Ukr.Biochem.J. 2020; Том 92, № 5, вересень-жовтень, c. 50-61

doi: https://doi.org/10.15407/ubj92.05.050

Залежна від ERN1 регуляція експресії генів TMED10, MYL9, SPOCK1, CUL4A і CUL4B в клітинах гліоми лінії U87 за дефіциту глутаміну та глюкози

24.12.2020   Uncategorized   No comments

O. Г. Мінченко*, О. С. Гнатюк, Д. O. Цимбал, Ю. М. Вілецька,
С. В. Даніловський, О. В. Галкін, І. В. Кривдюк, О. В. Рудницька

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
*e-mail: ominchenko@yahoo.com

Отримано: 05 квітня 2020; Затверджено: 25 червня 2020

Як було показано раніше, пригнічення ERN1 (endoplasmic reticulum to nucleus signaling 1) сигнального шляху призводить до уповільнення  росту пухлини внаслідок зниження експресії  основних про-проліферативних генів та посилення експресії супресорних генів, а також змінює­ чутливість цих генів до дефіциту глюкози та глутаміну. Однак, виконавчі механізми ERN1 опосередкованого контро­лю проліферації гліомних клітин залишаються  нез’ясованими. Метою дослідження було оцінити вплив дефіциту глюкози та глутаміну на експресію генів, що контро­люють пухлинний ріст у клітинах гліо­ми U87. Нами вивчено вплив дефіциту глюкози та глутаміну на рівень експресії залучених до контролю пухлинного росту генів, що кодують TMED10 (transmembrane p24 trafficking protein 10), MYL9 (myosin, light chain 9, regulatory), SPOCK1 (sparc/osteonectin, cwcv and kazal-like domains proteoglycan 1), CUL4A (cullin 4A) та CUL4B в клітинах гліоми лінії U87 у контролі та за нокдауну ERN1. Показано, що за дефіциту глюкози спостерігалось значне підвищення рівня експресії генів MYL9, SPOCK1 та CUL4B в контроль­них клітинах гліоми. Нокдаун ERN1 модифікував чутливість до дефіциту глюкози всіх досліджених генів за винятком гена TMED10. В умовах дефіциту глутаміну експресія генів MYL9, CUL4A та CUL4B в контрольних клітинах гліоми посилювалась. У клітинах гліо­ми з пригніченим ERN1 чутливість експресії генів MYL9, TMED10 та CUL4B до дефіциту глутаміну була істотно зміненою, тоді як експресія генів CUL4A та SPOCK1 не залежала від пригнічення ERN1. Результати роботи продемонстрували, що за дефіциту глюкози і глутаміну експресія більшості досліджених генів специфічно порушується і що пригнічення ERN1 сигналювання за таких умов модифікує їх експресію. Виявлені за дефіциту глюкози та глутаміну зміни у профілі експресії досліджуваних генів можуть відігравати роль у зниженні проліферації клітин гліоми з пригніченим ERN1.

Ключові слова: , , , , , , , ,

Посилання:

  1. Almanza A, Carlesso A, Chintha C, Creedican S, Doultsinos D, Leuzzi B, Luís A, McCarthy N, Montibeller L , More S, Papaioannou A, Püschel F,  Sassano ML, Skoko J, Agostinis P, de Belleroche J, Eriksson LA, Fulda S, Gorman AM, Healy S, Kozlov A, Muñoz-Pinedo  C, Rehm M, Chevet E, Samali A.  Endoplasmic reticulum stress signalling – from basic mechanisms to clinical applications. FEBS J. 2019;286(2):241-278. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Lhomond S, Avril T, Dejeans N, Voutetakis K, Doultsinos D, McMahon M, Pineau R, Obacz J,  Papadodima O, Jouan F, Bourien H, Logotheti M, Jégou G, Pallares-Lupon N, Schmit K, Le Reste PJ, Etcheverry A, Mosser J, Barroso K, Vauléon E, Maurel M, Samali A, Patterson JB, Pluquet O, Hetz C, Quillien V, Chatziioannou A, Chevet E. Dual IRE1 RNase functions dictate glioblastoma development. EMBO Mol Med. 2018;10(3):e7929. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Papaioannou A, Chevet E. Driving cancer tumorigenesis and metastasis through UPR signaling. Curr Top Microbiol Immunol. 2018;414:159-192. PubMed, CrossRef
  4. Parzych K, Saavedra-García P, Valbuena GN, Al-Sadah HA, Robinson ME, Penfold L, Kuzeva DM, Ruiz-Tellez A, Loaiza S, Holzmann V, Caputo V, Johnson DC, Kaiser MF, Karadimitris  A, Lam EW, Chevet E, Feldhahn N, Keun HC, Auner HW. The coordinated action of VCP/p97 and GCN2 regulates cancer cell metabolism and proteostasis during nutrient limitation. Oncogene. 2019;38(17):3216-3231. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Lincet H, Icard P. How do glycolytic enzymes favour cancer cell proliferation by nonmetabolic functions? Oncogene. 2015;34(29):3751-3759. PubMed, CrossRef
  6. 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;33:67-73. PubMed, CrossRef
  7. 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;107(35):15553-15558. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. 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;13:597. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  9. Obacz J, Avril T, Le Reste PJ, Urra H, Quillien V, Hetz C, Chevet E. Endoplasmic reticulum proteostasis in glioblastoma-From molecular mechanisms to therapeutic perspectives. Sci Signal. 2017;10(470):eaal2323. PubMed, CrossRef
  10. 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;67(14):6700-6707. PubMed, CrossRef
  11. Logue SE, McGrath EP, Cleary P, Greene S, Katarzyna Mnich K, Almanza A, Chevet E, Dwyer RM, Oommen A, Legembre P, Godey F, Madden EC, Leuzzi B, Obacz J, Zeng Q, Patterson JB, Jäger R, Gorman AM, Samali A. Inhibition of IRE1 RNase activity modulates the tumor cell secretome and enhances response to chemotherapy. Nat Commun. 2018;9(1):3267. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Colombo SL, Palacios-Callender M, Frakich N, Carcamo S, Kovacs I, Tudzarova S, Moncada S. Molecular basis for the differential use of glucose and glutamine in cell proliferation as revealed by synchronized HeLa cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108(52):21069-21074. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Yalcin A, Clem BF, Imbert-Fernandez Y, Ozcan SC, Peker S, O’Neal J, Klarer AC, Clem AL, Telang S,  Chesney J. 6-Phosphofructo-2-kinase (PFKFB3) promotes cell cycle progression and suppresses apoptosis via Cdk1-mediated phosphorylation of p27. Cell Death Dis. 2014;5(7):e1337. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Zhao S, Cai J, Li J, Guiqiu Bao G, Li D, Li Y, Zhai X, Jiang C, Fan L. Bioinformatic Profiling Identifies a Glucose-Related Risk Signature for the Malignancy of Glioma and the Survival of Patients. Mol Neurobiol. 2017;54(10):8203-8210. PubMed, CrossRef
  15. Huber AL, Lebeau J, Guillaumot P, Pétrilli V, Malek M, Chilloux J, Fauvet F, Payen L, Kfoury A, Renno T, Chevet E, Manié SN. p58(IPK)-mediated attenuation of the proapoptotic PERK-CHOP pathway allows malignant progression upon low glucose. Mol Cell. 2013;49(6):1049-1059. PubMed, CrossRef
  16. Tsymbal DO, Minchenko DO, Riabovol OO, Ratushna OO, Minchenko OH.  IRE1 knockdown modifies glucose and glutamine deprivation effects on the expression of proliferation related genes in U87 glioma cells. Biotechnol Acta. 2016; 9(1): 26-37. CrossRef
  17. Iurlaro R, Püschel F, León-Annicchiarico CL, O’Connor H, Martin SJ, Palou-Gramón D, Lucendo E, Muñoz-Pinedo C. Glucose deprivation induces ATF4-mediated apoptosis through TRAIL death receptors. Mol Cell Biol. 2017;37(10):e00479-e00416. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Teramoto K, Katoh H. The cystine/glutamate antiporter xCT is a key regulator of EphA2 S897 phosphorylation under glucose-limited conditions. Cell Signal. 2019;62:109329. PubMed, CrossRef 4
  19. Saran S, Tran DDH, Ewald F,  Koch A, Hoffmann A, Koch M, Nashan B, Tamura T. Depletion of three combined THOC5 mRNA export protein target genes synergistically induces human hepatocellular carcinoma cell death. Oncogene. 2016;35(29):3872-3879. PubMed, CrossRef
  20. Xu X, Gao H, Qin J, He L, Liu W. TMP21 modulates cell growth in papillary thyroid cancer cells by inducing autophagy through activation of the AMPK/mTOR pathway. Int J Clin Exp Pathol. 2015;8(9):10824-10831. PubMed, PubMedCentral
  21. Kruthika BS, Sugur H, Nandaki K,  Arimappamagan A, Paturu K, Santosh V. Expression pattern and prognostic significance of myosin light chain 9 (MYL9): a novel biomarker in glioblastoma. J Clin Pathol. 2019;72(10):677-681. PubMed, CrossRef
  22. Wang JH, Zhang L,Huang ST, Xu J, Zhou Y, Yu XJ, Luo RZ, Wen ZS, Jia WH, Zheng M. Expression and prognostic significance of MYL9 in esophageal squamous cell carcinoma. PLoS One. 2017;12(4):e0175280. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. 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;31(1):820. PubMed, CrossRef
  24. 24. Koshizuka K, Hanazawa T, Kikkawa N, Katada K, Okato A, Arai T, Idichi T, Osako Y, Okamoto Y, Seki N. Antitumor miR-150-5p and miR-150-3p inhibit cancer cell aggressiveness by targeting SPOCK1 in head and neck squamous cell carcinoma. Auris Nasus Larynx. 2018;45(4):854-865.
    PubMed, CrossRef
  25. Wang T, Liu X, Tian Q, Liang T, Chang P. Reduced SPOCK1 expression inhibits non-small cell lung cancer cell proliferation and migration through Wnt/β-catenin signaling. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2018;22(3):637-644. PubMed
  26. Chen D, Zhou H, Liu G, Zhao Y, Cao G, Liu Q. SPOCK1 promotes the invasion and metastasis of gastric cancer through Slug-induced epithelial-mesenchymal transition. J Cell Mol Med. 2018;22(2):797-807. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  27. Jia L, Yan F, Cao W, Chen Z, Zheng H, Li H, Pan Y, Narula N, Ren X, Li H, Zhou P. Dysregulation of CUL4A and CUL4B Ubiquitin Ligases in Lung Cancer. J Biol Chem. 2017;292(7):2966-2978. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  28. Han X, Fang Z, Wang H, Jiao R, Zhou J, Fang N.  CUL4A functions as an oncogene in ovarian cancer and is directly regulated by miR-494. Biochem Biophys Res Commun. 2016;480(4):675-681. PubMed, CrossRef
  29. Zhou Z, Song X, Wavelet CM, Wan Y. Cullin 4-DCAF Proteins in Tumorigenesis. Adv Exp Med Biol. 2020;1217:241-259. PubMed, CrossRef
  30. Zhang H, Wang X, Hu B, Zhang F, Wei H, Li L. Circular RNA ZFR accelerates non-small cell lung cancer progression by acting as a miR-101-3p sponge to enhance CUL4B expression. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2019;47(1):3410-3416. PubMed, CrossRef
  31. Li Y, Wang X. The role of cullin4B in human cancers. Exp Hematol Oncol. 2017;6:17. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Dong J, Wang XQ, Yao JJ, Li G, Li XG.  Decreased CUL4B expression inhibits malignant proliferation of glioma in vitro and in vivo. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2015;19(6):1013-1021. PubMed
  33. Zhao M, Qi M, Li X, Hu J, Zhang J, Jiao M, Bai X, Peng X, Han B. CUL4B/miR-33b/C-MYC axis promotes prostate cancer progression. Prostate. 2019;79(5):480-488. PubMed, CrossRef
  34. Yadav RK, Chae SW, Kim HR, Chae HJ. Endoplasmic reticulum stress and cancer. J Cancer Prev. 2014;19(2):75-88. PubMed, PubMedCentral CrossRef
  35. Chevet E, Hetz C, Samali A. Endoplasmic reticulum stress-activated cell reprogramming in oncogenesis. Cancer Discov. 2015;5(6):586-597.
    PubMed CrossRef
  36. 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; 2(1): 18-29.
  37. Minchenko DO, Kharkova AP, Tsymbal DO, Karbovskyi LL, Minchenko OH. IRE1 inhibition affects the expression of insulin-like growth factor binding protein genes and modifies its sensitivity to glucose deprivation in U87 glioma cells. Endocr Regul. 2015;49(4):185-197. PubMed, CrossRef
  38. Minchenko OH, Kharkova AP, Hnatiuk OS, Luzina OY, Kryvdiuk IV, Kuznetsova AY. ERN1 modifies the effect of glutamine deprivation on tumor growth related factors expression in U87 glioma cells. Ukr Biochem J. 2018;90(3):49-61. CrossRef
  39. Riabovol OO, Tsymbal DO, Minchenko DO, Lebid-Biletska KM, Sliusar MY, Rudnytska OV, Minchenko OH. Effect of glucose deprivation on the expression of genes encoding glucocorticoid receptor and some related factors in ERN1-knockdown U87 glioma cells. Endocr Regul. 2019;53(4):237-249.
    PubMed, CrossRef
  40. Halkin OV, Minchenko DO, Riabovol OO, Telychko VV, Ratushna OO, Minchenko OH. Expression of ubiquitin specific peptidase and ATG7 genes in U87 glioma cells upon glutamine deprivation. Ukr Biochem J. 2017;89(5):52-61. CrossRef
  41. Minchenko DO, Tsymbal DO, Riabovol  OO, Viletska YM, Lahanovska YO, Sliusar MY, Bezrodnyi BH, Minchenko OH. Hypoxic regulation of EDN1, EDNRA, EDNRB, and ECE1 gene expressions in ERN1 knockdown U87 glioma cells. Endocr Regul. 2019;53(4):250-262. PubMed, CrossRef
  42. Bochkov VN, Philippova M, Oskolkova O, Kadl A, Furnkranz A, Karabeg E, Afonyushkin T, Gruber F, Breus 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;99(8):900-908. PubMed, CrossRef
  43. Minchenko OH, Tsymbal DO, Minchenko DO, Kubaychuk OO.  Hypoxic regulation of MYBL1, MEST, TCF3, TCF8, GTF2B, GTF2F2 and SNAI2 genes expression in U87 glioma cells upon IRE1 inhibition. Ukr Biochem J. 2016;88(6):52-62. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.