LIN28/軸のCAIX媒介制御は、乳がん細胞の低酸素への代謝適応に寄与する

CAIX-Mediated Control of LIN28/ Axis Contributes to Metabolic Adaptation of Breast Cancer Cells to Hypoxia.

• Adriana Gibadulinova
• Petra Bullova
• Hynek Strnad
• Kamil Pohlodek
• Dana Jurkovicova
• Martina Takacova
• Silvia Pastorekova
• Eliska Svastova

抄録

乳癌を含む固形癌は、低酸素微小環境、細胞外アシドーシス、化学抵抗性を特徴とする。低酸素マーカーである炭酸脱水酵素IX（CAIX）は、細胞外酸性化によって腫瘍の浸潤を促進する一方で、細胞内中和を介して癌細胞に選択的な生存優位性を与えるpH調節因子である。乳癌患者におけるCAIXの発現は、予後不良および転移と関連している。重要なことは、CAIX陽性の低酸素腫瘍領域は癌幹細胞（CSC）に富むことである。ここでは、乳がん細胞株における-サイレンシングの生物学的効果を調べた。低酸素下でのCAIXダウンレギュレーションは、(lethal-7)ファミリーメンバーのレベルの増加につながることを見出した。CAIX抑制細胞でのmiRNAの増加と同時に、LIN28タンパク質のレベルが低下し、下流の代謝経路であるピルビン酸脱水素酵素キナーゼ1（PDK1）とその基質であるピルビン酸脱水素酵素（PDH）のSer-232でのリン酸化により解糖が抑制されました。解糖に加えて、CAIXノックアウトは、LIN28（CSCリプログラミング因子として）の減少と相関して、さらにCSC関連のマーカーNANOG（ホメオボックスタンパク質NANOG）とALDH1（アルデヒド脱水素酵素アイソフォーム1）の減少を示しています。逆に、CAIXの過剰発現は、LIN28、ALDH1、およびNANOGの増強をもたらす。以上のことから、CAIX による LIN28/軸の制御は、発癌における低酸素とアシドーシスへの CAIX 媒介的な適応の際に、解糖代謝を増強し、幹細胞マーカーの発現を増強することが示唆された。

Solid tumors, including breast cancer, are characterized by the hypoxic microenvironment, extracellular acidosis, and chemoresistance. Hypoxia marker, carbonic anhydrase IX (CAIX), is a pH regulator providing a selective survival advantage to cancer cells through intracellular neutralization while facilitating tumor invasion by extracellular acidification. The expression of CAIX in breast cancer patients is associated with poor prognosis and metastases. Importantly, CAIX-positive hypoxic tumor regions are enriched in cancer stem cells (CSCs). Here we investigated the biological effects of -silencing in breast cancer cell lines. We found that CAIX-downregulation in hypoxia led to increased levels of (lethal-7) family members. Simultaneously with the increase of miRNAs in CAIX-suppressed cells, LIN28 protein levels decreased, along with downstream metabolic pathways: pyruvate dehydrogenase kinase 1 (PDK1) and phosphorylation of its substrate, pyruvate dehydrogenase (PDH) at Ser-232, causing attenuation of glycolysis. In addition to perturbed glycolysis, CAIX-knockouts, in correlation with decreased LIN28 (as CSC reprogramming factor), also exhibit reduction of the further CSC-associated markers NANOG (Homeobox protein NANOG) and ALDH1 (Aldehyde dehydrogenase isoform 1). Oppositely, overexpression of CAIX leads to the enhancement of LIN28, ALDH1, and NANOG. In conclusion, CAIX-driven regulation of the LIN28/ axis augments glycolytic metabolism and enhances stem cell markers expression during CAIX-mediated adaptation to hypoxia and acidosis in carcinogenesis.