Le translocateur nucléaire du récepteur des hydrocarbures aryliques (ARNT/HIF-1β) est influencé par l’hypoxie et les hypoxie-mimétiques

Abstract

Contexte : L’Aryl Hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator (ARNT, HIF-1β) est un membre de la famille des protéines basic-Helix-Loop-Helix PER/ARNT/SIM (bHLH/PAS) et un régulateur transcriptionnel vital concernant les processus de développement et d’adaptation physiologique. Le lien entre l’ARNT et le cancer et d’autres maladies est discuté. L’ARNT est connue pour être transloquée dans le noyau cellulaire, où l’accumulation de la protéine a lieu. L’ARNT est un partenaire d’hétérodimérisation du récepteur des hydrocarbures aryliques (AhR) activé par un ligand xénobiotique, des protéines Single Minded (SIM), du facteur 1 à hélice-boucle-hélice cardiovasculaire et des protéines du facteur inductible de l’hypoxie (HIF-α). L’ARNT est obligatoire pour la liaison de HIF-1, HIF-2 et HIF-3 à l’ADN. Alors que la dégradation des sous-unités HIF-α est supprimée par l’hypoxie, l’ARNT est généralement considéré comme exprimé de manière constitutive en excès dans la cellule, et sa stabilisation est généralement considérée comme indépendante de l’oxygène. Cependant, nous apportons la preuve que la régulation de l’ARNT est beaucoup plus complexe. L’objectif de notre étude était de réévaluer la régulation de l’expression de l’ARNT. Méthodes : Nous avons examiné des lignées cellulaires de différentes origines comme les cellules MCF-7 et T47D (cancer du sein humain), HeLa (carcinome du col de l’utérus humain), Hep3B et HepG2 (hépatome humain), Kelly (neuroblastome humain), REPC (rein humain) et Cos7 (rein primaire de primate). Nous avons utilisé l’analyse immunoblot, la densitométrie, la RT-PCR et la transfection transitoire. Résultats et conclusion : Nos résultats montrent que les niveaux de protéine ARNT sont influencés par l’hypoxie et les mimétiques d’hypoxie tels que le chlorure de cobalt(II) (CoCl2) et la diméthyloxalylglycine (DMOG) d’une manière spécifique à la lignée cellulaire. Nous démontrons que cet effet pourrait être déclenché par HIF-1α qui joue un rôle important dans le processus de stabilisation de l’ARNT en hypoxie.

© 2013 S. Karger AG, Bâle

Introduction

L’Aryl Hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator (ARNT) est un membre de la famille de protéines basic-Helix-Loop-Helix PER/ARNT/SIM (bHLH/PAS) et un régulateur transcriptionnel crucial concernant l’organogenèse et le développement neuronal ainsi que les processus d’adaptation physiologique à l’hypoxie et aux polluants . Outre l’ARNT (HIF-1β), deux autres isoformes ARNT2 et ARNT3 (BMAL1, MOP3, JAP3, ARNTL1) existent chez diverses espèces. ARNT et ARNT2 partagent une identité d’acides aminés de >90%. L’ARNT a un profil d’expression plus ubiquitaire que l’ARNT2 dans les tissus adultes. Des études récentes rapportent un lien entre l’ARNT et plusieurs dysfonctionnements cellulaires et maladies, tels que le cancer et le diabète.

Comme toutes les molécules bHLH, l’ARNT doit se dimériser pour former des complexes actifs de liaison à l’ADN. L’ARNT est connu pour former des hétérodimères avec le récepteur des hydrocarbures aryliques (AhR) activé par un ligand xénobiotique, avec lequel les enzymes métaboliques sont induites, avec les sous-unités HIF-α (facteurs inductibles de l’hypoxie) en cas de faibles niveaux d’oxygène, avec les protéines SIM (Single Minded) pour le développement neuronal et avec le CHF1 (facteur cardiovasculaire à hélice-boucle-hélice 1). Nous avons précédemment montré que l’ARNT est très probablement transloqué dans le noyau par une importation nucléaire classique médiée par les importines α/β. Malgré une exportation nucléaire coexistante, ARNT s’accumule principalement dans le noyau .

En hypoxie, les sous-unités α des facteurs inductibles de l’hypoxie (HIF-α) sont stabilisées et forment des hétérodimères avec ARNT (HIF-1β) qui régulent la réponse cellulaire aux faibles niveaux d’oxygène. Trois isoformes différentes des sous-unités HIF-α dépendantes de l’oxygène sont actuellement identifiées : HIF-1α, HIF-2α (EPAS1) et HIF-3α . Dans des conditions normoxiques, les protéines HIF-α subissent une hydroxylation par les enzymes Prolyl-Hydroxylase-Domaine 1-3 (PHD1-3). L’HIF-α prolyl-hydroxylée sert de motif de reconnaissance pour la polyubiquitination par la protéine de Von Hippel-Lindau (pVHL) et la dégradation protéasomique ultérieure. Cependant, l’ARNT ne possède pas de domaine de dégradation dépendant de l’oxygène (ODDD) et est considéré comme étant constamment exprimé dans des conditions normoxiques. L’opinion actuelle est que l’hypoxie n’a aucun effet sur les niveaux d’ARNT. Cependant, il existe des études éparses qui observent une augmentation partiellement concomitante des niveaux de protéine ARNT dans l’hypoxie. Nous apportons ici la preuve que l’expression de l’ARNT est effectivement influencée et modulée en fonction du type de cellule évalué. Cela suggère que les cellules tumorales pourraient perdre la capacité de réguler l’ARNT au cours de la tumorigenèse. Nos données montrent que la régulation de l’expression de l’ARNT est beaucoup plus complexe que ce que l’on pense généralement.

Dans notre étude, nous avons examiné l’expression de l’ARNT sous différents types d’hypoxie, de mimétiques d’hypoxie et de facteurs inductibles par l’hypoxie révélant des modèles d’expression spécifiques à la lignée cellulaire et dépendants des cofacteurs.

Matériels et méthodes

Culture cellulaire, induction hypoxique et mimétiques d’hypoxie

Les lignées cellulaires MCF-7 (carcinome canalaire mammaire humain), T47D (carcinome canalaire mammaire humain), Hep3B (carcinome hépatocellulaire humain), HeLa (adénocarcinome du col de l’utérus humain), HepG2 (carcinome hépatocellulaire humain) et Cos-7 (cellules rénales de type fibroblaste de primate) ont été incubées dans un milieu de culture DMEM (Gibco). Les lignées cellulaires REPC (rein humain primaire, ) et Kelly (neuroblastome humain) ont été cultivées dans un milieu RPMI-1640 (Gibco). Le milieu de culture a été complété par 10% de sérum de veau fœtal (FCS, Gibco) et 100 UI/ml de pénicilline / 100µg/ml de streptomycine, respectivement. Les cellules ont été cultivées dans une atmosphère humidifiée à 37°C, 5% de CO2 et 20,9% d’O2 (normoxie). Pour les études hypoxiques, les cellules ont été placées dans une atmosphère humidifiée à 37°C, 5% de CO2, N2 équilibré avec soit 1% ou 3% d’O2. Le chlorure de cobalt(II) (CoCl2) a été utilisé dans une dilution de 50 µM et la diméthyloxalylglycine (DMOG) a été utilisée dans une dilution de 1 mM comme mimétique d’hypoxie.

Transfection transitoire

Les lignées cellulaires MCF-7, T47D et Hep3B ont été transfectées avec des siRNA en utilisant le réactif de transfection Lipofectamine™ RNAiMAX (Invitrogen). Les cellules ont été cultivées jusqu’à 50% de confluence dans des plaques de culture à 6 puits avant que la transfection ne soit effectuée en suivant le protocole du fabricant. Avant l’application de l’hypoxie, le milieu de culture a été changé et les cellules ont été incubées encore 6 heures dans des conditions normoxiques.

Analyse par immunoblot et densitométrie

Pour le Western blot, les cellules ont été collectées après traitement, lavées avec du PBS glacé, extraites avec du tampon de lyse à l’urée et soniquées rassemblant les lysats de cellules entières. Les concentrations de protéines ont été déterminées à l’aide du test Bio-Rad DC Protein Assay en suivant le protocole du fabricant. Les extraits de protéines ont été électrophorisés par SDS-PAGE et transférés sur des membranes de nitrocellulose par électrodéposition semi-sèche. Les membranes ont été bloquées avec du lait écrémé à 5% dans du PBS. Les anticorps primaires (HIF-1α : BD transduction, 1:1000 ; ARNT : Novus 1:1000) ont été incubés pendant la nuit, puis les anticorps secondaires correspondants HRP (DAKO 1:5000) ont été ajoutés pendant 2 heures. ECL (GE Healthcare) a été utilisé comme réactif de détection. La quantité de protéines a été comparée en utilisant Aida Image Analyser v.4.27 (Raytest) selon les protocoles. Chaque fond de Western blot a été soustrait de la zone de mesure individuelle. La charge correspondante de Lamin A/C a été considérée comme étant de 100% et la valeur proportionnelle a été calculée.

Isolation d’ARN et RT-PCR

Pour mesurer les niveaux quantitatifs spécifiques d’ARNm, l’ARN total a été isolé des cellules en utilisant l’ABI Prism 6100 Nucleic Acid PrepStation (Applied Biosystems) selon les instructions du fabricant. Ensuite, 0,2 µg d’ARN ont été transcrits de manière inverse en utilisant Superscript III (Invitrogen). L’ADNc généré a été utilisé comme modèle pour l’analyse quantitative en temps réel par PCR (RT-PCR). La RT-PCR a été réalisée à l’aide du système de détection de séquences ABI 7000 (Applied Biosystems), du mélange maître TaqMan Universal PCR (Applied Biosystems) et de KAPA SYBR FAST Universal (Peqlab). L’amplification a été réalisée à l’aide des tests d’expression génétique TaqMan (Hs01100353_m1, Applied Biosystems) selon les protocoles du fabricant. Des amorces spécifiques du gène domestique L28 (sens : 5`-ATGGTCGTGCGGAACTGCT-3` et inverse : 3`-TTGTAGCGGAAGGAATTGCG-5`) ont été utilisées pour la normalisation. Les conditions de cyclage étaient une étape initiale d’activation de la polymérase à 95°C pendant 10 min, suivie de 45 cycles à 95 °C pendant 15 s, 55°C pendant 30 s et à 72°C pendant 20 s. Les échantillons ont été analysés en quadruplicat et les quantités relatives d’ARNm ont été calculées en utilisant la méthode ∆∆∆CT.

Statistiques

L’analyse statistique a été réalisée avec le logiciel GraphPad InStat. Le test t non apparié a été appliqué. Les graphiques sont présentés sous forme de moyennes ± écart-type (ET). Des tests de survie MTT ont été réalisés (données non présentées) pour s’assurer que la survie cellulaire ne diffère pas entre les échantillons.

Résultats

L’expression d’ARNT est induite en hypoxie dans les cellules MCF-7, HeLa, Hep3B et REPC

Nous avons examiné la quantité de protéines ARNT en cultivant des cellules MCF-7 dans des conditions normoxiques (21% O2) pendant 24 heures, suivies soit de 48 heures de normoxie (Nox), soit de 24 heures de normoxie et 24 heures d’hypoxie 1% (Hox 1% 24h, 1% O2) ou seulement 48 heures d’hypoxie 1% (Hox 1% 48h, 1% O2). Les extraits de cellules entières ont été analysés par immunoblotting en utilisant un anticorps monoclonal de souris anti-ARNT. La protéine HIF-1α a été observée pour confirmer l’induction cellulaire hypoxique. Comme le montre la figure 1, les niveaux de protéine ARNT ont été élevés en réponse à l’hypoxie dans les cellules MCF-7. 24 heures d’incubation d’hypoxie à 1% ont conduit à une augmentation significative de l’ARNT par rapport à 48 heures d’hypoxie à 1%.

Fig. 1

Analyse par immunoblot des niveaux de protéines ARNT dans MCF-7. Des lysats de cellules entières (50 µg) ont été analysés. Les cellules ont été cultivées dans des conditions normoxiques (21% O2) suivies soit de 24 heures (Hox1% 24h) soit de 48 heures (Hox 1% 48h) d’induction hypoxique (1% O2). L’induction hypoxique des niveaux de protéines ARNT est montrée en comparaison avec leurs contrôles normoxiques (Nox) mesurés par densitométrie. Moyenne ± SD ; * P < 0,05 ; ** P < 0,01 ; *** P < 0,001 (valeur P bilatérale ; n=6-11). Les moyennes sont représentées en pourcentage. Un immunoblot représentatif est présenté. Les niveaux de protéine HIF-1α servent de contrôle de l’induction hypoxique. La Lamin A/C sert de contrôle de chargement.

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Les cellules MCF-7 ont été incubées jusqu’à 96 heures en hypoxie à 1%, pour révéler les effets à long terme de l’hypoxie. Les cellules MCF-7 ont montré une concentration croissante d’ARNT après 12 heures. Lors d’une exposition supplémentaire à l’hypoxie, les concentrations d’ARNT ont commencé à diminuer jusqu’à une valeur de base (Fig. 2).

Fig. 2

Analyse Immunoblot dépendante du temps de la protéine ARNT dans MCF-7. Des lysats de cellules entières (50 µg) ont été analysés. Les cellules ont été cultivées dans des conditions hypoxiques (1% O2) pendant 12h, 24h, 48h, 72h et 96h. Le milieu de culture a été échangé quotidiennement, en utilisant un milieu équilibré à 1% d’O2. Les niveaux de protéines ARNT ont été mesurés par densitométrie et sont affichés en pourcentage par rapport à l’hypoxie de 12 h 1% (H1% 12h). La lamin A/C sert de contrôle de chargement.

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L’induction ARNT due à différentes intensités d’hypoxie a été mesurée en cultivant des cellules MCF-7 dans une hypoxie de 3% (3% O2) et une hypoxie de 1% (1% O2) pendant 12 heures et 24 heures (Fig. 3a).

Fig. 3

Analyse par immunoblot des niveaux de protéine ARNT dans MCF-7, HeLa, Hep3B et REPC. Des lysats de cellules entières (50 µg) ont été analysés. Les cellules ont été cultivées dans des conditions hypoxiques (3% O2 ou 1% O2) pendant 12 heures ou 24 heures (H3% 12h, H1% 12h, H3% 24h, H1% 24h). Les niveaux de protéines ARNT ont été mesurés par densitométrie et sont affichés en pourcentage des contrôles normoxiques (Nox). Les niveaux de protéine HIF-1α servent de contrôle de l’induction hypoxique. La Lamin A/C sert de contrôle de chargement.

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Pour élucider les différences entre les lignées cellulaires distinctes, nous avons cultivé les cellules HeLa, Hep3B et REPC de manière similaire aux cellules MCF-7 (Fig. 3b-d). Dans tous les types de cellules traitées par hypoxie, les niveaux de protéine ARNT étaient élevés. L’hypoxie à 1 % a entraîné une augmentation plus rapide des niveaux de protéines ARNT mais aussi une normalisation plus précoce que l’hypoxie à 3 %. L’hypoxie à 3 % montre une induction maximale de l’ARNT après 24 heures.

Différentes lignées cellulaires montrent des réactions variées à l’hypoxie et aux mimétiques d’hypoxie concernant les niveaux de protéines ARNT

Pour étudier une relation entre les niveaux d’ARNT et HIF-α, les cellules MCF-7, HeLa, Cos7, REPC, HepG2, Hep3B et Kelly ont été traitées avec les mimétiques d’hypoxie que sont le chlorure de cobalt(II) (CoCl2) et la diméthyloxalylglycine (DMOG) (Fig. 4a-g).

Fig. 4

Analyse par immunoblot des niveaux de protéine ARNT dans MCF-7, HeLa, Cos7, REPC, HepG2, Hep3B et Kelly. Des lysats de cellules entières (50 µg) ont été analysés. Les cellules ont été cultivées en conditions normoxiques (21% O2) (Nox), en conditions hy-poxiques (3% O2) pendant 24 heures (Hox 3% 24h), en conditions normoxiques avec 50 µM de chlorure de cobalt(II) (CoCl2) et en conditions normoxiques avec 1 mM de diméthyloxalylglycine (DMOG). L’induction des niveaux de protéines ARNT est montrée en comparaison avec leurs contrôles normoxiques (Nox) mesurés par densitométrie. Moyenne ± SD ; * P < 0,05 ; ** P < 0,01 ; *** P < 0,001 (valeur P bilatérale ; n = 3 – 7). Les moyennes sont indiquées en pourcentage. Un immunoblot représentatif est présenté. La lamin A/C sert de contrôle de charge.

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Les cellules HepG2 et Kelly n’ont pas répondu à 24 heures d’hypoxie par une augmentation des niveaux de protéines ARNT. Les cellules HeLa ont montré une légère induction ARNT en hypoxie et sous traitement avec des mimétiques d’hypoxie, mais cet effet n’était pas statistiquement significatif. Les cellules MCF-7 ont clairement montré une augmentation des niveaux de protéine ARNT sous 24 heures d’hypoxie à 3% et une augmentation des niveaux de protéine ARNT due au traitement au CoCl2. D’autre part, le traitement au DMOG n’a eu aucun impact sur les niveaux d’ARNT dans les cellules MCF-7, bien que le DMOG soit un stabilisateur HIF très puissant. Les cellules Cos7 ont montré un fort effet d’induction des ARNT à l’hypoxie ainsi qu’aux mimétiques d’hypoxie CoCl2 et DMOG. Les cellules REPC ont montré une forte réponse à l’hypoxie, mais l’induction de l’ARNT par CoCl2 était relativement faible. Le DMOG a réduit les niveaux de protéine ARNT dans les cellules REPC. Les cellules HepG2 n’ont pas réagi à l’induction du niveau de protéine ARNT à l’hypoxie ni au DMOG. Cependant, les cellules HepG2 ont montré une très forte induction ARNT par CoCl2. Les cellules Hep3B ont réagi avec une augmentation des niveaux de protéine ARNT à tous les traitements. Les cellules Kelly n’ont pas montré de réaction dans les niveaux de protéines ARNT, ni à l’hypoxie ni aux mimétiques d’hypoxie.

Les changements dans les niveaux d’ARNm ARNT ne sont pas corrélés avec les niveaux de protéines ARNT sous l’influence de l’hypoxie et des mimétiques d’hypoxie

Nous avons utilisé la méthode quantitative RT-PCR, pour examiner les niveaux d’ARNm liés aux changements observés des niveaux de protéines ARNT. Les cellules MCF-7, HeLa, REPC et Hep3B ont été cultivées dans des conditions normoxiques avant d’être soumises à une hypoxie de 3%, une hypoxie de 1%, un traitement au CoCl2 et au DMOG pendant 24 heures (Fig. 5). Les cellules MCF-7 ont montré une baisse non significative des niveaux d’ARNm ARNT en réponse à l’hypoxie. Cependant, une réduction significative des niveaux d’ARNT mRNA due au traitement par CoCl2 et DMOG a été observée. Alors que les cellules HeLa et REPC n’ont montré aucun effet sur les niveaux d’ARNT mRNA après les traitements, les cellules Hep3B ont réagi à l’hypoxie avec une forte réduction de l’ARNT mRNA. Une réaction de diminution plus légère au CoCl2 a été observée dans ces cellules.

Fig. 5

RT-PCR quantitative des niveaux d’ARNT mRNA dans les cellules MCF-7, HeLa, REPC et Hep3B. Les cellules ont été cultivées dans des conditions normoxiques (21% O2) suivies soit de 24 heures de normoxie (Nox), soit de 24 heures d’hypoxie à 3% (Hox 3% 24h), soit de 24 heures d’hypoxie à 1% (Hox 1% 24h), soit de 50 µM CoCl2 pendant 24 heures (CoCl2), soit de 1 mM DMOG pendant 24 heures (DMOG). Le gène de maintien L28 a été utilisé pour la normalisation. Les quantités relatives d’ARNm ont été calculées à l’aide de la méthode ∆∆CT. Le diagramme montre les moyennes des quantités relatives des niveaux d’ARNm ARNT par rapport à la normoxie (Nox). Moyenne ± SD ; * P < 0,05 ; ** P < 0,01 ; *** P < 0,001 (valeur P bilatérale ; n = 4).

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La protéine ARNT est stabilisée en présence de HIF-1α

Les cellulesMCF-7, T47D et Hep3B ont été transfectées de manière transitoire avec un siRNA HIF-1α, afin de clarifier l’effet de Hif-1α sur les niveaux de protéine ARNT (Fig. 6). Les cellules ont été incubées pendant 48 heures en normoxie avec le réactif de transfection RNAiMAX et le siRNA, suivi d’une phase de récupération de 6 heures. Ensuite, les cellules ont été maintenues en hypoxie à 1% pendant 24 heures. Nous avons observé que les niveaux de protéine ARNT diminuaient en hypoxie si HIF-1α était bloqué. Cependant, la transfection non spécifique de siRNA n’a pas influencé l’augmentation observée des niveaux de protéine ARNT en hypoxie.

Fig. 6

Analyse par immunoblot des niveaux de protéine ARNT dans les MCF-7, T47D et Hep3B traités par siRNA. Des lysats de cellules entières (50 µg) ont été analysés. Les cellules ont été cultivées dans des conditions normoxiques (21% O2) et transfectées de manière transitoire à l’aide du réactif de transfection Lipofectamine™ RNAiMAX (Invitrogen) et du siRNA HIF-1α (Hox1% 24h siRNA HIF-1a) ou du siRNA BlockIt™ (Invitrogen) comme contrôle négatif pour l’élimination spécifique de HIF-1α. Les niveaux de protéines ARNT ont été mesurés par densitométrie et sont affichés en pourcentage. Les niveaux de protéine HIF-1α servent de contrôle pour l’induction hypoxique et le knock down Hif-1α. La Lamin A/C sert de contrôle de charge. (n=4).

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Discussion

Le translocateur nucléaire du récepteur des hydrocarbures aryliques (ARNT/HIF-1β) joue un rôle de régulateur transcriptionnel pivot dans l’homéostasie cellulaire. Il fonctionne comme un partenaire d’hétérodimérisation de diverses protéines régulatrices majeures, telles que HIF-α, les protéines SIM, AhR et CHF1. Elle est donc impliquée dans de nombreuses voies cellulaires régulatrices différentes. Étant donné que l’on pense que l’ARNT est exprimée de manière constitutive et qu’elle n’est pas influencée par les changements physiologiques ou pharmacologiques, par exemple l’hypoxie, l’ARNT n’était pas considérée comme un facteur limitant et une cible thérapeutique possible dans les rapports antérieurs . Cependant, des études récentes rapportent un lien entre l’ARNT et plusieurs maladies, comme le cancer . HIF-1α et HIF-2α sont bien connus pour avoir des fonctions cruciales dans le développement et/ou la thérapie du cancer . En tant que cofacteur obligatoire, la déplétion de l’ARNT entraînerait l’inactivité ou la diminution des niveaux des complexes HIF-α. Pour souligner davantage la pertinence de l’ARNT, nous démontrons pour la première fois que l’hypoxie, les mimétiques d’hypoxie et HIF-1α jouent un rôle important dans les mécanismes de régulation de l’expression de l’ARNT en fonction du type cellulaire évalué.

Nous avons examiné huit lignées cellulaires différentes de 2 espèces hôtes différentes pour démontrer l’influence de l’hypoxie et des mimétiques d’hypoxie sur l’expression de la protéine ARNT. Les cellules de cancer du sein MCF-7 réagissent à l’hypoxie avec une augmentation des niveaux de protéines ARNT, alors que les niveaux d’ARNm ARNT semblent diminuer ou rester inchangés. Cela implique qu’il existe une régulation réciproque entre la stabilisation de la protéine et la synthèse de novo. Des régulations similaires à la baisse et à la hausse de la transcription des gènes en hypoxie sont connues pour plusieurs enzymes et molécules. Nos résultats ne sont pas nécessairement le résultat d’une réduction générale de la synthèse de l’ARNm dans la cellule comme une réponse au stress cellulaire, parce que la transcription du gène ESR2 est induite dans l’hypoxie et le knock-down HIF-1α (données non publiées).

L’exposition à l’hypoxie pour une période plus longue que 48 heures conduit à un retour aux niveaux basaux de la protéine ARNT qui peut être vu dans la normoxie. Un pic d’expression similaire est connu pour la protéine HIF-1α après 4 à 12 heures sous traitement hypoxique. Une incubation hypoxique supplémentaire entraîne une diminution des niveaux de HIF-1α jusqu’à atteindre un état stable. Ce fait pourrait suggérer un effet stabilisateur de la surexpression de HIF-1α envers l’ARNT. La formation de complexes HIF-1α/ARNT dans le noyau pourrait empêcher la dégradation de l’ARNT par les protéasomes, ce qui est en accord avec les résultats de Choi et al. et Mandl et al. Pour étudier nos résultats, nous avons éliminé transitoirement HIF-1α dans les cellules MCF-7 et observé une réduction jusqu’à 90 % des niveaux de protéines ARNT en hypoxie par rapport à la normoxie. Cet effet a également été observé dans les cellules T47D et Hep3B. Une réaction croisée de l’ARNsi HIF-1α neutralisant l’ARNT en raison d’une forte homologie de séquence entre l’ARNT et HIF-α a été exclue par une analyse in silico des séquences de l’ARNsi et du gène. Ces résultats suggèrent une forte corrélation entre l’ARNT et l’expression de la protéine HIF-1α. Une explication pourrait être un effet stabilisateur des partenaires de liaison de l’ARNT indépendants de l’O2, comme l’AhR, le SIM et le CHF1, vis-à-vis de l’ARNT en normoxie. En hypoxie, les niveaux réduits de AhR, SIM et CHF1, pourraient être compensés par la surexpression de HIF-α concernant la stabilisation de l’ARNT. Le knocking down de HIF-1α pourrait donc conduire à une forte diminution des niveaux d’ARNT via une synthèse de novo réduite et une moindre stabilité vis-à-vis de l’ubiquitination et de la dégradation protéasomique, en raison de l’absence de partenaires de dimérisation. Cette hypothèse mettrait en évidence une régulation de l’ARNT fortement dépendante des partenaires de liaison, ce qui serait en accord avec les travaux de Choi et al. et Mandl et al. Pour examiner si l’induction de HIF-α conduit à une augmentation concomitante de l’expression de l’ARNT, nous avons traité les cellules avec CoCl2 et DMOG. Malgré le fait que l’effet stabilisateur de HIF-α de CoCl2 et de DMOG soit analogue, les cellules MCF-7 après DMOG réagissent moins fortement à une augmentation de la protéine ARNT qu’après un traitement par CoCl2. Ces observations sont en accord avec un effet stabilisateur de HIF-α sur l’ARNT. Un comportement opposé entre CoCl2 induisant l’ARNT par rapport au DMOG a pu être observé dans les cellules HepG2. Il est intéressant de noter que les cellules REPC réagissent avec une diminution des niveaux d’ARNT sous traitement DMOG. Bien que l’effet stabilisateur HIF-α du DMOG soit similaire à celui du CoCl2, une réaction cellulaire différente du DMOG n’est pas inhabituelle en raison d’un mode d’action différent. D’autre part, les cellules Cos7 et Hep3B réagissent à l’hypoxie et aux deux mimétiques de l’hypoxie par une forte augmentation des niveaux de protéine ARNT, ce qui est conforme à l’effet stabilisateur de HIF-α postulé par Mandl et al . Le fait que, contrairement à diverses lignées cellulaires tumorales, les niveaux d’ARNT sont bien influencés dans la lignée cellulaire primaire Cos7 par l’hypoxie et les mimétiques d’hypoxie pourrait impliquer une perte de fonction pendant la tumorigenèse dans certaines tumeurs. Les données concernant l’ARNT dans le développement du cancer cellulaire sont rares et des recherches supplémentaires sont donc nécessaires.

La lignée cellulaire Hep3B montre des augmentations significatives des niveaux de protéines ARNT dues aux trois traitements hypoxiques, tandis que l’hypoxie et le CoCl2 réduisent significativement l’ARNT mRNA. Ces résultats soutiennent l’hypothèse d’un mécanisme de rétroaction réciproque, qui peut également être supposé dans les cellules MCF-7. La lignée de cellules rénales REPC montre un comportement déviant. Ces cellules réagissent avec une forte augmentation de la protéine ARNT due à l’hypoxie, mais avec une induction moins intense due au CoCl2 et en désaccord avec la baisse des niveaux de protéine ARNT sous traitement DMOG comme discuté ci-dessus. Mais en outre, les cellules REPC ne montrent aucune variance dans les niveaux d’ARNm ARNT sous les différents traitements impliquant une régulation sur la base de la protéine.

Les cellules Kelly montrent des niveaux de protéine ARNT stables. Ni l’hypoxie ni les mimétiques d’hypoxie ne sont capables d’influencer l’ARNT. De tels niveaux stables d’ARNT peuvent être observés dans les cellules HepG2 en hypoxie et en traitement DMOG également, mais cette lignée cellulaire réagit avec une forte augmentation de la protéine ARNT lors du traitement au CoCl2. Les cellules HeLa ne montrent pas de changement significatif des niveaux d’ARNT, ni en ce qui concerne la protéine ni l’ARNm. Ces résultats soutiennent l’opinion actuelle, selon laquelle l’ARNT est constamment exprimée et n’est pas influencée par l’hypoxie, comme le souligne Semenza. Nous et d’autres avons montré que cette opinion ne peut pas être généralisée. Nous fournissons ici des données qui contredisent l’hypothèse d’un partenaire d’hétérodimérisation de l’ARNT constamment exprimé et non régulé, mais qui sont conformes à celles de Chilov et al. Soutenant également Choi et al. et Mandl et al. nous montrons que l’hétérodimérisation avec HIF-α est un mécanisme important de stabilisation de la protéine ARNT en hypoxie.

En conclusion, nos données suggèrent une régulation générale de stabilisation des partenaires de liaison ARNT, comme HIF-α, AhR, SIM et CHF1 concernant l’expression ARNT. De plus, nous pouvons montrer que chaque lignée/type cellulaire réagit distinctement à l’hypoxie et aux mimétiques d’hypoxie en ce qui concerne l’induction de la synthèse protéique ARNT. Par conséquent, il n’est pas possible d’établir une prédiction universelle de l’expression de la protéine ARNT en fonction de l’étendue des cellules. Ces résultats montrent que la régulation de l’ARNT devrait être davantage étudiée, en particulier en ce qui concerne la tumorigenèse, car la régulation de l’ARNT est beaucoup plus complexe que ce qui est apprécié aujourd’hui.

Remerciements

Nous sommes reconnaissants à T. Svensson, B. Rudzewski et A.-K. Hellberg pour leur excellent soutien technique. Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts.

  1. Kewley RJ, Whitelaw ML, Chapman-Smith A : La famille des régulateurs transcriptionnels de mammifères basic helix-loop-helix/PAS. Int J Biochem Cell Biol 2004;36:189-204.
    Ressources externes

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)

  2. Shimoda LA, Semenza GL : HIF et le poumon : rôle des facteurs inductibles par l’hypoxie dans le développement et la maladie pulmonaires. Am J Respir Crit Care Med 2011;183:152-156.
    Ressources externes

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Contacts auteurs

Dr. rer. nat. Reinhard Depping

Université de Lübeck, Institut de physiologie, Zentrum für Medizinische Struktur

und Zellbiologie, Ratzeburger Allee 160, D-23562 Lübeck (Allemagne)

Tél. +49 451 5004712, Fax +49 451 5004171, E-Mail [email protected]

Détails de l’article / de la publication

Première page d’aperçu

Résumé de l'article original

Acceptée : 30 août 2013
Publié en ligne : 20 septembre 2013
Date de parution : novembre 2013

Nombre de pages imprimées : 10
Nombre de figures : 0
Nombre de tableaux : 0

ISSN : 1015-8987 (imprimé)
eISSN : 1421-9778 (en ligne)

Pour toute information complémentaire : https://www.karger.com/CPB

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