Different metastasis promotive potency of small G-proteins RalA and RalB in in vivo hamster tumor model

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Previously we have shown that oncogenic Ha-Ras stimulated <it>in vivo </it>metastasis through RalGEF-Ral signaling. RalA and RalB are highly homologous small G proteins belonging to Ras superfamily. They can be activated by Ras-RalGEF signaling pathway and influence cellular growth and survival, motility, vesicular transport and tumor progression in humans and in animal models. Here we first time compared the influence of RalA and RalB on tumorigenic, invasive and metastatic properties of RSV transformed hamster fibroblasts.</p> <p>Methods</p> <p>Retroviral vectors encoding activated forms or effector mutants of RalA or RalB proteins were introduced into the low metastatic HET-SR cell line. Tumor growth and spontaneous metastatic activity (SMA) were evaluated on immunocompetent hamsters after subcutaneous injection of cells. The biological properties of cells, including proliferation, clonogenicity, migration and invasion were determined using MTT, wound healing, colony formation and Boyden chamber assays respectively. Protein expression and phosphorylation was detected by Westen blot analysis. Extracellular proteinases activity was assessed by substrate-specific zymography.</p> <p>Results</p> <p>We have showed that although both Ral proteins stimulated SMA, RalB was more effective in metastasis stimulation <it>in vivo </it>as well as in potentiating of directed movement and invasion <it>in vitro</it>. Simultaneous expression of active RalA and RalB didn't give synergetic effect on metastasis formation. RalB activity decreased expression of Caveolin-1, while active RalA stimulated MMP-1 and uPA proteolytic activity, as well as CD24 expression. Both Ral proteins were capable of Cyclin D1 upregulation, JNK1 kinase activation, and stimulation of colony growth and motility. Among three main RalB effectors (RalBP1, exocyst complex and PLD1), PLD1 was essential for RalB-dependent metastasis stimulation.</p> <p>Conclusions</p> <p>Presented results are the first data on direct comparison of RalA and RalB impact as well as of RalA/RalB simultaneous expression influence on <it>in vivo </it>cell metastatic activity. We showed that RalB activation significantly more than RalA stimulates SMA. This property correlates with the ability of RalB to stimulate <it>in vitro </it>invasion and serum directed cell movement. We also found that RalB-PLD1 interaction is necessary for the acquisition of RalB-dependent high metastatic cell phenotype. These findings contribute to the identification of molecular mechanisms of metastasis and tumor progression.</p

Способность к формированию дуплексов как фактор внутриклеточного распределения микроРНК

Background. The regulation of the content of mature microRNAs (miRNAs) in different cell compartments – the nucleus (N) and the cytoplasm (C) – makes it possible to control their availability for participation in RNA-mediated interference processes. Structurally different miRNAs, processed from different precursors (pre-miRNA), can form duplexes between molecules containing complementary sequences. The appearance of such duplexes can be considered as one of the mechanisms of miRNA activity regulation in respect to their target mRNAs. Objectives. Analysis of the miRNA distribution between nucleus and cytoplasm depending on the energy of duplex formation. Materials and methods. Data on the content of different miRNAs in the nucleus and cytoplasm in two cell lines of different origin: 5-8F of human nasopharyngeal carcinoma (NPC) and postmitotic neurons of the cerebral cortex of rat – has been used. The miRNA sequences used for analysis were taken from the miRBase database, version 22. Bioinformatic analysis of miRNA sequences for detection of molecules capable of forming miRNA duplexes and determination of their minimal free energy (MFE) of formation was carried out with the help of programs: RegRNA, version 2.0, and RNAup. Results. For the first time, a comparative analysis of the intracellular distribution N/C of different miRNAs depending on the energy of duplex formation was performed. Results of bioinformatic analysis of miRNA sequencing in 5-8F cells of human nasopharyngeal carcinoma showed that miRNAs capable of forming high-energy, i. e. more stable, duplexes, accumulate in the cytoplasm, while miRNAs forming low-energy duplexes have a larger N/C value, i. e. the level of these miRNAs is higher in the nucleus. In addition, we show that N/C distribution of miRNAs capable of forming high-energy duplexes is independent from the presence of certain short motifs, that are supposedly associated with their nuclear localization. Conclusion. The revealed enrichment of the pool of cytoplasmic miRNAs by molecules capable of forming more energetically stable duplexes may represent an additional mechanism of regulating miRNA activity in respect to their target mRNAs due to the sequestration of miRNA duplexes in the cytoplasm preventing miRNA interaction with mRNAs.Введение. Регуляция содержания зрелых микроРНК (миРНК) в различных компартментах клетки – ядре (N) и цитоплазме (C) – позволяет контролировать возможность их участия в процессах РНК-опосредованной интерференции. Различные по структуре миРНК, процессинг которых осуществляется с разных предшественников (пре-миРНК), могут образовывать дуплексы между молекулами при наличии в них комплементарных последовательностей. Формирование таких дуплексов может рассматриваться как один из механизмов регуляции активности миРНК в отношении их таргетных матричных РНК (мРНК). Цель исследования – анализ распределения различных миРНК между ядром и цитоплазмой в зависимости от энергии образования дуплексов. Материалы и методы. Материалом для исследований послужили данные о содержании различных миРНК в ядре и цитоплазме в клетках 2 линий различного происхождения: 5-8F назофарингеальной карциномы (nasopharyngeal carcinoma, NPC) человека и постмитотических нейронов коры головного мозга серой крысы. Последовательности миРНК, используемые для анализа, были взяты из базы данных miRBase, версия 22. Биоинформатический анализ последовательностей миРНК для выявления молекул, способных образовывать дуплексы миРНК, и определения минимальной свободной энергии (minimum free energy, MFE) их формирования проводили c помощью программ RegRNA, версия 2.0, и RNAup. Результаты. Впервые проведен сравнительный анализ внутриклеточного распределения (соотношение N/C) различных миРНК в зависимости от энергии образования дуплексов. Результаты биоинформатического анализа данных секвенирования миРНК в клетках линии 5-8F NPC показали, что миРНК, способные образовывать высокоэнергетические, т. е. более стабильные, дуплексы, накапливаются в цитоплазме, в то время как низкоэнергетические дуплексы в клетках данной линии накапливаются в ядре (имеют большее значение N/C). Также показано отсутствие зависимости распределения N/C от ряда коротких мотивов, предположительно ассоциированных с ядерной локализацией для миРНК, способных образовывать высокоэнергетические дуплексы. Заключение. Выявленное обогащение пула цитоплазматических миРНК молекулами, способными образовывать более энергетически стабильные дуплексы, может представлять дополнительный механизм регуляции активности миРНК в отношении их таргетных мРНК (за счет секвестирования миРНК в цитоплазме в составе дуплексов, препятствующих взаимодействию миРНК с мРНК)

Влияние экспрессии CRABP1 на пролиферацию и чувствительность к ретиноевой кислоте клеток рака молочной железы различного происхождения

Background. Retinoic acid (RA), by modulation of the transcription of a number of retinoid-responsive genes, is involved in the regulation of cell differentiation and proliferation. The mechanisms by which the RA-binding proteins, molecular chaperones CRABP1 and CRABP2 (Cellular Retinoic Acid Proteins-1 and -2), participate in the realization of RA activity, as well as their precise role in tumor progression are still not fully understood. Recent data indicate that functional differences of CRABP proteins with respect to malignization of breast cancer cells could be determined by different sensitivity of tumor cells to RA and with the receptor status of the tumor.Materials and methods. The CRABP1 coding sequence was overexpressed in breast cancer cells without endogenous expression of this protein, with different levels of RA sensitivity and receptor status – SKBR3 (RA-sensitive, ER(–) / HER2(+) cells) and MDA-MB-231 (RA-resistant, triple negative status). The growth of CRABP1(+) derivatives and control cells was evaluated under standard culture conditions and in the presence of various concentrations of RA.Results. The effect of CRABP1 expression in RA-sensitive and RA-resistant breast cancer cells with different receptor status on the growth rate and sensitivity of cells to RA was studied. The expression of CRABP1 in RA-sensitive SKBR3 cells enhances proliferation in the absence of RA and decreases the antiproliferative effect of RA, while in RA-resistant triple-negative MDA-MB-231 cells, the expression of CRABP1 does not affect the studied characteristics.Conclusion. CRABP1 stimulates growth and suppresses the RA-sensitivity of HER2(+) RA-sensitive cells, but does not have a similar effect on highly aggressive triple-negative RA-resistant cells.Введение. Ретиноевая кислота (РК) за счет модуляции транскрипции ряда ретиноидреспонсивных генов участвует в регуляции процессов дифференцировки и пролиферации. Механизмы действия белков-шаперонов, связывающих РК, CRABP1 и CRABP2 (Cellular Retinoic Acid Proteins-1 и -2), в реализации активности РК, а также их участие в опухолевой прогрессии до сих пор полностью неясны. Последние данные свидетельствуют о том, что функциональные различия между белками CRABP в отношении малигнизации клеток рака молочной железы (РМЖ) могут быть связаны с чувствительностью опухолевых клеток к РК и с разным рецепторным статусом опухоли.Материалы и методы. Кодирующую последовательность CRABP1 гиперэкспрессировали в клетках РМЖ с отсутствием эндогенной экспрессии данного белка, разным уровнем РК-чувствительности и рецепторным статусом – линии SKBR3 (РК-чувствительные, ER(–) / HER2(+)) и MDA-MB-231 (РК-резистентные, трижды негативный статус). Оценивали рост производных CRABP1(+)- и контрольных сублиний клеток в стандартных условиях культивирования и в присутствии различных концентраций РК.Результаты. Исследовано влияние экспрессии CRABP1 в чувствительных и резистентных к РК клетках РМЖ с различным рецепторным статусом на динамику пролиферации и чувствительность клеток к РК. Показано, что экспрессия CRABP1 в чувствительных к РК клетках SKBR3 стимулирует пролиферацию клеток в отсутствие РК и снижает антипролиферативный эффект РК, в то время как в резистентных клетках MDA-MB-231 экспрессия CRABP1 не влияет на исследуемые характеристики.Заключение. CRABP1 стимулирует пролиферативную активность и снижает чувствительность к РК HER2(+)-клеток РМЖ, но не оказывает аналогичного действия на высокоагрессивные трижды негативные клетки, резистентные к действию РК

Резистентность клеток рака молочной железы к полностью трансретиноевой кислоте ассоциирована со снижением базального уровня экспрессии ядерного рецептора RARα и индукции экспрессии цитохромов CYP26A1 и CYP26В1

Introduction. Retinoic acid (RA) is a key regulator of cell differentiation and a critical player in such systemic processes in the body as embryonic development, immune system cell maturation and functioning, tissue remodeling and several others. This compound displays an antitumor activity due to its ability to stimulate differentiation, induce apoptosis  and inhibit proliferation of malignant cells. The rapid acquisition of resistance to RA and its analogues by solid tumor cells is one of the main problems limiting the widespread use of retinoids in the therapy of malignant neoplasms. The mechanisms of RA-resistance are still poorly understood.The study objective – assessment of the relationship between the basal expression level of the nuclear RARα receptor and the RA-induced expression of the cytochromes CYP26A1and CYP26B1 with the resistance of breast cancer cells to the action of all-trans-retinoic acid.Materials and methods. Cell lines were cultured, the sensitivity of breast cancer cells to the action of fully trans-retinoic acid, RNA isolation, reverse transcription reaction and real-time polymerase chain reaction were analyzed).Results. In present study, using an experimental model represented by 9 breast cancer cell lines with different level of sensitivity to RA, we showed that the expression of the RA nuclear receptor RARα, as well as the level of mRNA induction of CYP26A1 and CYP26B1 cytochromes in response to RA treatment correlate with RA-sensitivity.Conclusion. Thus, a decrease of RARα expression as well as the reduced ability to catabolize RA are factors associated with RA-resistance of breast cancer cells.Введение. Ретиноевая кислота (РК) является одним из ключевых регуляторов дифференцировки клеток и важнейшим участником таких системных процессов в организме, как эмбриональное развитие, созревание и функционирование клеток иммунной системы, ремоделирование тканей и ряд других. Это соединение обладает противоопухолевой активностью благодаря своей способности стимулировать дифференцировку, индуцировать апоптоз и подавлять пролиферацию клеток злокачественных новообразований. Быстрое приобретение резистентности к РК и ее аналогам клетками солидных опухолей является одной из основных проблем, ограничивающих широкое применение естественных и синтетических ретиноидов в терапии злокачественных новообразований. Механизмы развития данной резистентности остаются до сих пор малопонятными.Цель исследования – оценка связи уровня базальной экспрессии ядерного рецептора RARα и РК-индуцированной экспрессии цитохромов CYP26A1 и CYP26B1 с резистентностью клеток рака молочной железы к действию полностью трансретиноевой кислоты.Материалы и методы. Проведены культивирование клеточных линий, анализ чувствительности клеток рака молочной железы к действию полностью трансретиноевой кислоты, выделение РНК, обратная транскрипция и полимеразная цепная реакция в реальном времени.Результаты. В данной работе с использованием экспериментальной модели, включающей 9 линий клеток рака молочной железы, различающихся по уровню чувствительности к РК, мы показали, что экспрессия матричной РНК гена ядерного рецептора РК, RARα, а также уровень индукции матричной РНК генов цитохромов CYP26A1 и CYP26В1 в ответ на обработку РК коррелируют с РК-чувствительностью клеток.Заключение. Таким образом, снижение экспрессии RARα и способности катаболизировать РК являются факторами, ассоциированными с РК-резистентностью клеток рака молочной железы

Влияние нокдауна кавеолина-1 на белковый состав экстраклеточных везикул, секретируемых клетками немелкоклеточного рака легких

Background. Recent data show evidence that lipid rafts (LR) proteins could be involved in the formation of exosomes and the sorting of proteins that make up the exosomal cargo. Such data are available for flotillins, structural and functional components of flatted rafts. The presence of the main component of caveolar rafts, caveolin-1 (Cav-1), has been shown in exosomes produced by some cancer cells; however, its possible participation in the regulation of the protein composition of exosomes has not been studied previously.Materials and methods. Knockdown of Cav-1 by transduction of a lentiviral vector expressing precursors of short hairpin ribonucleic acid to Cav-1; isolation (by ultracentrifugation) and analysis (transmission electron microscopy, nanoparticle tracking analysis) of extracellular vesicles (EVs) from non-small cell lung cancer cells (NSCLC) H1299; analysis of proteins in cells and in EVs by immunoblotting.Results. Analysis of the effect of Cav-1 expression on the composition of EV proteins associated with exosome biogenesis revealed a decrease in the level of Alix and TSG101, an increase in the level of LR proteins and the absence of changes in the level of tetraspanin CD9. Conclusion. The obtained data demonstrate a Cav-1-dependent changes in the composition of EVs, indicating a change in the ratio of vesicles formed by the various molecular mechanisms.Введение. Данные исследований последних лет свидетельствуют о том, что белки, входящие в состав липидных рафтов, могут быть задействованы в формировании экзосом и отборе белков, входящих в состав экзосомального карго. Такие данные получены для флотиллинов, структурно-функциональных компонентов плоских рафтов. Для кавеолина-1 (Cav-1), основного компонента кавеолярных рафтов, показано присутствие в экзосомах некоторых опухолевых клеток, однако его возможное участие в регуляции белкового состава экзосом ранее не исследовалось.Материалы и методы. Нокдаун Cav-1 проводили методом трансдукции лентивирусного вектора, экспрессирующего предшественников малых шпилечных рибонуклеиновых кислот к Cav-1. Экстраклеточные везикулы (ЭКВ) выделяли из клеток линии Н1299 немелкоклеточного рака легких методом дифференциального ультрацентрифугирования. Препараты ЭКВ верифицировали с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (анализ размера и морфологии) и методом анализа траекторий движения наночастиц (среднеразмерное распределение и концентрация). Для анализа экзосомальных маркеров и Cav-1 в клетках и ЭКВ применяли метод иммуноблоттинга.Результаты. Анализ влияния экспрессии Cav-1 на состав белков ЭКВ, ассоциированных с биогенезом экзосом, выявил снижение уровня Alix и TSG101, повышение уровня белков липидных рафтов и отсутствие изменений уровня тетраспанина CD9.Заключение. Полученные данные демонстрируют Cav-1-зависимое изменение состава ЭКВ, свидетельствующее об изменении соотношения везикул, образованных с помощью различных молекулярных механизмов.

Неканоническая активность ретиноевой кислоты в отношении активации протеинкиназ в трансформированных клетках различного происхождения

Background. The non-canonical activity of retinoic acid (RA) was discovered relatively recently and consists in the rapid activation of intracellular signaling pathways by the mechanisms not related to the transcriptional activity of the RA nuclear receptors. Separate data suggest that this activity can stimulate the processes of malignancy and contribute to the formation of tumor cell resistance to RA as a therapeutic agent. However, little is known about the mechanisms of this activity. It is also unclear how universal this effect is; does the RA-dependent activation of different signaling protein kinases occur in the same cells, and whether activation of these kinases is interrelated.Materials and methods: cultivation of non-small cell lung cancer cells and neuroblastoma cells under standard conditions and with incubation with all-trans retinoic acid (ATRA); immunoblotting.Results. Here we studied the effect of ATRA on the activation of Akt and Erk1/2 protein kinases depending on the incubation time. The analysis revealed RA-dependent activation of both kinases in all studied non-small cell lung cancer and neuroblastoma cell lines. Activation of Akt and Erk1/2 occurred at five minutes of incubation, which corresponds to the non-transcriptional (non-canonical) activity of the RA, however, further activation kinetics of the two kinases differed essentially.Conclusion. We found that ATRA causes rapid activation of Erk1/2 and Akt protein kinases in both non-small cell lung cancer and neuroblastoma cells. The differences in the kinetics of RA-dependent stimulation of these two kinases suggest that their activation is mediated by independent mechanisms.Введение. Неканоническая активность ретиноевой кислоты (РК) обнаружена сравнительно недавно и заключается в быстрой активации внутриклеточных сигнальных путей с помощью механизмов, не связанных с транскрипционной активностью ядерных рецепторов РК. Отдельные данные свидетельствуют о том, что неканоническая активность может стимулировать процессы малигнизации и участвовать в формировании резистентности опухолевых клеток к терапевтическому воздействию РК. Однако о механизмах неканонической активности известно достаточно мало. Непонятно, насколько этот эффект универсален, происходит ли РК-зависимая активация различных сигнальных протеинкиназ в одних и тех же клетках, и насколько активация этих киназ взаимосвязана.Материалы и методы: культивирование клеток немелкоклеточного рака легкого и нейробластомы в стандартных условиях и при инкубации с полностью транс-ретиноевой кислотой (all-trans retinoic acid, ATRA); иммуноблоттинг.Результаты. В работе исследовали влияние ATRA на активацию протеинкиназ Akt и Erk1 / 2 в зависимости от времени инкубации. Анализ выявил РК-зависимую активацию обеих киназ во всех исследуемых линиях клеток немелкоклеточного рака легкого и нейробластомы. Активация как Akt, так и Erk1 / 2 возникала при 5 мин инкубации, что соответствует нетранскрипционной (неканонической) активности РК, однако дальнейшая кинетика активации двух киназ существенно различалась.Заключение. Мы показали, что ATRA вызывает краткосрочную активацию протеинкиназ Erk1 / 2 и Akt в клетках немелкоклеточного рака легкого и нейробластомы. Различия в кинетике РК-зависимой стимуляции двух киназ свидетельствуют о том, что их активация реализуется с помощью независимых механизмов

Ability to form duplexes as a factor of intracellular microRNA distribution

Background. The regulation of the content of mature microRNAs (miRNAs) in different cell compartments – the nucleus (N) and the cytoplasm (C) – makes it possible to control their availability for participation in RNA-mediated interference processes. Structurally different miRNAs, processed from different precursors (pre-miRNA), can form duplexes between molecules containing complementary sequences. The appearance of such duplexes can be considered as one of the mechanisms of miRNA activity regulation in respect to their target mRNAs. Objectives. Analysis of the miRNA distribution between nucleus and cytoplasm depending on the energy of duplex formation. Materials and methods. Data on the content of different miRNAs in the nucleus and cytoplasm in two cell lines of different origin: 5-8F of human nasopharyngeal carcinoma (NPC) and postmitotic neurons of the cerebral cortex of rat – has been used. The miRNA sequences used for analysis were taken from the miRBase database, version 22. Bioinformatic analysis of miRNA sequences for detection of molecules capable of forming miRNA duplexes and determination of their minimal free energy (MFE) of formation was carried out with the help of programs: RegRNA, version 2.0, and RNAup. Results. For the first time, a comparative analysis of the intracellular distribution N/C of different miRNAs depending on the energy of duplex formation was performed. Results of bioinformatic analysis of miRNA sequencing in 5-8F cells of human nasopharyngeal carcinoma showed that miRNAs capable of forming high-energy, i. e. more stable, duplexes, accumulate in the cytoplasm, while miRNAs forming low-energy duplexes have a larger N/C value, i. e. the level of these miRNAs is higher in the nucleus. In addition, we show that N/C distribution of miRNAs capable of forming high-energy duplexes is independent from the presence of certain short motifs, that are supposedly associated with their nuclear localization. Conclusion. The revealed enrichment of the pool of cytoplasmic miRNAs by molecules capable of forming more energetically stable duplexes may represent an additional mechanism of regulating miRNA activity in respect to their target mRNAs due to the sequestration of miRNA duplexes in the cytoplasm preventing miRNA interaction with mRNAs

Effect of CRABP1 expression on the proliferation and the sensitivity to retionoic acid of breast cancer cells of different origin

Background. Retinoic acid (RA), by modulation of the transcription of a number of retinoid-responsive genes, is involved in the regulation of cell differentiation and proliferation. The mechanisms by which the RA-binding proteins, molecular chaperones CRABP1 and CRABP2 (Cellular Retinoic Acid Proteins-1 and -2), participate in the realization of RA activity, as well as their precise role in tumor progression are still not fully understood. Recent data indicate that functional differences of CRABP proteins with respect to malignization of breast cancer cells could be determined by different sensitivity of tumor cells to RA and with the receptor status of the tumor.Materials and methods. The CRABP1 coding sequence was overexpressed in breast cancer cells without endogenous expression of this protein, with different levels of RA sensitivity and receptor status – SKBR3 (RA-sensitive, ER(–) / HER2(+) cells) and MDA-MB-231 (RA-resistant, triple negative status). The growth of CRABP1(+) derivatives and control cells was evaluated under standard culture conditions and in the presence of various concentrations of RA.Results. The effect of CRABP1 expression in RA-sensitive and RA-resistant breast cancer cells with different receptor status on the growth rate and sensitivity of cells to RA was studied. The expression of CRABP1 in RA-sensitive SKBR3 cells enhances proliferation in the absence of RA and decreases the antiproliferative effect of RA, while in RA-resistant triple-negative MDA-MB-231 cells, the expression of CRABP1 does not affect the studied characteristics.Conclusion. CRABP1 stimulates growth and suppresses the RA-sensitivity of HER2(+) RA-sensitive cells, but does not have a similar effect on highly aggressive triple-negative RA-resistant cells

Non-canonical activity of retinoic acid in relation to the activation of protein kinases in transformed cells of different origin

Background. The non-canonical activity of retinoic acid (RA) was discovered relatively recently and consists in the rapid activation of intracellular signaling pathways by the mechanisms not related to the transcriptional activity of the RA nuclear receptors. Separate data suggest that this activity can stimulate the processes of malignancy and contribute to the formation of tumor cell resistance to RA as a therapeutic agent. However, little is known about the mechanisms of this activity. It is also unclear how universal this effect is; does the RA-dependent activation of different signaling protein kinases occur in the same cells, and whether activation of these kinases is interrelated.Materials and methods: cultivation of non-small cell lung cancer cells and neuroblastoma cells under standard conditions and with incubation with all-trans retinoic acid (ATRA); immunoblotting.Results. Here we studied the effect of ATRA on the activation of Akt and Erk1/2 protein kinases depending on the incubation time. The analysis revealed RA-dependent activation of both kinases in all studied non-small cell lung cancer and neuroblastoma cell lines. Activation of Akt and Erk1/2 occurred at five minutes of incubation, which corresponds to the non-transcriptional (non-canonical) activity of the RA, however, further activation kinetics of the two kinases differed essentially.Conclusion. We found that ATRA causes rapid activation of Erk1/2 and Akt protein kinases in both non-small cell lung cancer and neuroblastoma cells. The differences in the kinetics of RA-dependent stimulation of these two kinases suggest that their activation is mediated by independent mechanisms