? Thiazolidinediones(듀비에)--PPARγ

 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413114003696

Inhibition of Cancer Cell Proliferation by PPARγ Is Mediated by a Metabolic Switch that Increases Reactive Oxygen Species Level

Inhibition of Cancer Cell Proliferation by PPARγ Is Mediated by a Metabolic Switch that Increases Reactive Oxygen Species Levels

 

하이라이트

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PPARγ는 폐 선암종에서 항증식성 유전자 조절 프로그램을 활성화합니다

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PPARγ 작용제는 글루타티온 수준을 감소시키는 대사 스위치를 유도합니다

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감소된 글루타티온 수치는 세포 주기 정지를 매개하는 ROS 수치를 증가시킵니다.

 

요약

핵 수용체 페 록시 솜 - 증식 활성화 수용체 감마 (PPARγ), 포도당의 전사 마스터 레귤레이터 지질 대사 , 폐암 등 여러 가지 일반적인 암의 성장을 억제한다. 

이 연구에서 우리는 PPARγ의 활성화가 폐암 세포의 증식을 억제하는 메커니즘이 대사 변화에 기반함을 보여줍니다. 

우리는 PPARγ 작용제인 피오글리타존을 사용한 치료가 피루브산 산화 를 억제 하고 글루타티온 수준을 감소시키는 대사 스위치를 유발 한다는 것을 발견했습니다 . 

이러한 PPARγ 유도 대사 변화는 활성 산소종(ROS) 수준의 현저한 증가를 초래하여 망막모세포종 단백질(RB)의 급속한 저인산화 및 세포 주기 정지를 초래합니다.

PPARγ 활성화 의 항증식 효과 는 시험관 내 및 생체 내에서

PDK4(피P브산 탈수소효소 키나제4) 또는지방산의 β-산화 를 억제함으로써 예방할 수 있습니다 . 

제안된 메커니즘은 또한 대사 변화가ROS 수준을 변경하여 암세포의 세포주기 진행을빠르고 직접적으로 억제할 수 있음을 시사합니다.

그래픽 요약

 

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소개

암의 특징은 변형된 세포의 증식과 생존에 필요한 생합성 을 위한 에너지와 기질을 제공하기 위해 포도당, 지질 및 글루타민 대사를 재프로그래밍하는 것입니다

암의 고전적인 대사 변화는 포도당 소비 증가와 피루브산 산화 억제로 정상 산소 상태에서도 높은 젖산 분비율을 나타냅니다("Warburg 효과"). 

보다 최근에, 글루타민은 지질 의 생합성 과 미토콘드리아 ATP 생산을 위한 TCA 주기 대사 산물을 암세포가 보충하는 데 중요한 영양소로 확인되어 포도당 의 변경된 상태를 보완합니다 

이러한 맥락에서 우리 그룹은 최근 PPARγ가 다음의 하위 집합에서 높은 수준으로 발현된다는 것을 발견했습니다.

티아졸리딘디온 (TZD)에 의한 활성화가 시험관내 및 생체내 모두에서 성장 억제를 유발하는 비소세포성 폐암 세포( Jung et al., 2012 ) . 또한, PPARγ 및 TZD의 성장 억제 효과는 다양한 다른 암에 대해 나타났습니다

포도당과 지질 대사 를 조율하는 PPARγ의 알려진 기능을 고려, PPARγ의 항종양 효과는 암세포의 대사에 영향을 미치는 유전자 프로그램의 활성화를 통해 부분적으로 매개될 수 있다고 생각할 수 있습니다.

결과

PPARγ는 폐암 세포의 대사 및 증식과 관련된 유전자의 발현을 조절합니다

PPARγ 활성화는 반응성 산소 종 의존 메커니즘에 의한 세포 증식을 억제합니다

PDK4 및 β-산화는 ROS 수준 및 RB 인산화에 대한 피오글리타존의 효과에 필요합니다

PPARγ 활성화의 항종양 효과를 담당하는 대사 조절자를 확인하기 위해 유전자 발현 시간 과정 분석에서 pioglitazone에 의해 발현이 조기에 상향 조절된 유전자의 기능을 분석했습니다. 

이들 유전자 중에서 우리 는 가장 높게 상향조절된 직접 PPARγ 표적 유전자로서pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4)를 발견했습니다.

정량적 RT-PCR 분석을 사용하여 우리는 피오글리타존 처리 3시간 후 NCI-H2347 세포에서 PDK4 전사체 수준이 3.1배 증가함을 발견했으며, 이는 12시간 후에 10배 이상 더 높은 수준으로 추가로 증가했습니다( 그림 5NS). 

PDK4는 인산화하여 피루브산 탈수소효소를 억제하는 조절 키나제입니다. 

따라서 PDK4는 피루브산 산화를 억제 하고 정상 조직 에서 포도당 산화 에서 지방산 산화 로 의 대사 전환을 매개하는 것으로 나타났습니다

흥미롭게도 PDK4 발현의 상향 조절은 이전에 MCF-10A 유방 상피 세포의 세포 증식을 억제하는 것으로 나타났습니다( Grassian et al., 2011 ). 

중요하게도, 동일한 연구에서 PDK4 발현이 많은 일반적인 고형 종양 에서 현저하게 하향 조절된다는 것을 발견했습니다,

폐암 및 유방암을 포함하여 PDK4가 종양 세포 증식을 억제하는 대사 변화를 일으킬 수 있음을 시사합니다.

우리는 피오글리타존 치료 시 다른 3개의 피루브산 탈수소효소 키나제 유전자(PDK1, PDK2 및 PDK3)의 발현 증가를 관찰하지 못했습니다. ( 그림 5 B). 

TZD에 의한 산화 스트레스 및 RB 저인산화 유도에서 PDK4의 역할을 테스트하기 위해 siRNA에 의한 PDK4 녹다운 또는 ROS 수준 및 RB 인산화에 대한 피루브산 탈수소효소 키나제 억제제 디클로로 아세테이트 (DCA)의 억제 효과를 분석했습니다 . 

PDK 억제제 DCA와의 공동 치료는 피오글리타존 치료 시 인산화된 RB 수준(H)의 감소와 ROS 수준의 증가를 방지합니다.

다음으로, 우리는 증가된 ROS 수준과 TZD에 의한 RB 저인산화에 지방산 산화가 필요한지 여부를 테스트했습니다. 

β-산화 억제제인 ​​트리메타지딘과의 병용 치료는 피오글리타존 치료 시 인산화된 RB 수준의 감소와 ROS 수준의 증가를 방지합니다.

생체 내 PPARγ 활성화에 의한 종양 성장 억제에 대한 PDK4 및 지방산 산화의 관련성을 테스트하기 위해 NCI-H2347 이종이식 실험에서 DCA( 도 6A ) 및 트리메타지딘( 도 6B) 의 효과를 분석했습니다 . 

우리는 두 화합물이 PPARγ 활성화의 항종양 효과에서 PDK4와 지방산 산화의 중요한 역할을 나타내는 pioglitazone의 성장 억제 효과를 억제한다는 것을 발견했습니다. 

종합적으로, 이러한 발견은 포도당 및 지방산 이용의 주요 조절자인 PDK4의 상향 조절이 궁극적으로 RB 저인산화 및 종양 성장 정지로 이어지는 ROS 수준의 증가에 필요함을 시사합니다.

PPARγ Activation Alters Glucose and Glutamine Metabolism in NCI-H2347 Cells to Culminate in Suppressed Glutathione Abundance

피루브산 산화를 제한하는 PDK4의 알려진 기능과 일치하게, 조직 배양 배지의 검사는 피오글리타존 처리된 세포에서 향상된 포도당 소비 및 젖산 분비를 나타냈다 ( 도 7A ).

다음으로 우리는 글루타메이트 의 주요 공급원인 글루타민의 대사 가 피오글리타존에 의해 변경 되는지 여부를 테스트 했습니다.

피오글리타존은 글루타민의 글루타메이트로의 전환율을 감소시켰다( 도 7E ). 

글루타메이트는 세포 ROS 해독 의 중심 구성요소 인 글루타티온 (GSH) 의 합성에 필요하기 때문에 우리는 피오글리타존이 GSH 수준에 영향을 미치는지 여부를 테스트했습니다. 

우리는 피오글리타존 치료가 감소된 GSH 수준과 총 GSH 수준 모두의 현저한 감소를 초래한다는 것을 발견했습니다. 이는 BPTES에 의한 글루타미나제 억제의 효과를 같았으며, 이는 GSH 생합성의 전반적인 감소현상과 일치합니다,

또한, 우리는 피오글리타존이 처리 12시간 이내에 배지의 [U-13C] 글루타민에서 세포내 GSH로의 플럭스를 현저하게 감소시켰고 BPTES에 의한 글루타미나제 억제 효과를 반영함을 보여줍니다.

또한 트리메타지딘으로 지방산 산화를 억제하면 글루타민으로부터 글루타메이트 합성이 감소하는 것을 방지할 수 있음을 발견했습니다.( 그림 S4NS). 

우리의 다른 관찰과 함께 고려하면, 이러한 결과는 시사하는 PPARγ 활성화하게 손상에 의해 유도 된 대사 변화 glutaminolysis 글루탐산 및 GSH의 수준을 감소. 이 모델에 따르면 GSH 수준의 감소는 ROS를 해독하는 암세포의 능력을 감소시킵니다. 이 가설을 확인하기 위해 우리는 글루타미나제 억제 또는 글루타민 금단 억제가 NCI-H2347 세포에서 피오글리타존 처리와 유사한 효과를 갖는지 테스트했습니다. 글루타미나제 억제제 BPTES는 또한 감소된 GSH 수준과 전체 수준을 모두 억제했으며, 피오글리타존과 BPTES를 결합하면 이러한 효과가 향상되었습니다( 그림 7F ). 또한, 우리는 글루타민 금단이 12시간 이내에 ROS 수준의 현저한 증가를 초래한다는 것을 발견했습니다( 그림 7G 및 7H) 인산화된 RB 수준의 시간 의존적 감소로 이어졌습니다( 도 7I ). 마찬가지로, BPTES를 사용한 글루타미나아제 억제는 NAC에 의해 억제된 ROS 수준( 그림 7 J-7M)의 상향 조절을 일으키고 ( 그림 S4 E-S4H) RB 저인산화( 그림 7 N)를 유발했으며, 이는 NAC( 도 S4 I) 및 생체내 이종이식 종양의 성장의 현저한 억제를 초래하였다( 도 S4 J). 따라서, 글루타미나제 억제 표현은 본질적으로 피오글리타존 치료의 모든 효과를 복제 하며, 이는 PPARγ 활성화가 암세포 대사 및 세포 증식에 ​​미치는 영향에 대한 우리의 기계론적 모델을 지원합니다.

논의

PPARγ 및 TZD의 성장 억제를 위해 여러 메커니즘이 제안되었지만( Koeffler, 2003 , Peters et al., 2012 ), 정상 조직에서 포도당 및 지방산 대사의 주요 조절자로서 PPARγ의 확립된 역할에도 불구하고 암의 특정 변화 대사는 이전에 PPARγ의 항종양 작용에 대한 핵심 메커니즘으로 제안되지 않았습니다.

우리의 연구 결과는 PPARγ 활성화가 포도당, 지방산 및 글루타민 대사에 변화를 일으켜 궁극적으로 ROS 매개 RB 저인산화를 초래하며, 이는 PPARγ 표적 PDK4를 억제하거나 β-산화를 억제함으로써 방지할 수 있음을 보여줍니다..

우리는 PPARγ에 의해 유도된 대사 변화가 세포 주기 진행에 직접적인 영향을 미치는 메커니즘을 제안합니다.,

중요하게도, 우리의 연구는 세포 증식의 대사 조절에서 ROS의 필수적인 역할을 보여주고 따라서 대사와 증식의 통합에서 ROS의 핵심 역할을 강조합니다.. 

또한, 우리는 이 경로가 피오글리타존 및 트로글리타존 과 같은 FDA 승인 항당뇨병 약물 로 치료적으로 표적화될 수 있다는 원리 증명을 확립했습니다 . 

변형된 산화환원 상태는 암세포에서 오랫동안 관찰되어 변형된 세포를 ROS 수준의 추가 증가에 취약하게 만들고 ROS 해독 시스템에 크게 의존하게 만듭니다. 

이러한 맥락에서, 우리의 연구 결과는 핵 수용체 리간드를 단독으로 또는 기존 치료법과 함께 사용하여 포도당, 지질 및 글루타민 대사를 조절하는 것이 새로운 암 치료 전략의 개발을 위한 길을 제공할 수 있음을 시사합니다 .

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https://www.hindawi.com/journals/bmri/2015/845340/

Chemotherapy and Chemoprevention by Thiazolidinediones

Chemotherapy and Chemoprevention by Thiazolidinediones

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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009279718308421

New insights into molecular mechanisms of rosiglitazone in monotherapy or combination therapy against cancers

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