters, and cytokines, provides an important mechanism of diversity and regulation of signal transduction. Therefore, investigating the functional interactions between these receptors is of great importance for understanding their role in physiology and pathophysiology with potential application in drug discovery. In this context, numerous evidences support the implication of two chemokine receptors, CXCR4 and CCR7, in many cancer types. In this study, we hypothesized that the functional, and perhaps the physical interaction, occurring between CXCR4 and CCR7 may constitute one of the key molecular mechanisms of their implication in cancer. Therefore, we investigated such CXCR4-CCR7 interaction in vitro using different cell lines endogenously (HepG2, MDA-MB231, and HT-29) or transiently (human embryonic kidney (HEK 293)) co-expressing the two receptors. For this, RT-PCR was used for the analysis of the relative expression of CXCR4 and CCR7. Moreover, bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technology in live cells combined with SDS-PAGE followed by western blot were applied to study the possible impact of CXCR4-CCR7 interaction on their signaling pathways inside the cells. Our results showed differential expression of the CXCR4 and CCR7 in the different cell lines. More importantly, we revealed an interesting pharmacological and signaling fingerprint supporting the existence of a functional CXCR4-CCR7 interaction. This was mainly characterized by the cross-inhibition of both receptor/G protein coupling as well as receptor/β-arrestin pathway between CXCR4 and CCR7 with an inhibitory impact on the intracellular kinase activation and cell viability. Whether such observations were due to the physical CXCR4-CCR7 interaction (heterodimerization) or simply to an intracellular crosstalk, this needs further investigation. Our study sheds more light on the relationship between CXCR4 and CCR7 and their implication in cell signaling with potential implication in cancer. This may open new perspectives to develop alternative therapeutics by considering the existence of the functional interaction between CXCR4-CCR7 in vitro.

Arabic Abstract

في علم وظائف الأعضاء، توفر التفاعلات الوظيفية والفيزيائية بين مستقبلات سطح الخلية لجزيئات الإشارة مثل الهرمونات والناقلات العصبية والسيتوكينات آلية مهمة لتنويع وتنظيم نقل الإشارات. لذلك، فإن دراسة التفاعلات الوظيفية بين هذه المستقبلات له أهمية كبيرة في فهم دورها في علم وظائف الأعضاء والفيزيولوجيا المرضية مع إمكانية التطبيق في اكتشاف الأدوية. في هذا السياق، تدعم العديد من الأدلة تأثير اثنين من المستقبلات الكيميائية، CXCR4 & CCR7، في العديد من أنواع السرطان النقيلي. في هذه الدراسة، افترضنا أن التفاعل الوظيفي، وربما التفاعل المادي أيضًا، الذي يحدث بين CXCR4 & CCR7 قد يشكل إحدى الآليات الجزيئية الرئيسية لتأثيرها في تطور السرطان وتطوره. لذلك، قمنا بالتحقيق في تفاعل CXCR4 & CCR7 في المختبر باستخدام خطوط خلوية مختلفة تقوم بالتعبير عن/بتصنيع المستقبلين داخليًا (HepG2 كنموذج لسرطان القولون والمستقيم الظهاري) أو بشكل عابرالكلية الجينية البشرية (HEK 293) لهذا تم استخدام RT-PCR لتحليل التعبير النسبي لـCXCR4 وCCR7 في خطوط الخلايا المختلفة. علاوة على ذلك، تم تطبيق تقنية نقل طاقة رنين التلألؤ الحيوي (BRET) في الخلايا الحية جنباً إلى جنب مع SDS-PAGE تليها Western Blot لدراسة التأثير المحتمل بتفاعل CXCR4-CCR7 على مسارات التنشيط والتنظيم داخل الخلايا. أظهرت نتائجنا تعبيراً تفاضلياً في مستويات CCR7 و CXCR4 في خطوط الخلايا المختلفة. الأهم من ذلك، لقد كشفنا عن بصمة دوائية وإشارات مثيرة للاهتمام تدعم وجود تفاعل وظيفي بين CCR7 وCXCR4 تميز هذه بشكل أساسي بالتثبيط العابر لكل من اقتران المستقبل بالبروتين-G وكذلك مسار المستقبل المقترن بمثبط arrestin بين CXCR4 وCCR7 مع تأثير مثبط محتمل على تنشيط kinase داخل الخلية وحيوية الخلية. سواء كانت هذه الملاحظات ناتجة عن تفاعل CXCR4-CCR7 المادي (التغاير) أو ببساطة إلى التواصل/التفاعل المتبادل داخل الخلايا، فإن هذا يحتاج إلى مزيد من التحقيق. تلقي دراستنا مزيدًا من الضوء على العلاقة بين CCR7 وCXCR4 وتأثيرهما تأثيرهما في إشارات الخلية مع التضمين المحتمل في السرطان. قد يفتح هذا آفاقًا جديدة لتطوير علاجات بديلة من خلال النظر في اكتشافنا حول وجود تفاعل وظيفي بين CXCR4-CCR7 في المختبر.

Download
COinS