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トリプルネガティブ乳がん細胞における抗増殖遺伝子B細胞転座遺伝子2によるTwist1発現のトランスレーショナルダウンレギュレーション
Translational downregulation of Twist1 expression by antiproliferative gene, B-cell translocation gene 2, in the triple negative breast cancer cells.
PMID: 31138781 PMCID: PMC6538657. DOI: 10.1038/s41419-019-1640-z.
抄録
上皮間葉転移やがん転移を制御する重要な転写因子であるTwist1は、BTG2の発現低下とは対照的に浸潤性がんで高発現している。BTG2 の強制発現が Twist1 タンパク質の発現を低下させたが、mRNA レベルは変化しなかったという我々の観察結果に基づき、トリプルネガティブ乳癌（TNBC）細胞および in vivo BTG2-ノックアウト（KO）マウスおよびヒト乳癌組織において、BTG2 が Twist1 翻訳を阻害する分子機構を調べた。(1)Twist1のC末端ドメインとBTG2のBox Bが相互作用し、Twist1の活性を阻害した。(2) BTG2は4EBP1のリン酸化を阻害してeIF4Eの利用可能性を低下させ、トランスレーショナルイニシエーションを阻害した。(3) BTG2 の発現は、タンパク質の翻訳開始をダウンレギュレーションする p-eIF2αを維持しており、eIF2α-AA 変異体の発現と MEF 細胞における BTG2 のノックダウンにより確認された。(4) cDNAマイクロアレイ解析により、BTG2-KOマウスでは、eIF2A、eIF3A、eIF4G2の発現が野生型に比べて有意に高いことが明らかになった。(5) BTG2による翻訳開始の阻害により、BTG2発現マウスではポリソーム形成の崩壊と80sモノマーの巨大なピークが見られたが、対照マウスでは見られなかった。(6) 伸長因子のmRNAおよびタンパク質発現も、TNBC細胞ではBTG2発現によってダウンレギュレーションされたが、TIS21-KOマウスおよびリンパ節陽性ヒト乳癌の両方でははるかに高かった。(7) BTG2を介したTwist1の損失は、ユビキチン化とオートファジー活性化によるタンパク質分解によるものではなかった。(8)TIS21-KOマウスのTwist1タンパク質レベルは、対照マウスと比較して様々な臓器で有意に高かったことから、Twist1タンパク質レベルの調節におけるBTG2遺伝子のin vivoでの役割が示唆された。以上のことから、BTG2 は、BTG2 の発現を伴わずに Twist1 の発現が高い転移性癌に対して、BTG2 が有望なターゲットであることが示唆された。
Twist1, a key transcription factor regulating epithelial-mesenchymal transition and cancer metastasis, is highly expressed in invasive cancers in contrast to the loss of BTG2 expression. Based on our observation that forced expression of BTG2 downregulated Twist1 protein expression without altering mRNA level, we investigated molecular mechanisms of the BTG2-inhibited Twist1 translation in the triple negative breast cancer (TNBC) cells and in vivo BTG2-knockout (KO) mice and human breast cancer tissues. (1) C-terminal domain of Twist1 and Box B of BTG2 interacted with each other, which abrogated Twist1 activity. (2) BTG2 inhibited translational initiation by depleting eIF4E availability via inhibiting 4EBP1 phosphorylation. (3) Expression of BTG2 maintained p-eIF2α that downregulates initiation of protein translation, confirmed by eIF2α-AA mutant expression and BTG2 knockdown in MEF cells. (4) cDNA microarray analysis revealed significantly higher expression of initiation factors-eIF2A, eIF3A, and eIF4G2-in the BTG2-KO mouse than that in the wild type. (5) BTG2-inhibited translation initiation lead to the collapse of polysome formation and the huge peak of 80s monomer in the BTG2 expresser, but not in the control. (6) mRNAs and protein expressions of elongation factors were also downregulated by BTG2 expression in TNBC cells, but much higher in both TIS21-KO mice and lymph node-positive human breast cancers. (7) BTG2-mediated Twist1 loss was not due to the protein degradation by ubiquitination and autophagy activation. (8) Twist1 protein level was significantly higher in various organs of TIS21-KO mice compared with that in the control, indicating the in vivo role of BTG2 gene in the regulation of Twist1 protein level. Altogether, the present study support our hypothesis that BTG2 is a promising target to combat with metastatic cancers with high level of Twist1 without BTG2 expression.