Titelaufnahme

Einer der grundlegendsten Mechanismen des Lebens ist die Regulierung der Zellgröße. Um eine lebenslange Erhaltung eines komplexen Organismus zu garantieren, ist die Kombination verschiedenster Wachstums-, Überlebens- und mitogener Signale in Verbindung mit zellspezifischen Antworten, notwendig. Die Größe eines Organismus wird somit vom Gleichgewicht inhärenter Entwicklungsprogramme und extrazellulärer Einflüsse bestimmt. Der IGF/PI3K/Akt/mTORC1 Signalweg ist einer der am detailliertesten beschriebenen Signalwege zur Regulation des Zellwachstums. mTORC1 bildet einen zentralen Knotenpunkt zur Vernetzung diverser extrazellulärer Einflüsse und steuert somit primär das Zellwachstum und die Proteinsynthese. Die Aktivierung dieses Signalweges resultiert in der Phosphorylierung und Aktivierung der nachgeordneten Proteine 4E-BP1 und S6K1. S6K1 konnte bereits ein Einfluss zur Regulation der Zellgröße nachgewiesen werden, wobei es dennoch zu teils unterschiedlichen Ergebnissen gekommen ist. Vor kurzem wurde der eIF3 Komplex als ein Bindeglied in der mTORC1/S6K1 Achse identifiziert. eIF3 dient hier als Andockplattform für mTOR um S6K1 zu aktivieren. Diese Tatsache streicht die potentielle Funktion von eIF3 als Regulator der von mTORC1 kontrollierten Zellgröße hervor. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von S6K1 unter mTORC1, als auch einen kombinierten Einfluss von eIF3 und S6K1, auf die Regulation der Zellgröße zu bestimmen. Dazu wurde ein Zellsystem etabliert, welches auf das Fehlen zweiter Bindungspartner der S6K1, zwei Untereinheiten des eIF3 Komplexes - eIF3b und eIF3c, basiert. In dieser Studie zeigen wir, dass das Fehlen der beiden Untereinheiten eIF3b und/oder eIF3c einen starken negativen Effekt auf die Proteinsynthese, Zellproliferation und Zellgröße hat, welcher von einem überraschenden Anstieg der S6K1 Aktivität begleitet wird. Diese Überaktivierung der S6K1 konnte mittels Rapamycin unterdrückt werden, wodurch mTORC1 als die verantwortliche, übergeordnete Kinase identifiziert werden konnte. Des Weiteren wurde ein spezifischer S6K1 Inhibitor, PF-4708671, verwendet, um die S6K1 Aktivität im eIF3b- und eIF3c-defizienten System zu unterdrücken. Wir konnten jedoch zeigen, dass die eIF3b- und/oder eIF3c-induzierte Reduktion der Zellgröße durch die Unterdrückung der S6K1 Aktivität nicht weiter reguliert werden kann. Daraus lässt sich schließen, dass eIF3 die Zellgröße unabhängig von der S6K1 Aktivität reguliert. Dies konnten wir des Weiteren bestätigen, indem wir eIF3b oder eIF3c wieder in das defiziente Zellsystem eingebracht haben, wodurch die ursprüngliche Zellgröße wiederhergestellt werden konnte, jedoch die S6K1 Aktivität unbeeinflusst blieb. Aufgrund einer dokumentierten Verbindung zwischen eIF3 und Krebs haben wir in weiterer Folge zwei eIF3 krebsassoziierte Mutationen auf deren Fähigkeit zur Größenregulierung getestet. Hier konnten wir zeigen, dass beide Mutationen die Zellgrößendefekte, ausgelöst durch das Fehlen von eIF3b oder eIF3c, umkehren konnten und somit eine potentielle Rolle in der Regulierung der Zellgröße in Krebszellen spielen. Zusammenfassend zeigen wir eine neue Funktion von eIF3 für die Erhaltung der Zellgröße, unabhängig von der S6K1 Aktivität.

Cell growth regulation is one of the most fundamental mechanisms of life. To guarantee the life-long maintenance of a complex organism the combination of multiple growth, mitogenic and survival signals with cell specific responses is necessary. The balance between intrinsic developmental programs and extracellular growth signals therefore determines the size of an adult organism. The best characterized key regulatory pathway that controls cell growth, and thereby cell size, is the IGF/PI3K/Akt/mTORC1 axis. mTORC1 acts as a signaling node for diverse environmental signals regulating cell growth and protein synthesis. Activation of this pathway results in the phosphorylation and activation of its two major downstream targets, the 4E-BP1 and the S6K1.

A positive function for cell size regulation has been ascribed to S6K1, however there exist contradictory findings. Recently, eIF3 was identified to provide a major link between the mTORC1/S6K1 axis by acting as a docking platform for mTOR to activate S6K1. This highlights eIF3 as a potential player in mTORC1 mediated cell size regulation.

Here, we investigated the role of S6K1 as a mediator of mTORC1 induced cell size control and whether eIF3 and S6K1 have a joint role in cell size regulation. For this, we depleted binding partners of S6K1, namely two subunits of the eIF3 complex - eIF3b and eIF3c, to study their role in cell size regulation. We show that depletion of these subunits results in a strong decrease of protein synthesis, a reduction in cell proliferation and cell size that is accompanied with a surprising increase of S6K1 activity. This hyperactive S6K1 signaling was rapamycin sensitive, identifying mTORC1 as the responsible upstream kinase. Next, a specific S6K1 inhibitor, PF-4708671, was used to simultaneously block S6K1 activity in an eIF3b and/or eIF3c deficient system. We show that S6K1 inhibition was unable to modulate cell size of eIF3b and/or eIF3c depleted cells any further, suggesting that eIF3 may regulate cell size independently of S6K1 activity. This is further proven by the restoration of eIF3b or eIF3c expression in the depleted system showing a recovery of cell size defects without affecting S6K1 activity. To address the role of eIF3 in regulating cancer cell size we finally identified two cancer associated mutations in eIF3b and eIF3c with the ability to recover from the reduced size phenotype. In summary, our results present a novel role of eIF3 in the maintenance of cell size, independently of S6K1 activity.