A multidisciplinary approach to unravel the novel role of Rab proteins in cell migration

Cellemigrasjon er en svært kompleks prosess som har en fundamental rolle i flere ulike fysiologiske situasjoner (for eksempel i utvikling, immunrespons og reparasjon av ødelagte vev) og i patologiske tilstander som kreft eller immunsykdommer. Det er derfor veldig viktig å forstå i detalj alle komponentene og mekanismene som regulerer disse komplekse prosessene. Basert på våre resultater som indikerer at Rab proteiner er involvert i cellemigrasjon, var målet for dette prosjektet å identifisere og karakterisere andre Rab proteiner som er involvert i denne prosessen, samt deres interaksjonspartnere. Ved å bruke allerede etablerte cellelinjer, og en multi-disiplinær tilnærming som kombinerer celle- og molekylærbiologi, proteomikk, biofysikk og biokjemi, så kan vi kaste lys over forholdet mellom struktur og funksjon i de identifiserte proteinene. Hensikten var å finne ut hvilke dynamiske og mekaniske egenskaper de regulerer i cellen, og deres funksjonelle roller i organismer. I dette prosjektet identifiserte og karakteriserte vi nye Rab proteiner involvert i cellemigrasjon ved å bruke forskjellige mikroskopi-teknikker. Vi valgte ut de mest interessante kandidatene og vi fant deres interaksjonspartnere. Vi undersøkte videre hvordan de fungerer inne i cellene og vi avslørte nye molekylærmekanismer som Rab proteiner bruker for å regulere cellebevegelse. Vi har også validert resultatene våre i dyremodeller som sebrafisk og mus. Kort oppsummert så ga denne metoden oss mulighet til å karakterisere nye mekanismer som er involvert i cellemigrasjon, fra et molekylært nivå til organismer. Siden cellemigrasjon er en fundamental prosess også for mange patologiske studier, kan resultatene fra dette prosjektet gi helt ny informasjon som er viktig for basis forståelse av cellebiologi. Disse cellemigreringsstudiene kan også føre til ny kunnskap som kan danne grunnlag for nye behandlingsmåter og bekjempelse av sykdommer.

The results obtained in this project contribute to scientific innovation and development of new knowledge by providing new insights into the fields of intracellular trafficking and cell migration, all basic processes with strong implication in physiological and pathological conditions like immunity and cancer. By combining cell biology, proteomics, biochemistry and biophysics, and involving collaboration with several international and Norwegian laboratories, this project has contributed to increase interdisciplinary and international research collaboration. Furthermore, the discovery of a key involvement of Rab proteins in cell migration, a key process also for pathologic conditions such as inflammation and cancer, may have further potential application in the development of new therapies to fight these diseases (e.g. development of new targeted cell migration inhibitors for anti-inflammatory or anti-cancer therapies).

Rab proteins are small GTPases, master regulators of the intracellular trafficking. In their active form, they associate with downstream effectors such as tethering factors, motor proteins, kinases, and phosphatases. The interaction between Rabs and cytoskeletal proteins was believed to only regulate intracellular transport. However, we have recently found that it is also central for the regulation of cell migration. The objective of our project is therefore to identify Rabs that regulate cell migration, their interactors, and the underlying molecular mechanisms, using an innovative multidisciplinary approach that relies on state-of-the-art technologies. In particular, we will perform microscopy and proteomic screenings to identify Rab proteins and their interactors regulating cell migration. Subsequently, we will characterize the structure/function relationship of the identified complexes by molecular dynamics simulations in combination with 5D-imaging. We will also study how the identified Rabs and their interactors regulates the physical properties in migrating cells. Finally, we will study the functional relevance of the identified proteins in animal models. Cell migration is a fundamental process regulating physiological and pathological situation (such as inflammation and cancer). Therefore, the results achieved will provide important and entirely new information not only for a basic understanding of cell biology, but also for further applications in designing therapies to counter diseases. Indeed, the identification of novel regulators of cell migration can open new possibilities for the development of targeted inhibitors with potential use in anti-inflammatory or anti-cancer therapies.