Экспрессия клеточных шаперонов и ко-шаперонов, ассоциированных с белками теплового шока Hsp90 и Hsp70, в клетках фибросаркомы человека НТ1080, не синтезирующих Hsp90β

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Белок теплового шока Hsp90 является важным клеточным шапероном и способствует фолдингу, стабилизации и регуляции специфических целевых белков, участвующих во многих клеточных процессах. В клетках млекопитающих имеются две изоформы Hsp90 – индуцибельная изоформа Hsp90α и конститутивная изоформа Hsp90β. Недавно мы показали, что нокаут гена HSP90AВ1, кодирующего Hsp90β, в клетках фибросаркомы человека НТ1080 (Hsp90β-KO клетки) не влиял на пролиферацию и устойчивость клеток к тепловому шоку и окислительному стрессу и несколько снижал миграцию клеток. Это свидетельствует об адаптации клеток и клеточной шаперонной машины к потере одного из ключевых клеточных шаперонов – Hsp90β. В данной работе, используя количественную ПЦР в реальном времени и вестерн-блоттинг, мы обнаружили, что нокаут гена, кодирующего Hsp90β, сопровождался изменениями в экспрессии и содержании отдельных шаперонов и ко-шаперонов, связанных с Hsp90- и Hsp70-шаперонными машинами. В HSP90 семействе шаперонов/ко-шаперонов наблюдалось повышение экспрессии и содержания оставшейся в клетке цитозольной изоформы Hsp90α и апрегуляция ряда важных ко-шаперонов Hsp90 (FKBP4, HOP). В HSP70 семействе шаперонов/ко-шаперонов значительно повышалась экспрессия и содержание ключевых шаперонов – индуцибельного Hsp70, конститутивного Hsc70 и митохондриального GRP75. В результате впервые установлены некоторые механизмы адаптации Hsp90- и Hsp70-шаперонных машин в ответ на потерю клетками одного из ключевых шаперонов, Hsp90β. Созданные нами Hsp90β-KO-клетки, не экспрессирующие Hsp90β, можно рассматривать в качестве клеточной модели фармакологического ингибирования функционирования Hsp90β создаваемыми для терапии опухолей перспективными Hsp90β-специфическими ингибиторами. Выявленные изменения Hsp90- и Hsp70-ассоциированных шаперонов и ко-шаперонов в ответ на потерю Hsp90β демонстрируют вероятные изменения клеточной шаперонной машины при подавлении Hsp90β такими ингибиторами и могут учитываться при разработке комбинированных терапевтических стратегий с использованием Hsp90β-специфических ингибиторов.

Об авторах

В. С Петренко

Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Email: 79182797935@yandex.ru
Пущино Московской области, Россия

В. В Врублевская

Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Пущино Московской области, Россия

О. С Моренков

Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Пущино Московской области, Россия

Ю. Ю Скарга

Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Пущино Московской области, Россия

М. А Жмурина

Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Пущино Московской области, Россия

Список литературы

  1. Taipale M., Jarosz D. F., and Lindquist S. HSP90 at the hub of protein homeostasis, emerging mechanistic insights. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol., 11, 515–528 (2010).doi: 10.1038/nrm2918
  2. Finka A. and Goloubinoff P. Proteomic data from human cell cultures refine mechanisms of chaperone-mediated protein homeostasis. Cell Stress Chaperones, 18, 591–605 (2013). doi: 10.1007/s12192-013-0413-3
  3. Neckers L., Mollapour M., and Tsutsumi S. The complex dance of the molecular chaperone Hsp90. Trends Biochem. Sci., 34, 223 (2009).doi: 10.1016/j.tibs.2009.01.006
  4. Biebl M. M. and Buchner J. Structure, function, and regulation of the Hsp90 machinery. Perspect. Biol., 11 (9), a034017 (2019). doi: 10.1101/cshperspect.a034017
  5. Wandinger S. K., Richter K., and Buchner J. The Hsp90 chaperone machinery. J. Biol. Chem., 283, 18473 (2008). doi: 10.1038/nrm.2017.20
  6. Jafari A., Rezaei-Tavirani M., Farhadihosseinabadi B., Taranejoo S., and Zali H. HSP90 and Co-chaperones: Impact on tumor progression and prospects for molecular-targeted cancer therapy. Cancer Invest., 38, 310–328 (2020). doi: 10.1080/07357907.2020.1752227
  7. Hoter A., El-Sabban M. E., and Naim H. Y. The HSP90 family: Structure, regulation, function, and implications in health and disease. Int. J. Mol. Sci., 19 (9), 2560 (2018). doi: 10.3390/ijms19092560
  8. Ciocca D. R., Arrigo A. P., and Calderwood S. K. Heat shock proteins and heat shock factor 1 in carcinogenesis and tumor development: An update. Arch. Toxicol., 87, 19 (2013). doi: 10.1007/s00204-012-0918-z
  9. Dernovsek J. and Tomasic T. Following the design path of isoform-selective Hsp90 inhibitors: Small differences, great opportunities. Pharmacol. Ther., 245, 108396 (2023). doi: 10.1016/j.pharmthera.2023.108396
  10. Sanchez J., Carter T. R., Cohen M. S., and Blagg B. S. Old and new approaches to target the Hsp90 chaperone. Curr. Cancer Drug Targets., 20 (4), 253 (2020).doi: 10.2174/1568009619666191202101330
  11. Miyata Y., Nakamoto H., and Neckers L. The therapeutic target Hsp90 and cancer hallmarks. Curr. Pharm. Des., 19 (3), 347 (2013). DOI: 10.2174/ 138161213804143725
  12. Gupta R. S. Phylogenetic analysis of the 90 kD heat shock family of protein sequences and an examination of the relationship among animals, plants, and fungi species. Mol. Biol. Evol., 12, 1062–1073 (1995).doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040281
  13. Zuehlke A. D., Beebe K., Neckers L., and Prince T. Regulation and function of the human HSP90AA1 gene. Gene, 570, 8–16 (2015). doi: 10.1016/j.gene.2015.06.018
  14. Maiti S. and Picard D. Cytosolic Hsp90 isoform-specific functions and clinical significance. Biomolecules, 12, 1166 (2022). doi: 10.3390/biom12091166
  15. Chang C., Tang X., Woodley D. T., Chen M., and Li W. The distinct assignments for Hsp90α and Hsp90β: More than skin deep. Cells, 12, 277 (2023).doi: 10.3390/cells12020277
  16. Jing R., Duncan C. B., and Duncan S. A. A small-molecule screen reveals that HSP90β promotes the conversion of induced pluripotent stem cell-derived endoderm to a hepatic fate and regulates HNF4A turnover. Development, 144, 1764–1774 (2017). doi: 10.1242/dev.146845
  17. Petrenko V., Vrublevskaya V., Bystrova M., Masulis I., Kopylova E., Skarga Y., Zhmurina M., and Morenkov O. Proliferation, migration, and resistance to oxidative and thermal stresses of HT1080 cells with knocked out genes encoding Hsp90α and Hsp90β. Biochem. Biophys. Res. Commun., 674, 62 (2023).doi: 10.1016/j.bbrc.2023.06.076
  18. Voss A. K., Thomas T., and Gruss P. Mice lacking HSP90β fail to develop a placental labyrinth. Development, 127, 1–11 (2000). doi: 10.1242/dev.127.1.1
  19. Echeverria P. C., Briand P. A., and Picard D. A remodeled Hsp90 molecular chaperone ensemble with the novel cochaperone Aarsd1 is required for muscle differentiation. Mol. Cell. Biol., 36, 1310–1321 (2016).doi: 10.1128/MCB.01099-15
  20. McCormick R. and Vasilaki A. Age-related changes in skeletal muscle: Changes to life-style as a therapy. Biogerontology, 19, 519–536 (2018).doi: 10.1007/s10522-018-9775-3
  21. Jing E., Sundararajan P., Majumdar I. D., Hazarika S., Fowler S., Szeto A., Gesta S., Mendez A. J., VishnudasV. K., and Sarangarajan R. Hsp90β knockdown in DIO mice reverses insulin resistance and improves glucose tolerance. Nutr. Metab., 15, 11 (2018).doi: 10.1186/s12986-018-0242-6
  22. Zheng Z. G., Zhang X., Liu X. X., Jin X. X., Dai L., Cheng H. M., Jing D., Thu P. M., Zhang M., and Li H. Inhibition of HSP90 Improves Lipid Disorders by Promoting Mature SREBPs Degradation via the Ubiquitinproteasome System. Theranostics, 9, 5769–5783 (2019). doi: 10.7150/thno.36505
  23. Liu B. and Qian D. Hsp90α and cell death in cancers: A review. Discov. Oncol., 15 (1), 151 (2024).doi: 10.1007/s12672-024-01021-0.
  24. Kim S. H., Ji J. H., Park K. T., Kang K. W., Park J. H., Hwang S. W., and Lee E. H. High-level expression of Hsp90β is associated with poor survival in resectable nonsmall-cell lung cancer patients. Histopathology, 67, 509– 519 (2015). doi: 10.1111/his.12676
  25. Meng J., Liu Y., Han J., Tan Q., and Chen S. Hsp90β promoted endothelial cell-dependent tumor angiogenesis in hepatocellular carcinoma. Mol. Cancer, 16, 72 (2017). doi: 10.1186/s12943-017-0639-2
  26. Meng J., Chen S., Lei Y. Y., Han J. X., Zhong W. L., Wang X. R., Liu Y. R., Gao W. F., Zhang Q., Tan Q., Liu H. J., Zhou H. G., Sun T., and Yang C. Hsp90β promotes aggressive vasculogenic mimicry via epithelialmesenchymal transition in hepatocellular carcinoma. Oncogene, 38, 228–243 (2019).doi: 10.1038/s41388-018-0428-4
  27. Heck A. L., Mishra S., and Prenzel T. Selective HSP90β inhibition results in TNF and TRAIL mediated HIF1α degradation. Immunobiology, 226, 152070 (2021).doi: 10.1016/j.imbio.2021.152070
  28. Sato S., Li K., Sakurai N., Hashizume M., Baidya S., Nonaka H., Noguchi K., Ishikawa K., Obuse C., and Takaoka A. Regulation of an adaptor protein STING by Hsp90β to enhance innate immune responses against microbial infections. Cell. Immunol., 356, 104188 (2020). doi: 10.1016/j.cellimm.2020.104188
  29. Eustace B. K., Sakurai T., Stewart J. K., Yimlamai D., Unger C., Zehetmeier C., Lain B., Torella C., Henning S. W., Beste G., Scroggins B. T., and Neckers L. Functional proteomic screens reveal an essential extracellular role for hsp90α in cancer cell invasiveness. Nat. Cell Biol., 6, 507–514 (2004). doi: 10.1038/ncb1131
  30. Becker B., Multhoff G., Farkas B., Wild P. J., Landthaler M., and Stolz W. Induction of Hsp90 protein expression in malignant melanomas and melanoma metastases. Exp. Dermatol., 13, 27–32 (2004).doi: 10.1111/j.0906-6705.2004.00114.x
  31. Cheng C. and Li W. Secretion of heat shock protein-90 (Hsp90) by normal cells under stress or by tumor cells during invasion, why? Cancer Ther., 6, 765–772 (2008).
  32. Li W., Sahu D., and Tsen F. Secreted heat shock protein90 (Hsp90) in wound healing and cancer. Biochim. Biophys. Acta, 1823, 730–741 (2012).doi: 10.1016/j.bbamcr.2011.09.009
  33. Dong H., Zou M., Bhatia A., Jayaprakash P., Hofman F., Ying Q., Chen M., Woodley D., and Li W. Breast cancer MDA-MB-231 cells use secreted heat shock protein-90alpha (Hsp90α) to survive a hostile hypoxic environment. Sci. Rep., 6, 20605 (2016). doi: 10.1038/srep20605
  34. Livak K. J. and Schmittgen T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method. Methods, 25, 402–408 (2001). doi: 10.1006/meth.2001.1262
  35. Fernandez-Fernandez M. R. and Valpuesta J. M. Hsp70 chaperone: A master player in protein homeostasis. F1000Res, 7, 1497 (2018).doi: 10.12688/f1000research.15928.1
  36. Rosenzweig R., Nillegoda N. B., Mayer M. P., and Bukau B. The Hsp70 chaperone network. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 20, 665–680 (2019).doi: 10.1038/s41580-019-0133-3
  37. Kim D., Langmead B., and Salzberg S.L. HISAT: a fast spliced aligner with low memory requirements. Nat. Methods, 12, 357–360 (2015). doi: 10.1038/nmeth.3317
  38. Ben-David U., Siranosian B., Ha G., Tang H., Oren Y., Hinohara K., Strathdee C. A., Dempster J., Lyons N. J., Burns R., Nag A., Kugener G., Cimini B., Tsvetkov P., Maruvka Y. E., O'Rourke R., Garrity A., Tubelli A. A., Bandopadhayay P., Tsherniak A., Vazquez F., Wong B., Birger C., Ghandi M., Thorner A. R., Bittker J. A., Meyerson M., Getz G., Beroukhim R., and Golub T. R. Genetic and transcriptional evolution alters cancer cell line drug response. Nature, 560 (7718), 325–330 (2018).doi: 10.1038/s41586-018-0409-3
  39. Wang L., Wang S., and Li W. RSeQC: quality control of RNA-seq experiments. Bioinformatics, 28, 2184–2185 (2012). doi: 10.1093/bioinformatics/bts356
  40. Shelton L. B., Koren J., and Blair L. J. Imbalances in the Hsp90 chaperone machinery: Implications for tauopathies. Front. Neurosci., 11, 724 (2017).doi: 10.3389/fnins.2017.00724
  41. Anders S., Pyl P. T. and Huber W. HTSeq—a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics, 31, 166–169 (2015).doi: 10.1093/bioinformatics/btu638
  42. Andrews S. FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc (2010).
  43. Casden N. and Behar O. An approach for accelerated isolation of genetically manipulated cell clones with reduced clonal variability. J. Cell Sci., 132, jcs217661 (2019).doi: 10.1242/jcs.217661
  44. Krueger F. A wrapper tool around Cutadapt and FastQC to consistently apply quality and adapter trimming to FastQ files, with some extra functionality for MspI-digested RRBS-type (Reduced Representation Bisufite-Seq) libraries. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/trim_galore (2012).
  45. Orellana C. A., Marcellin E., Palfreyman R. W., MunroT. P., Gray P. P., and Nielsen L. K. RNA-Seq highlights high clonal variation in monoclonal antibody producing CHO cells. Biotechnol. J., 13, e1700231 (2018). doi: 10.1002/biot.201700231
  46. Ran F. A., Hsu P. D., Lin C. Y., Gootenberg J. S., Konermann S., Trevino A. E., Scott D. A., Inoue A., Matoba S., Zhang Y., and Zhang F. Double nicking by RNA-guided CRISPR Cas9 for enhanced genome editing specificity. Cell, 154 (6), 1380–1389 (2013).doi: 10.1016/j.cell.2013.08.021
  47. Петренко В. С., Моренков О. С., Скарга Ю. Ю., Жмурина М. А. и Врублевская В. В. Роль двух изоформ белка теплового шока Hsp90 в обеспечении устойчивости клеток фибросаркомы человека HT1080 к ингибиторам HSP90 и цитотоксическим препаратам. Биофизика, 69 (6), 1214–1223 (2024). doi: 10.31857/S0006302924060086
  48. Lykke-Andersen S. and Jensen T. H. Nonsense-mediated mRNA decay: an intricate machinery that shapes transcriptomes. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 16, 665–677 (2015). doi: 10.1038/nrm4063
  49. Albanese V., Yam A. Y., Baughman J., Parnot C., and Frydman J. Systems analyses reveal two chaperone networks with distinct functions in eukaryotic cells. Cell, 124, 75–88 (2006). doi: 10.1016/j.cell.2005.11.039
  50. Kajiwara C., Kondo S., Uda S., Dai L., Ichiyanagi T., Chiba T., Ishido S., Koji T., and Udono H. Spermatogenesis arrest caused by conditional deletion of Hsp90α in adult mice. Biol. Open, 1, 977–982 (2012).doi: 10.1242/bio.2012646
  51. Qian S. B., McDonough H., Boellmann F., Cyr D. M., and Patterson C. CHIP-mediated stress recovery by sequential ubiquitination of substrates and Hsp70. Nature, 440, 551–555 (2006). doi: 10.1038/nature04600
  52. Shi Z. Z., Zhang J. W., and Zheng S. What we know about ST13, a co-factor of heat shock protein, or a tumor suppressor? J. Zhejiang Univ. Sci. B, 8, 170–176 (2007).doi: 10.1631/jzus.2007.B0170
  53. Shankavaram U. T., Reinhold W. C., Nishizuka S., Major S., Morita D., Chary K. K., Reimers M. A., Scherf U., Kahn A., Dolginow D., Cossman J., Kaldjian E. P., Scudiero D. A., Petricoin E., Liotta L., Lee J. K., and Weinstein J. N. Transcript and protein expression profiles of the NCI-60 cancer cell panel: an integromic microarray study. Mol. Cancer Ther., 6 (3), 820– 832 (2007). doi: 10.1158/1535-7163.MCT-06-0650
  54. Fournier M. L., Paulson A., Pavelka N., Mosley A. L., Gaudenz K., Bradford W. D., Glynn E., Li H., Sardiu M. E., Fleharty B., Seidel Ch., Florens L., and Washburn M. P. Delayed correlation of mRNA and protein expression in rapamycin-treated cells and a role for Ggc1 in cellular sensitivity to rapamycin. Mol. Cell. Proteomics, 9, 271–284 (2010).doi: 10.1074/mcp.M900415-MCP200
  55. Jiang D., Cope A. L., Zhang J., and Pennell M. On the Decoupling of Evolutionary Changes in mRNA and Protein Levels. Mol. Biol. Evol., 40, msad180 (2023).doi: 10.1093/molbev/msad180
  56. Kurashova N. A., Madaeva I. M., and Kolesnikova L. I. Expression of HSP70 Heat-Shock Proteins under Oxidative Stress. Adv. Gerontol., 10, 20–25 (2020).doi: 10.1134/S2079057020010099
  57. Evans C. G., Chang L., and Gestwicki J. E. Heat Shock Protein 70 (Hsp70) as an Emerging Drug Target. J. Med. Chem., 53, 4585–4602 (2010). doi: 10.1021/jm100054f
  58. Backe S. J., Sager R. A., Woodford M. R., Makedon A. M., and Mollapour M. Post-translational modifications of Hsp90 and translating the chaperone code. J. Biol. Chem., 295, 11099–11117 (2020).doi: 10.1074/jbc.REV120.011833

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».