Ukr.Biochem.J. 2016; Том 88, № 1, січень-лютий, c. 11-21

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj88.01.011

Регуляція експресії генів, що мають відношення до проліферації клітин, за умов гіпоксії та пригнічення сигнального ензиму IRE1 у клітинах гліоми лінії U87

01.04.2016   Без категорії   No comments

O. Г. Мінченко1, Д. O. Цимбал1, Д. O. Мінченко1,2,
О. О. Рябовол1, О. О. Ратушна1, Л. Л. Карбовський1

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

Ми вивчали ефект пригнічення IRE1 (залежного від інозитолу ензиму 1), що є центральним медіатором стресу ендоплазматичного ретикулума і контролює проліферацію клітин та ріст пухлин, на гіпоксичну регуляцію експресії різних генів, які мають відношення до проліферації, у клітинах гліоми лінії U87. Встановлено, що за умов гіпоксії спостерігалося посилення експресії генів IL13RA2, CD24, ING1, ING2, ENDOG та POLG і зниження – генів KRT18, TRAPPC3, TSFM та MTIF2 на рівні мРНК у контрольних клітинах гліоми, причому більш виражені зміни виявлені для генів ING1 та CD24. Пригнічення IRE1 модифікувало ефект гіпоксії на експресію всіх досліджених генів: збільшувало чутливість до гіпоксії експресії генів IL13RA2, TRAPPC3, ENDOG та PLOG, знижувало ефект гіпоксії на ген ING1. Крім того, пригнічення IRE1 знімає регуляцію гіпоксією експресії генів KRT18, CD24, ING2, TSFM та MTIF2 і ініціює чутливість до гіпоксії експресії гена BET1 у клітинах гліоми. Результати цієї роботи продемонстрували, що гіпоксія (необхідний фактор росту пухлин), змінює рівень експресії майже всіх досліджених генів і що пригнічення IRE1 як посилює, так і знижує гіпоксичну регуляцію експресії цих генів і, таким чином, можливо, є внеском у зниження росту гліоми, але деякі аспекти цієї регуляції ще необхідно з’ясувати.

Ключові слова: , , , , , , , , , , , , , , , ,

Посилання:

  1. Saka M, Amano T, Kajiwara K, Yoshikawa K, Ideguchi M, Nomura S, Fujisawa H, Kato S, Fujii M, Ueno K, Hinoda Y, Suzuki M. Vaccine therapy with dendritic cells transfected with Il13ra2 mRNA for glioma in mice. J Neurosurg. 2010 Aug;113(2):270-9. PubMed, CrossRef
  2. Taguchi A, Taylor AD, Rodriguez J, Celiktaş M, Liu H, Ma X, Zhang Q, Wong CH, Chin A, Girard L, Behrens C, Lam WL, Lam S, Minna JD, Wistuba II, Gazdar AF, Hanash SM. A search for novel cancer/testis antigens in lung cancer identifies VCX/Y genes, expanding the repertoire of potential immunotherapeutic targets. Cancer Res. 2014 Sep 1;74(17):4694-705. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Barderas R, Bartolomé RA, Fernandez-Aceñero MJ, Torres S, Casal JI. High expression of IL-13 receptor α2 in colorectal cancer is associated with invasion, liver metastasis, and poor prognosis. Cancer Res. 2012 Jun 1;72(11):2780-90. PubMed, CrossRef
  4. Parlato M, Souza-Fonseca-Guimaraes F, Philippart F, Misset B; Captain Study Group, Adib-Conquy M, Cavaillon JM. CD24-triggered caspase-dependent apoptosis via mitochondrial membrane depolarization and reactive oxygen species production of human neutrophils is impaired in sepsis. J Immunol. 2014 Mar 1;192(5):2449-59. PubMed, CrossRef
  5. Chen J, Tran UM, Rajarajacholan U, Thalappilly S, Riabowol K. ING1b-inducible microRNA203 inhibits cell proliferation. Br J Cancer. 2013 Mar 19;108(5):1143-8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Huang YQ, Han ZD, Liang YX, Lin ZY, Ling XH, Fu X, Cai C, Bi XC, Dai QS, Chen JH, He HC, Chen YR, Jiang FN, Zhong WD. Decreased expression of myosin light chain MYL9 in stroma predicts malignant progression and poor biochemical recurrence-free survival in prostate cancer. Med Oncol. 2014 Jan;31(1):820. PubMed, CrossRef
  7. Bose P, Thakur S, Thalappilly S, Ahn BY, Satpathy S, Feng X, Suzuki K, Kim SW, Riabowol K. ING1 induces apoptosis through direct effects at the mitochondria. Cell Death Dis. 2013 Sep 5;4:e788. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Liu J, Lin Y, Yang H, Deng Q, Chen G, He J. The expression of p33(ING1), p53, and autophagy-related gene Beclin1 in patients with non-small cell lung cancer. Tumour Biol. 2011 Dec;32(6):1113-21. PubMed, CrossRef
  9. Guo XB, Jing CQ, Li LP, Zhang L, Shi YL, Wang JS, Liu JL, Li CS. Down-regulation of miR-622 in gastric cancer promotes cellular invasion and tumor metastasis by targeting ING1 gene. World J Gastroenterol. 2011 Apr 14;17(14):1895-902. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Thalappilly S, Feng X, Pastyryeva S, Suzuki K, Muruve D, Larocque D, Richard S, Truss M, von Deimling A, Riabowol K, Tallen G. The p53 tumor suppressor is stabilized by inhibitor of growth 1 (ING1) by blocking polyubiquitination. PLoS One. 2011;6(6):e21065.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Zhang H, Chen X, Wang J, Guang W, Han W, Zhang H, Tan X, Gu Y. EGR1 decreases the malignancy of human non-small cell lung carcinoma by regulating KRT18 expression. Sci Rep. 2014 Jul 3;4:5416. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Zhang T, Hong W. Ykt6 forms a SNARE complex with syntaxin 5, GS28, and Bet1 and participates in a late stage in endoplasmic reticulum-Golgi transport. J Biol Chem. 2001 Jul 20;276(29):27480-7. PubMed
  13. Zhdanov DD, Fahmi T, Wang X, Apostolov EO, Sokolov NN, Javadov S, Basnakian AG. Regulation of Apoptotic Endonucleases by EndoG. DNA Cell Biol. 2015 May;34(5):316-26. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Linkowska K, Jawień A, Marszałek A, Malyarchuk BA, Tońska K, Bartnik E, Skonieczna K, Grzybowski T. Mitochondrial DNA Polymerase γ Mutations and Their Implications in mtDNA Alterations in Colorectal Cancer. Ann Hum Genet. 2015 Apr 7;79(5):320-328. PubMed, CrossRef
  15. Lee WT, St John J. The control of mitochondrial DNA replication during development and tumorigenesis. Ann N Y Acad Sci. 2015 Sep;1350:95-106.  Review. PubMed, CrossRef
  16. Le Roy F, Silhol M, Salehzada T, Bisbal C. Regulation of mitochondrial mRNA stability by RNase L is translation-dependent and controls IFNalpha-induced apoptosis. Cell Death Differ. 2007 Aug;14(8):1406-13. PubMed
  17. Swan EJ, Maxwell AP, McKnight AJ. Distinct methylation patterns in genes that affect mitochondrial function are associated with kidney disease in blood-derived DNA from individuals with Type 1 diabetes. Diabet Med. 2015 Aug;32(8):1110-5. PubMed, CrossRef
  18. Zhang X, Bian X, Kong J. The proapoptotic protein BNIP3 interacts with VDAC to induce mitochondrial release of endonuclease G. PLoS One. 2014 Dec 1;9(12):e113642. eCollection 2014. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. 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
  20. Yadav RK, Chae SW, Kim HR, Chae HJ. Endoplasmic reticulum stress and cancer. J Cancer Prev. 2014 Jun;19(2):75-88. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  21. Moenner M, Pluquet O, Bouchecareilh M, Chevet E. Integrated endoplasmic reticulum stress responses in cancer. Cancer Res. 2007 Nov 15;67(22):10631-4. Review. PubMed
  22. Lenihan CR, Taylor CT. The impact of hypoxia on cell death pathways. Biochem Soc Trans. 2013 Apr;41(2):657-63. Review. PubMed, CrossRef
  23. Denko NC. Hypoxia, HIF1 and glucose metabolism in the solid tumour. Nat Rev Cancer. 2008 Sep;8(9):705-13. PubMed, CrossRef
  24. Bravo R, Parra V, Gatica D, Rodriguez AE, Torrealba N, Paredes F, Wang ZV, Zorzano A, Hill JA, Jaimovich E, Quest AF, Lavandero S. Endoplasmic reticulum and the unfolded protein response: dynamics and metabolic integration. Int Rev Cell Mol Biol. 2013;301:215-90. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Pluquet O, Dejeans N, Chevet E. Watching the clock: endoplasmic reticulum-mediated control of circadian rhythms in cancer. Ann Med. 2014 Jun;46(4):233-43. Review. PubMed, CrossRef
  26. 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
  27. 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
  28. Clarke HJ, Chambers JE, Liniker E, Marciniak SJ. Endoplasmic reticulum stress in malignancy. Cancer Cell. 2014 May 12;25(5):563-73. Review. PubMed, CrossRef
  29. 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
  30. 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
  31. 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
  32. Acosta-Alvear D, Zhou Y, Blais A, Tsikitis M, Lents NH, Arias C, Lennon CJ, Kluger Y, Dynlacht BD. XBP1 controls diverse cell type- and condition-specific transcriptional regulatory networks. Mol Cell. 2007 Jul 6;27(1):53-66. PubMed
  33. Aragón T, van Anken E, Pincus D, Serafimova IM, Korennykh AV, Rubio CA, Walter P. Messenger RNA targeting to endoplasmic reticulum stress signalling sites. Nature. 2009 Feb 5;457(7230):736-40. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  34. Pluquet O, Dejeans N, Bouchecareilh M, Lhomond S, Pineau R, Higa A, Delugin M, Combe C, Loriot S, Cubel G, Dugot-Senant N, Vital A, Loiseau H, Gosline SJ, Taouji S, Hallett M, Sarkaria JN, Anderson K, Wu W, Rodriguez FJ, Rosenbaum J, Saltel F, Fernandez-Zapico ME, Chevet E. Posttranscriptional regulation of PER1 underlies the oncogenic function of IREα. Cancer Res. 2013 Aug 1;73(15):4732-43. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Chesney J, Clark J, Klarer AC, Imbert-Fernandez Y, Lane AN, Telang S. Fructose-2,6-bisphosphate synthesis by 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase 4 (PFKFB4) is required for the glycolytic response to hypoxia and tumor growth. Oncotarget. 2014 Aug 30;5(16):6670-86. PubMed, PubMedCentral
  36. Minchenko DO, Danilovskyi SV, Kryvdiuk IV, Bakalets TV, Lypova NM, Karbovskyi 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 Jan;1(1):18-26. CrossRef
  37. Minchenko OH, Tsymbal DO, Moenner M, Minchenko DO, Kovalevska OV, Lypova NM. Inhibition of the endoribonuclease of ERN1 signaling enzyme affects the expression of proliferation-related genes in U87 glioma cells. Endoplasm Reticul Stress Dis. 2015 Jan;2(1):18-29. CrossRef
  38. Minchenko OH Kharkova AP, Bakalets TV, Kryvdiuk IV. Endoplasmic reticulum stress, its sensor and signaling systems and the role in the regulation of gene expressions in malignant tumor growth and hypoxia. Ukr Biokhim Zhurn. 2013 Sep-Oct;85(5):5-16. Ukrainian. PubMed, CrossRef
  39. 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. Oxidized 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
  40. Minchenko OH, Kharkova AP, Minchenko DO, Karbovskyi LL. Effect of hypoxia on the expression of genes that encode some IGFBP and CCN proteins in U87 glioma cells depends on IRE1 signaling. Ukr Biochem J. 2015;87(6):52-63.  CrossRef
  41. Minchenko OH, Tsymbal DO, Minchenko DO, Kovalevska OV, Karbovskyi LL, Bikfalvi A. Inhibition of ERN1 signaling enzyme affects hypoxic regulation of the expression of E2F8, EPAS1, HOXC6, ATF3, TBX3 and FOXF1 genes in U87 glioma cells. Ukr Biochem J. 2015 Mar-Apr;87(2):76-87. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.