Dissecting TAZ biology: mechanisms and regulations

The central theme of this thesis is TAZ, a transcriptional co-activator that works - together with its homologue YAP - as transducer of the mammalian Hippo pathway. Since the beginning of my PhD training, I have been involved in the investigation of TAZ function and regulation in breast cancer stem cells. Our findings established TAZ as a molecular determinant of self-renewal and tumorigenic potential in breast cancer cells. Indeed, the vast majority of high grade breast tumors (known to be enriched with cancer stem cells) display a strong positive staining for TAZ, compared with normal mammary tissue and low grade tumors. Experiments described in the first part of this thesis show that TAZ protein is stabilized in cells that have undergone an epithelial-to-mesenchymal transition, or simply lost the apico-basal polarization proper to epithelial cells. Indeed, in polarized epithelial cells the basolateral determinant Scribble activates the Hippo kinases to inhibit TAZ; in depolarized cells (including cells in malignant carcinomas) this inhibitory mechanism is disabled and TAZ can accumulate. How TAZ overexpression modifies the cell to turn it into a cancer stem cell is the object of ongoing work. Part of these results was published in (Cordenonsi et al., 2011). During the last year, I have collaborated on a second project, dealing with TAZ regulation by Wnt signaling (Azzolin et al., 2012). We have found that Wnt signaling activates TAZ along with β-catenin. This happens because, in the absence of Wnt signals, phosphorylated β-catenin drives TAZ degradation; Wnt stimulation thus leads to the parallel stabilization of β-catenin and TAZ. Experiments presented here show that β-catenin effectively inhibits TAZ activity in the absence of Wnt signaling, and that TAZ stabilization is instrumental in both physiological and pathological Wnt biological responses.

Il tema centrale di questa tesi è TAZ, un co-attivatore trascrizionale che – insieme al suo omologo YAP – funge da trasduttore della Hippo pathway nei mammiferi. Dal primo anno di dottorato, ho partecipato allo studio della funzione e la regolazione di TAZ nelle cellule staminali del tumore al seno. I risultati ottenuti dimostrano che TAZ è un determinante molecolare della capacità di auto- rinnovamento (self-renewal) e delle proprietà tumorigeniche di cellule di tumore mammario. La maggioranza dei tumori di alto grado istologico (che contengono un numero elevato di cellule staminali tumorali) esprimono livelli di TAZ più alti rispetto al tessuto sano della ghiandola mammaria e ai tumori di basso grado istologico. Gli esperimenti descritti nella prima parte di questa tesi dimostrano che TAZ è stabilizzato – a livello di proteina – in cellule epiteliali che hanno subito una trasformazione mesenchimale, o hanno perso la polarità apico-basale tipica delle cellule epiteliali. Infatti, in cellule epiteliali polarizzate Scribble, un determinante basolaterale, attiva le chinasi della Hippo pathway ed inibisce TAZ; in cellule depolarizzate (come molte cellule nei carcinomi maligni) questo meccanismo è inattivo e TAZ si accumula. Come la stabilizzazione di TAZ modifichi le cellule per trasformarle in cellule staminali tumorali è oggetto di studi attualmente in corso. Parte di questi risultati è stata pubblicata in (Cordenonsi et al., 2011). Durante l’ultimo anno, ho collaborato ad un secondo progetto, dedicato alla regolazione di TAZ da parte di Wnt/β-catenina (Azzolin et al., 2012). I segnali Wnt attivano TAZ insieme a β-catenina. Ciò è dovuto al fatto che, in assenza di Wnt, β- catenina fosforilata porta TAZ al proteasoma; la stimolazione con Wnt determina quindi la stabilizzazione parallela di β-catenina e TAZ. Gli esperimenti qui presentati dimostrano che β-catenina inibisce l’attività biologica di TAZ in assenza di Wnt, e che la stabilizzazione di TAZ ha un ruolo funzionale nelle risposte biologiche (sia fisiologiche che patologiche) ai segnali Wnt.