Ukr.Biochem.J. 2016; Том 88, № 2, березень-квітень, c. 25-34

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj88.02.025

Пригнічення IRE1 модифікує гіпоксичну регуляцію експресії генів родини GADD у клітинах гліоми лінії U87

O. Г. Мінченко1, І. В. Кривдюк1, О. О. Рябовол1,
Д. O. Мінченко1,2, С. В. Даніловський1, O. О. Ратушна1 

1Інститут біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: ominchenko@yahoo.com;
2Національний медичний університет ім. О. О. Богомольця, Київ, Україна

Вивчали гіпоксичну регуляцію експресії генів, що кодують родину протеїнів GADD (growth arrest and DNA damage), у клітинах гліоми лінії U87 за пригнічення IRE1 (inositol requiring enzyme-1), який є центральним медіатором стресу ендоплазматичного ретикулума і контролює процеси проліферації та росту пухлин. Показано, що гіпоксія посилювала експресію генів GADD34, GADD45A, GADD45B та GADD153, функція яких пов’язана з проліферацією та апоптозом клітин, у контрольних (трансфікованих вектором без вставки) клітинах гліоми геноспецифічно. Водночас, рівень експресії генів EIF2AK1 (eukaryotic translation initiation factor 2-alpha kinase 1) та AIFM1 (apoptosis inducing factor, mitochondria associated 1) у цих клітинах знижувався за умов гіпоксії. Встановлено також, що пригнічення функції сигнального ензиму IRE1 у клітинах гліоми лінії U87 посилювало ефект гіпоксії на експресію всіх цих генів за винятком генів EIF2AK1 та AIFM1. Більше того, експресія всіх досліджених генів у клітинах із пригніченим IRE1 істотно знижувалась за умов нормоксії. Таким чином, рівень експресії генів, що кодують GADD34, GADD45A, GADD45B, GADD153, EIF2AK1 та AIFM1, змінюється геноспецифічно за гіпоксії та за пригнічення стресу ендоплазматичного ретикулума, опосередкованого IRE1 сигнальним шляхом, і корелює зі зниженням проліферації клітин гліоми у разі пригнічення функції ензиму IRE1.

Ключові слова: , , , , , , , , ,


Посилання:

  1. Moenner M, Pluquet O, Bouchecareilh M, Chevet E. Integrated endoplasmic reticulum stress responses in cancer. Cancer Res. 2007 Nov 15;67(22):10631-4. PubMed, CrossRef
  2. Schröder M. Endoplasmic reticulum stress responses. Cell Mol Life Sci. 2008 Mar;65(6):862-94. Review. PubMed, CrossRef
  3. Wang S, Kaufman RJ. The impact of the unfolded protein response on human disease. J Cell Biol. 2012 Jun 25;197(7):857-67. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Auf G, Jabouille A, Guérit S, Pineau R, Delugin M, Bouchecareilh M, Magnin N, Favereaux A, Maitre M, Gaiser T, von Deimling A, Czabanka M, Vajkoczy P, Chevet E, Bikfalvi A, Moenner M. Inositol-requiring enzyme 1alpha is a key regulator of angiogenesis and invasion in malignant glioma. Proc Natl Acad Sci USA. 2010 Aug 31;107(35):15553-8.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Drogat B, Auguste P, Nguyen DT, Bouchecareilh M, Pineau R, Nalbantoglu J, Kaufman RJ, Chevet E, Bikfalvi A, Moenner M. IRE1 signaling is essential for ischemia-induced vascular endothelial growth factor-A expression and contributes to angiogenesis and tumor growth in vivo. Cancer Res. 2007 Jul 15;67(14):6700-7. PubMed
  6. Lenihan CR, Taylor CT. The impact of hypoxia on cell death pathways. Biochem Soc Trans. 2013 Apr;41(2):657-63. Review. PubMed, CrossRef
  7. Denko NC. Hypoxia, HIF1 and glucose metabolism in the solid tumour. Nat Rev Cancer. 2008 Sep;8(9):705-13. PubMed, CrossRef
  8. Hetz C, Chevet E, Harding HP. Targeting the unfolded protein response in disease. Nat Rev Drug Discov. 2013 Sep;12(9):703-19. Review. PubMed, CrossRef
  9. Manié SN, Lebeau J, Chevet E. Cellular mechanisms of endoplasmic reticulum stress signaling in health and disease. 3. Orchestrating the unfolded protein response in oncogenesis: an update. Am J Physiol Cell Physiol. 2014 Nov 15;307(10):C901-7. Review. PubMed, CrossRef
  10. Hollien J, Lin JH, Li H, Stevens N, Walter P, Weissman JS. Regulated Ire1-dependent decay of messenger RNAs in mammalian cells. J Cell Biol. 2009 Aug 10;186(3):323-31. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Tampakakis E, Tabit CE, Holbrook M, Linder EA, Berk BD, Frame AA, Bretón-Romero R, Fetterman JL, Gokce N, Vita JA, Hamburg NM. Intravenous Lipid Infusion Induces Endoplasmic Reticulum Stress in Endothelial Cells and Blood Mononuclear Cells of Healthy Adults. J Am Heart Assoc. 2016 Jan 11;5(1). pii: e002574. PubMed, CrossRef
  12. Choy MS, Yusoff P, Lee IC, Newton JC, Goh CW, Page R, Shenolikar S, Peti W. Structural and Functional Analysis of the GADD34:PP1 eIF2α Phosphatase. Cell Rep. 2015 Jun 30;11(12):1885-91. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Young SK, Willy JA, Wu C, Sachs MS, Wek RC. Ribosome Reinitiation Directs Gene-specific Translation and Regulates the Integrated Stress Response. J Biol Chem. 2015 Nov 20;290(47):28257-71. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Lee SK, Kim YS. Phosphorylation of eIF2α attenuates statin-induced apoptosis by inhibiting the stabilization and translocation of p53 to the mitochondria. Int J Oncol. 2013 Mar;42(3):810-6. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Liu L, Ito S, Nishio N, Sun Y, Chen N, Tanaka Y, Isobe K. GADD34 Facilitates Cell Death Resulting from Proteasome Inhibition. Anticancer Res. 2015 Oct;35(10):5317-24. PubMed
  16. Hoffman B, Liebermann DA. Gadd45 in modulation of solid tumors and leukemia. Adv Exp Med Biol. 2013;793:21-33. Review. PubMed, CrossRef
  17. Salvador JM, Brown-Clay JD, Fornace AJ Jr. Gadd45 in stress signaling, cell cycle control, and apoptosis. Adv Exp Med Biol. 2013;793:1-19. Review. PubMed, CrossRef
  18. Zhang XY; Xun-Qu, Wang CQ, Liu GX, Zhou CJ, Wang ZG. Expression of growth arrest and DNA damage inducible 45a in human oral squamous cell carcinoma is associated with tumor progression and clinical outcome. J Cancer Res Ther. 2014 Nov;10 Suppl:C108-13. PubMed, CrossRef
  19. Michaelis KA, Knox AJ, Xu M, Kiseljak-Vassiliades K, Edwards MG, Geraci M, Kleinschmidt-DeMasters BK, Lillehei KO, Wierman ME. Identification of growth arrest and DNA-damage-inducible gene beta (GADD45beta) as a novel tumor suppressor in pituitary gonadotrope tumors. Endocrinology. 2011 Oct;152(10):3603-13. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. Bifulco G, Miele C, Di Jeso B, Beguinot F, Nappi C, Di Carlo C, Capuozzo S, Terrazzano G, Insabato L, Ulianich L. Endoplasmic reticulum stress is activated in endometrial adenocarcinoma. Gynecol Oncol. 2012 Apr;125(1):220-5. PubMed, CrossRef
  21. Li T, Su L, Lei Y, Liu X, Zhang Y, Liu X. DDIT3 and KAT2A Proteins Regulate TNFRSF10A and TNFRSF10B Expression in Endoplasmic Reticulum Stress-mediated Apoptosis in Human Lung Cancer Cells. J Biol Chem. 2015 Apr 24;290(17):11108-18. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Tian X, Ye J, Alonso-Basanta M, Hahn SM, Koumenis C, Dorsey JF. Modulation of CCAAT/enhancer binding protein homologous protein (CHOP)-dependent DR5 expression by nelfinavir sensitizes glioblastoma multiforme cells to tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL). J Biol Chem. 2011 Aug 19;286(33):29408-16. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. Palam LR, Baird TD, Wek RC. Phosphorylation of eIF2 facilitates ribosomal bypass of an inhibitory upstream ORF to enhance CHOP translation. J Biol Chem. 2011 Apr 1;286(13):10939-49. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Haapa-Paananen S, Chen P, Hellström K, Kohonen P, Hautaniemi S, Kallioniemi O, Perälä M. Functional profiling of precursor MicroRNAs identifies MicroRNAs essential for glioma proliferation. PLoS One. 2013;8(4):e60930. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Chatterjee S, Panda AC, Berwal SK, Sreejith RK, Ritvika C, Seshadri V, Pal JK. Vimentin is a component of a complex that binds to the 5′-UTR of human heme-regulated eIF2α kinase mRNA and regulates its translation. FEBS Lett. 2013 Mar 1;587(5):474-80. PubMed, CrossRef
  26. Cobanoglu B, Ceyran AB, Simsek M, Şenol S. Immunohistochemical analysis of Bax and AIF in colorectal tumors. Int J Clin Exp Med. 2015 Sep 15;8(9):16071-6. eCollection 2015. PubMed, PubMedCentral
  27. Zhao H, Wang C, Lu B, Zhou Z, Jin Y, Wang Z, Zheng L, Liu K, Luo T, Zhu D, Chi G, Luo Y, Ge P. Pristimerin triggers AIF-dependent programmed necrosis in glioma cells via activation of JNK. Cancer Lett. 2016 Apr 28;374(1):136-48. PubMed, CrossRef
  28. Minchenko DO, Danilovskyi SV, Kryvdiuk IV, Bakalets TV, Lypova NM, Karbovsky LL, Minchenko OH. Inhibition of ERN1 modifies the hypoxic regulation of the expression of TP53-related genes in U87 glioma cells. Endoplasm Reticul Stress Dis. 2014; 1(1): 18-26. CrossRef
  29. Minchenko O, Opentanova I, Minchenko D, Ogura T, Esumi H. Hypoxia induces transcription of 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase-4 gene via hypoxia-inducible factor-1alpha activation. FEBS Lett. 2004 Oct 8;576(1-2):14-20.  PubMed, CrossRef
  30. Bochkov VN, Philippova M, Oskolkova O, Kadl A, Furnkranz A, Karabeg E, Afonyushkin T, Gruber F, Breuss J, Minchenko A, Mechtcheriakova D, Hohensinner P, Rychli K, Wojta J, Resink T, Erne P, Binder BR, Leitinger N. xidized phospholipids stimulate angiogenesis via autocrine mechanisms, implicating a novel role for lipid oxidation in the evolution of atherosclerotic lesions. Circ Res. 2006 Oct 13;99(8):900-8. PubMed, CrossRef
  31. Minchenko DО, Karbovskyi LL, Danilovskyi SV, Moenner M, Minchenko OH. Effect of hypoxia and glutamine or glucose deprivation on the expression of retinoblastoma and retinoblastoma-related genes in ERN1 knockdown glioma U87 cell line. Am J Mol Biol. 2012; 2(1): 21-31. CrossRef
  32. Minchenko DO, Kharkova AP, Karbovskyi LL, Minchenko OH. Expression of insulin-like growth factor binding protein genes and its hypoxic regulation in U87 glioma cells depends on ERN1 mediated signaling pathway of endoplasmic reticulum stress. Endocr Regul. 2015 Apr;49(2):73-83. PubMed, CrossRef
  33.  Minchenko OH, Kharkova AP, Minchenko DO, Karbovskyi LL. Effect of hypoxia on the expression of IGFBP6, IGFBP7, NOV, CYR61, WISP1, and WISP2 genes in U87 glioma cells depends on ERN1 mediated signaling pathway of endoplasmic reticulum stress. Ukr Biochem J. 2015; 87(6): 52-63. CrossRef
  34. Koumenis C. ER stress, hypoxia tolerance and tumor progression. Curr Mol Med. 2006 Feb;6(1):55-69. Review. PubMed, CrossRef
  35. Bi M, Naczki C, Koritzinsky M, Fels D, Blais J, Hu N, Harding H, Novoa I, Varia M, Raleigh J, Scheuner D, Kaufman RJ, Bell J, Ron D, Wouters BG, Koumenis C. ER stress-regulated translation increases tolerance to extreme hypoxia and promotes tumor growth. EMBO J. 2005 Oct 5;24(19):3470-81. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  36. Koumenis C, Naczki C, Koritzinsky M, Rastani S, Diehl A, Sonenberg N, Koromilas A, Wouters BG. Regulation of protein synthesis by hypoxia via activation of the endoplasmic reticulum kinase PERK and phosphorylation of the translation initiation factor eIF2alpha. Mol Cell Biol. 2002 Nov;22(21):7405-16. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  37. Auf G, Jabouille A, Delugin M, Guérit S, Pineau R, North S, Platonova N, Maitre M, Favereaux A, Vajkoczy P, Seno M, Bikfalvi A, Minchenko D, Minchenko O, Moenner M. High epiregulin expression in human U87 glioma cells relies on IRE1α and promotes autocrine growth through EGF receptor. BMC Cancer. 2013 Dec 13;13:597. PubMed, PubMedCentral, CrossRef

Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.