Ukr.Biochem.J. 2017; Том 89, № 1, січень-лютий, c. 38-49

doi: https://doi.org/10.15407/ubj89.01.038

Пригнічення IRE1 змінює гіпоксичну регуляцію експресії генів G6PD, GPI, TKT, TALDO1, PGLS та RPIA у клітинах гліоми лінії U87

22.02.2017   Без категорії   No comments

O. Г. Мінченко1, Я. А. Гармаш1, Д. O. Мінченко1,2,
А. Ю. Кузнєцова1, О. 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

Нами вивчено ефект гіпоксії на рівень експресії мРНК основних ензимів пентозо-фосфатного циклу метаболізму глюкози (G6PD, TKT, TALDO1, PGLS та RPIA), а також глюкозо-6-фосфатізомерази (GPI) в клітинах гліоми лінії U87 в умовах пригнічення IRE1 (залежного від інозитолу ензиму 1). Встановлено, що гіпоксія призводила до посилення експресії генів GPI та PGLS і зниження експресії генів TALDO1 та RPIA в контрольних клітинах гліоми, причому вираженіші зміни виявлено для гена GPI. У той самий час пригнічення IRE1 модифікувало ефект гіпоксії на експресію всіх досліджених генів. Зокрема, збільшувало чутливість до гіпоксії експресію генів G6PD та TKT і знижувало ефект гіпоксії на експресію генів GPI та RPIA. Разом із тим, пригнічення IRE1 знімало ефект гіпоксії на експресію гена PGLS, але істотно не змінювало цей ефект на рівень експресії гена TALDO1 в клітинах гліоми. Результати роботи продемонстрували, що гіпоксія, яка є необхідним фактором росту пухлин, змінювала рівень експресії більшості досліджених генів, і що пригнічення IRE1 модифікувало гіпоксичну регуляцію експресії генів пентозо-фосфатного циклу геноспецифічно і, таким чином, можливо впливало на зниження росту гліоми, але деякі аспекти цієї регуляції потребують подальшого вивчення.

Ключові слова: , , , , , , , , ,

Посилання:

  1. Wamelink MM, Struys EA, Jakobs C. The biochemistry, metabolism and inherited defects of the pentose phosphate pathway: a review. J Inherit Metab Dis. 2008 Dec;31(6):703-17. Review. PubMed, CrossRef
  2. Berry GT. The unexplored potential of the pentose phosphate pathway in health and disease. J Inherit Metab Dis. 2008 Dec;31(6):661. PubMed, CrossRef
  3. Du W, Jiang P, Mancuso A, Stonestrom A, Brewer MD, Minn AJ, Mak TW, Wu M, Yang X. TAp73 enhances the pentose phosphate pathway and supports cell proliferation. Nat Cell Biol. 2013 Aug;15(8):991-1000. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Rao X, Duan X, Mao W, Li X, Li Z, Li Q, Zheng Z, Xu H, Chen M, Wang PG, Wang Y, Shen B, Yi W. O-GlcNAcylation of G6PD promotes the pentose phosphate pathway and tumor growth. Nat Commun. 2015 Sep 24;6:8468. 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. 6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. Minchenko OH, Tsymbal DO, Minchenko DO, Moenner M, Kovalevska OV, Lypova NM. Inhibition of kinase and endoribonuclease activity of ERN1/IRE1α affects expression of proliferationrelated genes in U87 glioma cells. Endoplasm Reticul Stress Dis. 2015;2(1):18-29. CrossRef
  10. 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;1(1):18-26. CrossRef
  11. 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
  12. Stanton RC. Glucose-6-phosphate dehydrogenase, NADPH, and cell survival. IUBMB Life. 2012 May;64(5):362-9. Review. PubMed, CrossRef
  13. Gregory MA, D’Alessandro A, Alvarez-Calderon F, Kim J, Nemkov T, Adane B, Rozhok AI, Kumar A, Kumar V, Pollyea DA, Wempe MF, Jordan CT, Serkova NJ, Tan AC, Hansen KC, DeGregori J. ATM/G6PD-driven redox metabolism promotes FLT3 inhibitor resistance in acute myeloid leukemia. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 Oct 25;113(43):E6669-E6678. PubMed, PubMedCentral
  14. Hu T, Zhang C, Tang Q, Su Y, Li B, Chen L, Zhang Z, Cai T, Zhu Y. Variant G6PD levels promote tumor cell proliferation or apoptosis via the STAT3/5 pathway in the human melanoma xenograft mouse model. BMC Cancer. 2013 May 22;13:251. PubMed, PubMed, CrossRef
  15. Jiang P, Du W, Yang X. A critical role of glucose-6-phosphate dehydrogenase in TAp73-mediated cell proliferation. Cell Cycle. 2013 Dec 15;12(24):3720-6. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Xu SN, Wang TS, Li X, Wang YP. SIRT2 activates G6PD to enhance NADPH production and promote leukaemia cell proliferation. Sci Rep. 2016 Sep 2;6:32734. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  17. Shelton P, Jaiswal AK. The transcription factor NF-E2-related factor 2 (Nrf2): a protooncogene? FASEB J. 2013 Feb;27(2):414-23. Review. PubMed,  PubMedCentral, CrossRef
  18. Samland AK, Sprenger GA. Transaldolase: from biochemistry to human disease. Int J Biochem Cell Biol. 2009 Jul;41(7):1482-94. Review. PubMed, CrossRef
  19. Xu IM, Lai RK, Lin SH, Tse AP, Chiu DK, Koh HY, Law CT, Wong CM, Cai Z, Wong CC, Ng IO. Transketolase counteracts oxidative stress to drive cancer development. Proc Natl Acad Sci U SA. 2016 Feb 9;113(6):E725-34. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. Moriyama T, Tanaka S, Nakayama Y, Fukumoto M, Tsujimura K, Yamada K, Bamba T, Yoneda Y, Fukusaki E, Oka M. Two isoforms of TALDO1 generated by alternative translational initiation show differential nucleocytoplasmic distribution to regulate the global metabolic network. Sci Rep. 2016 Oct 5;6:34648. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  21. Ou K, Yu K, Kesuma D, Hooi M, Huang N, Chen W, Lee SY, Goh XP, Tan LK, Liu J, Soon SY, Bin Abdul Rashid S, Putti TC, Jikuya H, Ichikawa T, Nishimura O, Salto-Tellez M, Tan P. Novel breast cancer biomarkers identified by integrative proteomic and gene expression mapping. J Proteome Res. 2008 Apr;7(4):1518-28.  PubMed, CrossRef
  22. Qiu Z, Guo W, Wang Q, Chen Z, Huang S, Zhao F, Yao M, Zhao Y, He X. MicroRNA-124 reduces the pentose phosphate pathway and proliferation by targeting PRPS1 and RPIA mRNAs in human colorectal cancer cells. Gastroenterology. 2015 Nov;149(6):1587-1598. PubMed, CrossRef
  23. Ciou SC, Chou YT, Liu YL, Nieh YC, Lu JW, Huang SF, Chou YT, Cheng LH, Lo JF, Chen MJ, Yang MC, Yuh CH, Wang HD. Ribose-5-phosphate isomerase A regulates hepatocarcinogenesis via PP2A and ERK signaling. Int J Cancer. 2015 Jul 1;137(1):104-15. PubMed, CrossRef
  24. Li Y, Jia Y, Che Q, Zhou Q, Wang K, Wan XP. AMF/PGI-mediated tumorigenesis through MAPK-ERK signaling in endometrial carcinoma. Oncotarget. 2015 Sep 22;6(28):26373-87. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Niinaka Y, Harada K, Fujimuro M, Oda M, Haga A, Hosoki M, Uzawa N, Arai N, Yamaguchi S, Yamashiro M, Raz A. Silencing of autocrine motility factor induces mesenchymal-to-epithelial transition and suppression of osteosarcoma pulmonary metastasis. Cancer Res. 2010 Nov 15;70(22):9483-93. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26. Lincet H, Icard P. How do glycolytic enzymes favour cancer cell proliferation by nonmetabolic functions? Oncogene. 2015 Jul;34(29):3751-9. Review. PubMed, CrossRef
  27. Fu M, Li L, Albrecht T, Johnson JD, Kojic LD, Nabi IR. Autocrine motility factor/phosphoglucose isomerase regulates ER stress and cell death through control of ER calcium release. Cell Death Differ. 2011 Jun;18(6):1057-70. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  28. Kho DH, Nangia-Makker P, Balan V, Hogan V, Tait L, Wang Y, Raz A. Autocrine motility factor promotes HER2 cleavage and signaling in breast cancer cells. Cancer Res. 2013 Feb 15;73(4):1411-9. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. 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
  30. 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
  31. Moore K, Hollien J. Ire1-mediated decay in mammalian cells relies on mRNA sequence, structure, and translational status. Mol Biol Cell. 2015 Aug 15;26(16):2873-84. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Chevet E, Hetz C, Samali A. Endoplasmic reticulum stress-activated cell reprogramming in oncogenesis. Cancer Discov. 2015 Jun;5(6):586-97. Review. PubMed, CrossRef
  33. Dejeans N, Barroso K, Fernandez-Zapico ME, Samali A, Chevet E. Novel roles of the unfolded protein response in the control of tumor development and aggressiveness. Semin Cancer Biol. 2015 Aug;33:67-73. PubMed, CrossRef
  34. 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
  35. 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
  36. 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
  37. Bochkov VN, Philippova M, Oskolkova O, Kadl A, Furnkranz A, Karabeg E, Breuss J, Minchenko OH., Mechtcheriakova D, Hohensinner P, Rychli K, Wojta J, Resink T, Binder BR, Leitinger N. Oxidized phospholipids stimulate angiogenesis via induction of VEGF, IL-8, COX-2 and ADAMTS-1 metalloprotease, implicating a novel role for lipid oxidation in progression and destabilization of atherosclerotic lesions. Circ Res. 2006; 99(8): 900-908. CrossRef
  38. Lenihan CR, Taylor CT. The impact of hypoxia on cell death pathways. Biochem Soc Trans. 2013 Apr;41(2):657-63. Review. PubMed, CrossRef
  39. Denko NC. Hypoxia, HIF1 and glucose metabolism in the solid tumour. Nat Rev Cancer. 2008 Sep;8(9):705-13. PubMed, CrossRef
  40. 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.(In Ukrainian). PubMed, CrossRef
  41. Minchenko OH.,Tsymbal DO, Minchenko DO, Riabovol OO, Halkin OV, Ratushna OO. IRE-1α regulates expression of ubiquitin specific peptidases during hypoxic response in U87 glioma cells. Endoplasm Reticul Stress Dis. 2016; 3(1): 50-62. CrossRef
  42. Minchenko OH, Tsymbal DO, Minchenko DO, Riabovol OO, Ratushna OO, Karbovskyi LL. Hypoxic regulation of the expression of cell proliferation related genes in U87 glioma cells upon inhibition of IRE1 signaling enzyme. Ukr Biochem J. 2016; 88(1):11-21. CrossRef
  43. Minchenko DO, Kharkova AP, Halkin OV, Karbovskyi LL, Minchenko OH. Effect of hypoxia on the expression of genes encoding insulin-like growth factors and some related proteins in U87 glioma cells without IRE1 function. Endocr Regul. 2016 Apr;50(2):43-54. PubMed, CrossRef
  44. Minchenko DO, Riabovol OO, Tsymbal DO, Ratushna OO, Minchenko OH. Inhibition of IRE1 signaling affects the expression of genes encoded glucocorticoid receptor and some related factors and their hypoxic regulation in U87 glioma cells. Endocr Regul. 2016 Jul;50(3):127-36. PubMed, CrossRef
  45. Minchenko OH, Kryvdiuk IV, Minchenko DO, Riabovol OO, Halkin OV. Inhibition of IRE1 signaling affects expression of a subset genes encoding for TNF-related factors and receptors and modifies their hypoxic regulation in U87 glioma cells. Endoplasm Reticul Stress Dis. 2016;3(1):1-15. CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.