Translocatorul nuclear al receptorului de hidrocarburi arilice (ARNT/HIF-1β) este influențat de hipoxie și hipoxie-mimetice

Abstract

Background: Aryl Hydrocarbon Receptor Nuclear Translocator (ARNT, HIF-1β) este un membru al familiei de proteine basic-Helix-Loop-Helix PER/ARNT/SIM (bHLH/PAS) și un regulator transcripțional vital în ceea ce privește procesele de dezvoltare și adaptare fiziologică. Se discută despre legătura dintre ARNT și cancer, precum și cu alte boli. Se știe că ARNT este translocată în nucleul celular, unde are loc acumularea proteinei. ARNT este un partener de heterodimerizare al receptorului Aryl Hydrocarbon Receptor (AhR) activat de ligandul xenobiotic, al proteinelor Single Minded (SIM), al factorului cardiovascular helix-loop-helix 1 și al proteinelor Hypoxia Inducible Factor (HIF-α). ARNT este obligatoriu pentru legarea HIF-1, HIF-2 și HIF-3 la ADN. În timp ce degradarea subunităților HIF-α este suprimată de hipoxie, ARNT este în general considerată ca fiind exprimată constitutiv în exces în interiorul celulei, iar stabilizarea este considerată în general ca fiind independentă de oxigen. Cu toate acestea, noi aducem dovezi că reglarea ARNT este mult mai complexă. Scopul studiului nostru a fost de a reevalua reglarea expresiei ARNT. Metode: Am examinat linii celulare de diferite origini, cum ar fi MCF-7 și T47D (cancer de sân uman), HeLa (carcinom de col uterin uman), Hep3B și HepG2 (hepatom uman), Kelly (neuroblastom uman), REPC (rinichi uman) și celule Cos7 (rinichi primar de primate). Am utilizat analiza imunoblot, densitometria, RT-PCR și transfecția transientă. Rezultate și concluzii: Rezultatele noastre arată că nivelurile proteinei ARNT sunt influențate de hipoxie și de mimeticele de hipoxie, cum ar fi clorura de cobalt(II) (CoCl2) și dimetiloxalilglicină (DMOG) într-o manieră specifică liniei celulare. Demonstrăm că acest efect ar putea fi declanșat de HIF-1α care joacă un rol important în procesul de stabilizare a ARNT în hipoxie.

© 2013 S. Karger AG, Basel

Introducere

Translocatorul nuclear al receptorului de hidrocarburi arilice (ARNT) este un membru al familiei de proteine basic-Helix-Loop-Helix PER/ARNT/SIM (bHLH/PAS) și un regulator transcripțional crucial în ceea ce privește organogeneza și dezvoltarea neuronală, precum și procesele de adaptare fiziologică la hipoxie și poluanți . Pe lângă ARNT (HIF-1β), mai există încă două izoforme ARNT2 și ARNT3 (BMAL1, MOP3, JAP3, ARNTL1) la diferite specii. ARNT și ARNT2 au o identitate de aminoacizi de >90%. ARNT are un model de expresie mai ubicuu decât ARNT2 în țesuturile adulte. Studii recente raportează o legătură a ARNT cu mai multe disfuncții și boli celulare, cum ar fi cancerul și diabetul .

Ca toate moleculele bHLH, ARNT trebuie să se dimerizeze pentru a forma complexe active de legare a ADN-ului. Se știe că ARNT formează heterodimeri cu receptorul Aryl Hydrocarbon Receptor (AhR) activat de ligandul xenobiotic cu care sunt induse enzimele de metabolizare, cu subunitățile HIF-α (Hypoxia Inducible Factors) la niveluri scăzute de oxigen, cu proteinele SIM (Single Minded) pentru dezvoltarea neuronală și CHF1 (cardiovascular helix-loop-helix factor 1) . Am arătat anterior, că ARNT este cel mai probabil translocat în nucleu prin import nuclear clasic mediat de importine α/β . În ciuda unui export nuclear coexistent, ARNT se acumulează în principal în nucleu.

În hipoxie, subunitățile α ale factorilor inducibili de hipoxie (HIF-α) sunt stabilizate și formează heterodimeri cu ARNT (HIF-1β) care reglează răspunsul celular la niveluri scăzute de oxigen. În prezent, sunt identificate trei izoforme diferite de subunități HIF-α dependente de oxigen: HIF-1α, HIF-2α (EPAS1) și HIF-3α . În condiții normoxice, proteinele HIF-α sunt supuse hidroxilării de către enzimele din domeniul Prolyl-Hydroxylase-Domain 1-3 (PHD1-3). HIF-α proil-hidroxilat servește ca motiv de recunoaștere pentru poliubiquitinarea de către proteina Von Hippel-Lindau (pVHL) și degradarea proteazomală ulterioară. Cu toate acestea, ARNT este lipsit de domeniul de degradare dependent de oxigen (ODDD) și se consideră că este exprimat în mod constant în condiții normoxice. Opinia actuală este că hipoxia nu are niciun efect asupra nivelurilor ARNT . Cu toate acestea, există studii dispersate care observă o creștere parțial concomitentă a nivelului proteinei ARNT în hipoxie. Aici aducem dovezi că expresia ARNT este într-adevăr influențată și modulată în funcție de tipul celular evaluat. Acest lucru sugerează că celulele tumorale ar putea pierde capacitatea de reglare a ARNT în timpul tumorigenezei. Datele noastre arată că reglarea expresiei ARNT este mult mai complexă decât se crede în general.

În studiul nostru am investigat expresia ARNT sub diferite tipuri de hipoxie, mimetice de hipoxie și factori inducibili de hipoxie, dezvăluind modele de expresie specifice liniei celulare și dependente de cofactor.

Materiale și metode

Cultură celulară, inducție hipoxică și mimetice ale hipoxiei

Liniile celulare MCF-7 (carcinom ductal mamar uman), T47D (carcinom ductal mamar uman), Hep3B (carcinom hepatocelular uman), HeLa (adenocarcinom de col uterin uman), HepG2 (carcinom hepatocelular uman) și Cos-7 (celule renale asemănătoare fibroblastelor de primate) au fost incubate în mediu de cultură DMEM (Gibco). Liniile celulare REPC (rinichi uman primar, ) și Kelly (neuroblastom uman) au fost cultivate în mediu RPMI-1640 (Gibco). Mediul de cultură a fost suplimentat cu 10% ser fetal de vițel (FCS, Gibco) și, respectiv, 100 UI/ml penicilină / 100µg/ml streptomicină. Celulele au fost cultivate într-o atmosferă umidificată la 37°C, 5% CO2 și 20,9% O2 (normoxie). Pentru studiile hipoxice, celulele au fost plasate într-o atmosferă umidificată la 37°C, 5% CO2, N2 echilibrat cu 1% sau 3% O2. Clorura de cobalt(II) (CoCl2) a fost utilizată într-o diluție de 50 µM și dimetiloxalilglicină (DMOG) a fost utilizată într-o diluție de 1 mM ca mimetic al hipoxiei.

Transfecție tranzitorie

Liniile celulare MCF-7, T47D și Hep3B au fost transfectate cu siARN cu ajutorul reactivului de transfecție Lipofectamine™ RNAiMAX (Invitrogen). Celulele au fost cultivate până la o confluență de 50% în plăci de cultură cu 6 puțuri înainte de a se efectua transfecția conform protocolului producătorului. Înainte de aplicarea hipoxiei, mediul de cultură a fost schimbat și celulele au fost incubate încă 6 ore în condiții normoxice.

Analiză imunoblot și densitometrie

Pentru Western blotting, celulele au fost colectate după tratament, spălate cu PBS rece ca gheața, extrase cu tampon de liză cu uree și sonicate, adunând lizate de celule întregi. Concentrațiile de proteine au fost determinate cu ajutorul Bio-Rad DC Protein Assay, conform protocolului producătorului. Extractele de proteine au fost electroforezate prin SDS-PAGE și transferate pe membrane de nitroceluloză prin electroblotting semiuscat. Membranele au fost blocate cu 5% lapte degresat în PBS. Anticorpii primari (HIF-1α: BD transduction, 1:1000; ARNT: Novus 1:1000) au fost incubați peste noapte, urmați de anticorpi secundari HRP corespunzători (DAKO 1:5000) adăugați timp de 2 ore. ECL (GE Healthcare) a fost utilizat ca reactiv de detecție. Cantitatea de proteine a fost comparată cu ajutorul Aida Image Analyser v.4.27 (Raytest) în conformitate cu protocoalele. Fiecare fond Western blot a fost sustras din zona de măsurare individuală. Încărcarea corespunzătoare a Lamin A/C a fost considerată 100% și a fost calculată valoarea proporțională.

Izolarea ARN-ului și RT-PCR

Pentru a măsura nivelurile cantitative specifice de ARNm, ARN-ul total a fost izolat din celule folosind ABI Prism 6100 Nucleic Acid PrepStation (Applied Biosystems), conform instrucțiunilor producătorului. Apoi, 0,2 µg de ARN au fost transcrise invers cu ajutorul Superscript III (Invitrogen). ADNc generat a fost utilizat ca șablon în analiza PCR cantitativă în timp real (RT-PCR). RT-PCR a fost realizată cu ajutorul sistemului de detectare a secvențelor ABI 7000 (Applied Biosystems), TaqMan Universal PCR Master Mix (Applied Biosystems) și KAPA SYBR FAST Universal (Peqlab). Amplificarea a fost efectuată cu ajutorul testelor TaqMan Gene Expression Assays (Hs01100353_m1, Applied Biosystems) în conformitate cu protocoalele producătorului. Pentru normalizare au fost folosiți amperi specifici pentru gena de menținere L28 (sens: 5`-ATGGTCGTGTGCGGAACTGCT-3` și invers: 3`-TTGTAGCGGAAGGAGAATTGCG-5`). Condițiile de ciclizare au fost o etapă inițială de activare a polimerazei la 95°C timp de 10 min, urmată de 45 de cicluri la 95°C timp de 15 s, 55°C timp de 30 s și la 72°C timp de 20 s. Probele au fost analizate în patru exemplare, iar cantitățile relative de ARNm au fost calculate prin metoda ∆∆CT.

Statistică

Analiza statistică a fost realizată cu GraphPad InStat Software. S-a aplicat testul t nepereche. Graficele sunt prezentate ca medii ± deviație standard (SD). S-au efectuat teste de supraviețuire MTT (datele nu sunt prezentate) pentru a se asigura că supraviețuirea celulelor nu diferă între probe.

Rezultate

Expresia ARNT este indusă în hipoxie în MCF-7, HeLa, Hep3B și celule REPC

Am examinat cantitatea de niveluri ale proteinei ARNT prin creșterea celulelor MCF-7 în condiții normoxice (21% O2) timp de 24 de ore, urmate fie de 48 de ore de normoxie (Nox), fie de 24 de ore de normoxie și 24 de ore de hipoxie 1% (Hox 1% 24h, 1% O2) sau numai 48 de ore de hipoxie 1% (Hox 1% 48h, 1% O2). Extractele de celule întregi au fost analizate prin imunoblotting cu ajutorul unui anticorp monoclonal anti-ARNT de șoarece. Proteina HIF-1α a fost observată pentru a confirma inducerea hipoxică a celulelor. După cum se arată în Fig. 1, nivelurile proteinei ARNT au fost crescute ca răspuns la hipoxie în celulele MCF-7. 24 de ore de incubare cu hipoxie de 1% au dus la o creștere semnificativă a ARNT în comparație cu 48 de ore de hipoxie de 1%.

Fig. 1

Analiză imunoblot a nivelurilor de proteine ARNT în MCF-7. S-au analizat lizatele de celule întregi (50 µg). Celulele au fost cultivate în condiții normoxice (21% O2) urmate fie de 24 de ore (Hox1% 24h), fie de 48 de ore (Hox 1% 48h) de inducție hipoxică (1% O2). Inducția hipoxică a nivelurilor de proteine ARNT este prezentată în comparație cu controalele lor normoxice (Nox) măsurate prin densitometrie. Media ± SD; * P < 0,05; ** P < 0,01; *** P < 0,001 (valoare P cu două cozi; n=6-11). Mediile sunt reprezentate în procente. Este prezentat un imunoblot reprezentativ. Nivelurile proteinei HIF-1α servesc drept control al inducției hipoxice. Lamin A/C servește drept control de încărcare.

http://www.karger.com/WebMaterial/ShowPic/173824

Celulele CMF-7 au fost incubate până la 96 de ore în hipoxie 1%, pentru a evidenția efectele pe termen lung ale hipoxiei. Celulele MCF-7 au prezentat o creștere a concentrației de ARNT după 12 ore. La o expunere suplimentară la hipoxie, concentrațiile ARNT au început să scadă până la o valoare de bază (Fig. 2).

Fig. 2

Analiză imunoblot dependentă de timp a proteinei ARNT în MCF-7. S-au analizat lizatele de celule întregi (50 µg). Celulele au fost cultivate în condiții hipoxice (1% O2) timp de 12h, 24h, 48h, 72h și 96h. Mediul de cultură a fost schimbat zilnic, folosindu-se un mediu echilibrat cu 1% O2. Nivelurile de proteine ARNT au fost măsurate prin densitometrie și sunt afișate în procente în comparație cu 12 h de hipoxie 1% (H1% 12h). Lamin A/C servește drept control de încărcare.

http://www.karger.com/WebMaterial/ShowPic/173823

Inducția ARNT datorată diferitelor intensități de hipoxie a fost măsurată prin cultivarea celulelor MCF-7 în hipoxie 3% (3% O2) și hipoxie 1% (1% O2) timp de 12 ore și 24 de ore (Fig. 3a).

Fig. 3

Analiză imunoblot a nivelului proteinei ARNT în MCF-7, HeLa, Hep3B și REPC. S-au analizat lizatele de celule întregi (50 µg). Celulele au fost cultivate în condiții hipoxice (3% O2 sau 1% O2) timp de 12 ore sau 24 de ore (H3% 12h, H1% 12h, H3% 24h, H1% 24h). Nivelurile de proteine ARNT au fost măsurate prin densitometrie și sunt afișate în procente față de controalele normoxice (Nox). Nivelurile proteinei HIF-1α servesc drept control al inducției hipoxice. Lamin A/C servește drept control de încărcare.

http://www.karger.com/WebMaterial/ShowPic/173822

Pentru a elucida diferențele dintre liniile celulare distincte, am cultivat celule HeLa, Hep3B și REPC similar cu celulele MCF-7 (Fig. 3b-d). În toate tipurile de celule tratate cu hipoxie, nivelurile proteinei ARNT au fost ridicate. Hipoxia de 1 % a dus la o creștere mai rapidă a nivelurilor de proteine ARNT, dar și la o normalizare mai rapidă decât hipoxia de 3 %. Hipoxia de 3% prezintă o inducție maximă a ARNT după 24 de ore.

Diferite linii celulare prezintă reacții diferite la hipoxie și la mimeticele hipoxiei în ceea ce privește nivelurile proteinei ARNT

Pentru a investiga o relație între nivelurile ARNT și HIF-α, celulele MCF-7, HeLa, Cos7, REPC, HepG2, Hep3B și Kelly au fost tratate cu mimeticele hipoxiei clorură de cobalt(II) (CoCl2) și dimetilolxalilglicină (DMOG) (Fig. 4a-g).

Fig. 4

Analiză imunoblot a nivelurilor proteinei ARNT în celulele MCF-7, HeLa, Cos7, REPC, HepG2, Hep3B și Kelly. S-au analizat lizatele de celule întregi (50 µg). Celulele au fost cultivate în condiții normoxice (21% O2) (Nox), în condiții hipoxice (3% O2) timp de 24 de ore (Hox 3% 24h), în condiții normoxice cu 50 µM de clorură de cobalt(II) (CoCl2) și în condiții normoxice cu 1 mM de dimetiloxalilglicină (DMOG). Inducția nivelurilor de proteine ARNT este prezentată în comparație cu controalele lor normoxice (Nox) măsurate prin densitometrie. Media ± SD; * P < 0,05; ** P < 0,01; *** P < 0,001 (valoare P cu două cozi; n = 3 – 7). Mediile sunt prezentate în procente. Este prezentat un imunoblot reprezentativ. Lamin A/C servește drept control de încărcare.

http://www.karger.com/WebMaterial/ShowPic/173821

Celele HepG2 și Kelly nu au răspuns la 24 de ore de hipoxie cu o creștere a nivelului de proteine ARNT. Celulele HeLa au prezentat o ușoară inducție ARNT în hipoxie și sub tratament cu mimetice de hipoxie, dar acest efect nu a fost semnificativ din punct de vedere statistic. Celulele MCF-7 au evidențiat în mod clar o creștere a nivelului proteinei ARNT la 24 de ore de hipoxie de 3% și o creștere a nivelului proteinei ARNT ca urmare a tratamentului cu CoCl2. Pe de altă parte, tratamentul cu DMOG nu a avut niciun impact asupra nivelurilor ARNT în celulele MCF-7, deși DMOG este un stabilizator HIF foarte puternic. Celulele Cos7 au prezentat un efect puternic de inducere a ARNT la hipoxie, precum și la mimeticele de hipoxie CoCl2 și DMOG. Celulele REPC au prezentat un răspuns puternic la hipoxie, însă inducerea ARNT de către CoCl2 a fost relativ redusă. DMOG a redus nivelul proteinei ARNT în celulele REPC. Celulele HepG2 nu au reacționat la inducerea nivelului de proteine ARNT la hipoxie și nici la DMOG. Cu toate acestea, celulele HepG2 au prezentat o inducere foarte puternică a ARNT de către CoCl2. Celulele Hep3B au reacționat cu o creștere a nivelului proteinei ARNT la toate tratamentele. Celulele Kelly nu au prezentat nici o reacție la nivelul proteinelor ARNT, nici la hipoxie, nici la mimeticele hipoxiei.

Schimbările nivelului ARNT mRNA nu se corelează cu nivelul proteinelor ARNT sub influența hipoxiei și a mimeticelor hipoxiei

Am folosit metoda cantitativă RT-PCR, pentru a examina nivelurile mRNA legate de schimbările observate ale nivelului proteinelor ARNT. Celulele MCF-7, HeLa, REPC și Hep3B au fost cultivate în condiții normoxice înainte de aplicarea unui tratament cu hipoxie de 3%, hipoxie de 1%, CoCl2 și DMOG timp de 24 de ore (Fig. 5). Celulele MCF-7 au demonstrat o scădere nesemnificativă a nivelurilor ARNT mRNA ca răspuns la hipoxie. Cu toate acestea, s-a observat o reducere semnificativă a nivelurilor ARNT mRNA ca urmare a tratamentului cu CoCl2 și DMOG. În timp ce celulele HeLa și REPC nu au prezentat niciun efect asupra nivelurilor ARNT mRNA după tratamente, celulele Hep3B au reacționat la hipoxie cu o reducere puternică a ARNT mRNA. La aceste celule a fost observată o reacție de diminuare mai ușoară la CoCl2.

Fig. 5

Reacția RT-PCR cantitativă a nivelurilor ARNT mRNA în celulele MCF-7, HeLa, REPC și Hep3B. Celulele au fost cultivate în condiții normoxice (21% O2) urmate fie de 24 de ore de normoxie (Nox), fie de 24 de ore de hipoxie de 3% (Hox 3% 24h), 24 de ore de hipoxie de 1% (Hox 1% 24h), 50 µM CoCl2 timp de 24 de ore (CoCl2) sau 1 mM DMOG timp de 24 de ore (DMOG). Gena housekeeping L28 a fost utilizată pentru normalizare. Cantitățile relative de ARNm au fost calculate prin metoda ∆∆CT. Diagrama prezintă mediile cantităților relative ale nivelurilor ARNT mRNA în comparație cu normoxia (Nox). Medie ± SD; * P < 0,05; ** P < 0,01; *** P < 0,001 (valoare P cu două cozi; n = 4).

http://www.karger.com/WebMaterial/ShowPic/173820

Proteina ARNT este stabilizată în prezența HIF-1α

Celele CMF-7, T47D și Hep3B au fost transfectate tranzitoriu cu siRNA HIF-1α, pentru a clarifica efectul Hif-1α asupra nivelului proteinei ARNT (Fig. 6). Celulele au fost incubate timp de 48 de ore în normoxie cu reactivul de transfecție RNAiMAX și siRNA, urmat de o fază de recuperare de 6 ore. Ulterior, celulele au fost menținute în hipoxie 1% timp de 24 de ore. Am observat că nivelul proteinei ARNT a scăzut în hipoxie dacă HIF-1α a fost blocat. Cu toate acestea, transfecția nespecifică cu siARN nu a influențat creșterea observată a nivelurilor proteice ARNT în hipoxie.

Fig. 6

Analiză imunoblot a nivelurilor proteice ARNT în MCF-7, T47D și Hep3B tratate cu siARN. S-au analizat lizatele de celule întregi (50 µg). Celulele au fost cultivate în condiții normoxice (21 % O2) și au fost transfectate în mod tranzitoriu cu ajutorul reactivului de transfecție Lipofectamine™ RNAiMAX (Invitrogen) și a siARN HIF-1α (Hox1% 24h siARN HIF-1a) sau a siARN BlockIt™ (Invitrogen) (Hox1% 24h siARN BlockIt) ca martor negativ pentru knock down specific HIF-1α. Nivelurile de proteine ARNT au fost măsurate prin densitometrie și sunt afișate în procente. Nivelurile proteinei HIF-1α servesc drept control pentru inducția hipoxică și Hif-1α knock down. Lamin A/C servește drept control de încărcare. (n=4).

http://www.karger.com/WebMaterial/ShowPic/173819

Discuție

Translocatorul nuclear al receptorului de hidrocarburi arilice (ARNT/HIF-1β) joacă un rol de regulator transcripțional esențial în homeostazia celulară. Acesta funcționează ca partener de heterodimerizare a diferitelor proteine de reglare majore, cum ar fi HIF-α, proteinele SIM, AhR și CHF1. Prin urmare, este implicată într-o mulțime de căi celulare de reglementare diferite. Datorită faptului că se consideră că ARNT este exprimată constitutiv și nu este influențată de modificări fiziologice sau farmacologice, de exemplu hipoxia, ARNT nu a fost considerată a fi factorul limitativ și o posibilă țintă terapeutică în rapoartele anterioare . Cu toate acestea, studii recente raportează o legătură între ARNT și mai multe boli, cum ar fi cancerul . HIF-1α și HIF-2α sunt bine cunoscute ca având funcții cruciale în dezvoltarea și/sau terapia cancerului . În calitate de cofactor obligatoriu al acestora, diminuarea ARNT ar duce la niveluri inactive sau scăzute ale complexelor HIF-α. Pentru a sublinia și mai mult relevanța ARNT, demonstrăm pentru prima dată că hipoxia, mimeticele de hipoxie și HIF-1α joacă un rol important în mecanismele de reglare a expresiei ARNT în funcție de tipul de celulă evaluat.

Am examinat opt linii celulare diferite de la 2 specii gazdă diferite pentru a demonstra influența hipoxiei și a mimeticelor de hipoxie asupra expresiei proteinei ARNT. Celulele de cancer de sân MCF-7 reacționează la hipoxie cu o creștere a nivelului proteinei ARNT, în timp ce nivelul ARNT ARNm pare să scadă sau să rămână neschimbat. Acest lucru implică faptul că există o reglare reciprocă de feedback între stabilizarea proteinei și sinteza de novo. Reglementări similare de scădere și creștere a transcripției genice în hipoxie sunt cunoscute pentru mai multe enzime și molecule. Constatările noastre nu sunt neapărat rezultatul unei reduceri generale a sintezei ARNm în celulă ca răspuns la stresul celular, deoarece transcrierea genei ESR2 este indusă în hipoxie și HIF-1α knock-down (date nepublicate).

Expunerea la hipoxie pentru o perioadă mai lungă de 48 de ore duce la o revenire la nivelurile bazale ale proteinei ARNT, care pot fi observate în normoxie. Un vârf similar de expresie este cunoscut pentru proteina HIF-1α după 4 până la 12 ore sub tratament hipoxic. Continuarea incubării hipoxice duce la scăderea nivelurilor HIF-1α până la atingerea unei stări de echilibru . Acest fapt ar putea sugera un efect stabilizator al supraexprimării HIF-1α față de ARNT. Formarea complexelor HIF-1α/ARNT în nucleu ar putea împiedica degradarea ARNT prin intermediul proteazomilor, ceea ce este în concordanță cu Choi și colab. și Mandl și colab. . Pentru a investiga constatările noastre, am eliminat în mod tranzitoriu HIF-1α în celulele MCF-7 și am observat o reducere de până la 90% a nivelurilor de proteine ARNT în hipoxie comparativ cu normoxia. Acest efect a putut fi observat, de asemenea, în celulele T47D și Hep3B. O reacție încrucișată a siARN-ului HIF-1α care reduce ARNT din cauza unei puternice omologii de secvență între ARNT și HIF-α a fost exclusă prin analiza in silico a secvențelor siARN-ului și ale genei. Aceste constatări sugerează o corelație puternică între ARNT și expresia proteinei HIF-1α. O explicație ar putea fi un efect stabilizator al partenerilor de legare a ARNT independenți de O2, cum ar fi AhR, SIM și CHF1, față de ARNT în normoxie. În hipoxie, nivelurile reduse de AhR, SIM și CHF1 ar putea fi compensate de supraexprimarea HIF-α în ceea ce privește stabilizarea ARNT. Eliminarea HIF-1α ar putea, prin urmare, să conducă la o scădere semnificativă a nivelurilor ARNT prin reducerea sintezei de novo și o mai mică stabilitate față de ubiquitinare și degradare proteazomală, deoarece partenerii de dimerizare lipsesc. Această ipoteză ar sublinia o reglare a ARNT care depinde în mare măsură de partenerii de legare, ceea ce ar fi în concordanță cu Choi și colab. și Mandl și colab. Pentru a examina, dacă inducerea HIF-α duce la o creștere concomitentă a expresiei ARNT, am tratat celulele cu CoCl2 și DMOG. În ciuda faptului că efectul de stabilizare HIF-α al CoCl2 și DMOG este analog, celulele MCF-7 după DMOG reacționează mai puțin puternic cu o creștere a proteinei ARNT decât după tratamentul cu CoCl2. Aceste observații sunt în concordanță cu un efect de stabilizare HIF-α asupra ARNT. Un comportament opus între CoCl2 care induce ARNT în contrast cu DMOG a putut fi observat în celulele HepG2. În mod interesant, celulele REPC reacționează cu o scădere a nivelurilor ARNT sub tratament cu DMOG. Deși efectul de stabilizare HIF-α al DMOG este similar cu cel al CoCl2, o reacție celulară diferită prin DMOG nu este neobișnuită din cauza unui mod de acțiune diferit. Pe de altă parte, celulele Cos7 și Hep3B reacționează la hipoxie și la ambele mimetice de hipoxie cu o creștere puternică a nivelurilor de proteine ARNT, ceea ce este în concordanță cu efectul de stabilizare HIF-α postulat de Mandl et al. Faptul că, spre deosebire de diverse linii celulare tumorale, nivelurile ARNT sunt bine influențate în linia celulară primară Cos7 de hipoxie și de mimeticele de hipoxie ar putea implica o pierdere a funcției în timpul tumorigenezei în anumite tumori. Datele privind ARNT în dezvoltarea cancerului celular sunt puține și, prin urmare, sunt necesare investigații suplimentare.

Linia celulară Hep3B prezintă creșteri semnificative ale nivelurilor de proteine ARNT datorită tuturor celor trei tratamente hipoxice, în timp ce hipoxia și CoCl2 reduc semnificativ ARNT ARNT ARNm. Aceste constatări susțin ipoteza unui mecanism de feedback reciproc, care poate fi, de asemenea, presupus în cazul celulelor MCF-7. Linia celulară de rinichi REPC prezintă un comportament deviant. Aceste celule reacționează cu o creștere puternică a proteinei ARNT din cauza hipoxiei, dar cu o inducție mai puțin intensă din cauza CoCl2 și, în dezacord cu scăderea nivelului proteinei ARNT sub tratament cu DMOG, așa cum s-a discutat mai sus. Dar, în continuare, celulele REPC nu prezintă nicio variație a nivelurilor ARNT ARNm în cadrul diferitelor tratamente, ceea ce implică o reglare pe bază de proteine.

Celele Kelly prezintă niveluri stabile ale proteinei ARNT. Nici hipoxia și nici mimeticele de hipoxie nu sunt capabile să influențeze ARNT. Astfel de niveluri stabile ale ARNT pot fi observate și la celulele HepG2 în hipoxie și tratament cu DMOG, dar această linie celulară reacționează cu o creștere puternică a proteinei ARNT la tratamentul cu CoCl2. Celulele HeLa nu prezintă o modificare semnificativă a nivelurilor ARNT, nici în ceea ce privește proteinele și nici ARNm. Aceste constatări susțin opinia actuală, conform căreia ARNT este exprimat în mod constant și nu este influențat de hipoxie, așa cum a fost analizat de Semenza . Noi și alții am demonstrat că acest punct de vedere nu poate fi generalizat . Noi furnizăm în continuare date care contrazic ipoteza unui partener de heterodimerizare ARNT exprimat constant și nereglementat, dar care este în concordanță cu Chilov și alții, . De asemenea, susținând Choi și colab. și Mandl și colab., arătăm că heterodimerizarea cu HIF-α este un mecanism important de stabilizare a proteinei ARNT în hipoxie .

În concluzie, datele noastre sugerează o reglementare stabilizatoare generală a partenerilor de legare a ARNT, cum ar fi HIF-α, AhR, SIM și CHF1 în ceea ce privește expresia ARNT. Mai mult, putem arăta că fiecare linie / tip de celule reacționează în mod distinct la hipoxie și la mimeticele hipoxiei în ceea ce privește inducerea sintezei proteice ARNT. Prin urmare, nu este permisă o predicție universală a expresiei proteinei ARNT la nivel celular. Aceste constatări arată că reglarea ARNT ar trebui investigată în continuare, în special în ceea ce privește tumorigeneza, deoarece reglarea ARNT este mult mai complexă decât se apreciază în prezent.

Recunoștințe

Suntem recunoscători lui T. Svensson, B. Rudzewski și A.-K. Hellberg pentru sprijinul tehnic excelent. Autorii declară că nu au niciun conflict de interese.

  1. Kewley RJ, Whitelaw ML, Chapman-Smith A: The mammalian basic helix-loop-helix/PAS basic helix-loop-helix/PAS family of transcriptional regulators. Int J Biochem Cell Biol 2004;36:189-204.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Shimoda LA, Semenza GL: HIF and the lung: role of hypoxia-inducible factors in pulmonary development and disease. Am J Respir Crit Care Med 2011;183:152-156.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Nakabayashi H, Ohta Y, Yamamoto M, Susuki Y, Taguchi A, Tanabe K, Kondo M, Hatanaka M, Nagao Y, Tanizawa Y: Gena de ieșire Dbp, controlată de ceas, este un regulator al expresiei genei Arnt/Hif-1β în celulele β din insulele pancreatice. Biochem Biophys Res Commun 2013;434:370-375.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Labrecque MP, Prefontaine GG, Beischlag TV: Familia de proteine translocator nuclear al receptorilor de hidrocarburi arilice (ARNT): Modificatori transcripționali cu interfețe proteice multifuncționale. Curr Mol Med 2013;13:1047-1065.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Liang Y, Li W-W, Yang B-W, Tao Z-H, Sun H-C, Wang L, Xia JL, Qin LX, Tang ZY, Fan J, Wu WZ: Translocatorul nuclear al receptorului de hidrocarburi arilice este asociat cu creșterea tumorală și progresia carcinomului hepatocelular. Int J Cancer 2012;130:1745-1754.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Shi S, Yoon DY, Hodge-Bell K, Huerta-Yepez S, Hankinson O: Activitatea translocatorului nuclear de hidrocarburi arilice (factor inductibil la hipoxie 1beta) este necesară mai mult în timpul creșterii tumorale timpurii decât în timpul creșterii tumorale târzii. Mol Carcinog 2010;49:157-165.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Chin MT, Maemura K, Fukumoto S, Jain MK, Layne MD, Watanabe M, Hsieh CM, Lee ME: Cardiovascular basic helix basic helix loop helix factor 1, un nou represor transcripțional exprimat preferențial în sistemul cardiovascular în curs de dezvoltare și adult. J Biol Chem 2000;275:6381-6387.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Depping R, Steinhoff A, Schindler SG, Friedrich B, Fagerlund R, Metzen E, Hartmann E, Köhler M: Translocarea nucleară a factorilor inducibili de hipoxie (HIFs): implicarea căii clasice a importinei alfa/beta. Biochim Biophys Acta 2008;1783:394-404.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Berchner-Pfannschmidt U, Frede S, Wotzlaw C, Fandrey J: Imaging of the hypoxia-inducible factor pathway: insights into oxygen sensing. Eur Respir J 2008;32:210-217.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Lisy K, Peet DJ: Turn me on: Regulating HIF transcriptional activity. Cell death Differ 2008;15:642-649.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Semenza GL: Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell 2012;148:399-408.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Kallio PJ, Pongratz I, Gradin K, McGuire J, Poellinger L: Activarea factorului 1alpha inductibil în hipoxie: reglarea posttranscripțională și modificarea conformațională prin recrutarea factorului de transcripție Arnt. Proc Natl Acad Sci USA 1997;94:5667-5672.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Huang LE, Gu J, Schau M, Bunn HF: Reglarea factorului 1alpha inductibil în hipoxie este mediată de un domeniu de degradare dependent de O2 prin intermediul căii ubiquitin-proteazomului. Proc Natl Acad Sci USA 1998;95:7987-7992.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Kaelin WG: Proline hydroxylation and gene expression. Annu Rev Biochem 2005;74:115-128.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Wang GL, Jiang BH, Rue EA, Semenza GL: Factorul 1 indus de hipoxie este un heterodimer basic-helix-loop-helix-PAS reglementat de tensiunea O2 celulară. Proc Natl Acad Sci USA 1995;92:5510-5514.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Iyer N V, Kotch LE, Agani F, Leung SW, Laughner E, Wenger RH, Gassmann M, Gearhart JD, Lawler AM, Yu AY, Semenza GL: Controlul celular și de dezvoltare a homeostaziei O2 de către factorul 1 alfa inductibil în hipoxie. Genes Dev 1998;12:149-162.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Chilov D, Camenisch G, Kvietikova I, Ziegler U, Gassmann M, Wenger RH: Inducerea și translocarea nucleară a factorului-1 indus de hipoxie (HIF-1): heterodimerizarea cu ARNT nu este necesară pentru acumularea nucleară a HIF-1alpha. J Cell Sci 1999;112:1203-1212.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
  • Frede S, Freitag P, Geuting L, Konietzny R, Fandrey J: Expresia reglată de oxigen a genei eritropoietinei în linia celulară renală umană REPC. Blood 2011;117:4905-4914.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Gu YZ, Hogenesch JB, Bradfield CA: Superfamilia PAS: senzori de semnale de mediu și de dezvoltare. Annu Rev Pharmacol Toxicol 2000;40:519-561.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Choi H, Chun Y-S, Kim S-W, Kim M-S, Park J-W: Curcumina inhibă factorul inductibil în hipoxie-1 prin degradarea translocatorului nuclear al receptorului de hidrocarburi arilice: un mecanism de inhibare a creșterii tumorale. Mol Pharmacol 2006;70:1664-1671.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Rankin EB, Giaccia AJ: The role of hypoxia-inducible factors in tumorigenesis. Cell Death Differ 2008;15:678-685.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Wenger RH, Rolfs A, Marti HH, Bauer C, Gassmann M: Hipoxia, un nou inductor al expresiei genelor de fază acută într-o linie celulară de hepatom uman. J Biol Chem 1995;270:27865-27870.
    Resurse externe

    • Pubmed/Medline (NLM)
    • Crossref (DOI)
  • Mandl M, Kapeller B, Lieber R, Macfelda K: Hypoxia-inducible factor-1β (HIF-1β) este crescută într-o manieră dependentă de HIF-1α în celulele de melanom uman 518A2 în condiții de hipoxie. Biochem Biophys Res Commun 2013;434:166-172.
    External Resources

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

    Dr. rer. nat. Reinhard Depping

    Universität zu Lübeck, Institut für Physiologie, Zentrum für Medizinische Struktur

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

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

    Articol / Detalii de publicare

    First-Page Preview

    Abstract of Original Paper

    Acceptat: August 30, 2013
    Publicat online: September 20, 2013
    Issue release date: November 2013

    Numărul paginilor tipărite:

    Numărul paginilor tipărite:

    Numărul paginilor tipărite:

    : 10
    Număr de figuri: 0
    Numărul de tabele: 0

    ISSN: 1015-8987 (Print)
    eISSN: 1421-9778 (Online)

    Pentru informații suplimentare:

    Carte de gardă:

    Pentru informații suplimentare: https://www.karger.com/CPB

    Licență de acces liber / Doze de medicamente / Disclaimer

    Licență de acces liber: Acesta este un articol cu acces deschis, licențiat în conformitate cu termenii licenței Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported (CC BY-NC) (www.karger.com/OA-license), aplicabilă doar versiunii online a articolului. Distribuția este permisă numai în scopuri necomerciale.
    Dosarea medicamentului: Autorii și editorul au depus toate eforturile pentru a se asigura că selecția și dozajul medicamentelor prezentate în acest text sunt în concordanță cu recomandările și practicile curente la momentul publicării. Cu toate acestea, având în vedere cercetările în curs de desfășurare, modificările reglementărilor guvernamentale și fluxul constant de informații referitoare la terapia medicamentoasă și la reacțiile medicamentoase, cititorul este îndemnat să verifice prospectul fiecărui medicament pentru orice modificare a indicațiilor și dozelor și pentru avertismente și precauții suplimentare. Acest lucru este deosebit de important atunci când agentul recomandat este un medicament nou și/sau rar utilizat.
    Disclaimer: Afirmațiile, opiniile și datele conținute în această publicație sunt exclusiv ale autorilor și colaboratorilor individuali și nu ale editorilor și ale editorului (editorilor). Apariția anunțurilor publicitare sau/și a referințelor la produse în publicație nu reprezintă o garanție, o susținere sau o aprobare a produselor sau serviciilor anunțate sau a eficienței, calității sau siguranței acestora. Editorul și editorul (editorii) își declină răspunderea pentru orice vătămare a persoanelor sau a bunurilor care rezultă din ideile, metodele, instrucțiunile sau produsele la care se face referire în conținut sau în reclame.