Sirtuiinit ja EMT

Sirtuiinit ja EMT, epiteliaalisesta mesenkymaaliseksi transitio

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/acel.12685#

https://wol-prod-cdn.literatumonline.com/cms/attachment/7e63d077-0f02-4f18-9a93-ba4c8cba191f/acel12685-fig-0002-m.jpg 

 

 

EMT-ohjelma käsittää monia ohimeneviä vaiheita, joissa solut käyvät läpi epiteliaalisten ja mesenkymaalisten fenotyyppien välisiä muotoja  (Nieto et al. , 2016) . EMT:n kuluessa epiteelisolut organisoivat uudelleen sytoskeletoninsa, menettävät apikaalisbasaalisen polariteettinsa ja solu-soluliitoksensa ja hankkivat kasvavat kyvyt liikkua. Tärkeä huomata, että EMT-aktivaatio-ohjelmat antavat kantasolun kaltaisia kantoja sekä normaaleista että neoplastisista soluista (Mani et al. 2008).

Useat raportit ovat hahmotelleet eri sirtuiineille EMT:tä edistäviä osia. Kuitenkin niiden ominaisuuksille johdonmukaisella tavalla olla joko tuumoria edistäviä tai vaimentavia soluyhteydestä riippuen, niin samoin ne myös voivat sekä edistää että vaimentaa EMT:tä (Kuva 2).

Varsinaiset funktiot sitten voivat olla erota  yksittäisten  sirtuiinien kesken alkuperäiskudoksesta, mikromiljööstä ja soluyhteyksistä riippuen. Lisäksi on edelleen epäselvää,, mitkä biokemialliset mekanismit pönkittävät EMT:n sirtuiineilla säätymistä eikä tiedetä sitäkään, onko näissä kaikissa vaikutuksissa deasetylaasiaktiviteetista kyse.

• Epithelial–Mesenchymal Transition (EMT)

• The EMT program consists of multiple transitional states in which cells move through between epithelial and mesenchymal phenotypes (Nieto et al., 2016). During EMT, epithelial cells reorganize their cytoskeleton, lose apical–basal polarity and cell–cell adhesion, and attain an increased capacity for cell mobility. Importantly, activation of EMT programs confers stem‐like traits on both normal and neoplastic cells (Mani et al., 2008). Several reports have outlined roles for various sirtuins in the promotion of EMT. However, consistent with their characterization as either tumor promoters or suppressors depending on cellular context, sirtuins have also been described as both enhancers and repressors of EMT (Fig. 2). The actual functions then may differ between individual sirtuins, tissues of origin, microenvironments, and cellular contexts. Furthermore, the biochemical mechanisms that underpin sirtuin regulation of EMT remain unclear and it is not yet known whether all of these effects involve deacetylase activity.

Figure 2

Open in figure viewerPowerPoint

Kuva 2. esittää kaavan EMT.n positiivisesta ja negatiivisesta säätelystä sirtuiineilla.

Positiivinen säätely:
 TGF-beta signalointi assosioituu Sirt1:n  lisääntymiseen.
 Zeb1 rekrytoi Sirt1-sirtuiinin E-cadheriinipromoottoriin ja vaikuttaa transkriptionaalisen vaimenemisen.
Samalla tavalla Sirt1 tekee Twist ja MBD1-interaktiot vaimentaen E-cadheriini-promoottorin.
 Sirt1 voi myös rekrytoida Sirt 7, joka vaimentaa E-cadheriini-ilmenemän.

Sirt2 aktivoi Akt/GSK3beta/betakateniini- signaloinnin edistäen EMT:tä.

Sirt2 deasetyloimalla Slug:in edistää Slug-proteiinin stabiilisuutta ja Slug-kohdegeenien repressiota , niissä myös E-cadheriinin repressiota.

Negatiivinen säätely:

Sirt1 estää TGFbeta-signaloinnin deasetyloimalla Smad4:n. Tämä taas vähentää MMP-transkriptiota ja E-cadheriinin hajoamista.

Sirt4 säätää ylös E-cadheriinin ilmentymän vaiemntamalla glutamiiniaineenvaihduntaa.

E-cad, E-cadheriini;

GSK3beta, glykogeenisyntaasikinaasi 3beta

MBD1, metyyli-CpG:tä-sitovat domaaniproteiini-1

MMP7, matrixmetalloproteinaasi 7

TGF-betaR, TGFbeta reseptori

beta-cat, beta-kateniini

• Schematic representation of positive and negative regulation of EMT by sirtuins. Positive: TGF‐β signaling is associated with an increase in Sirt1. Sirt1 is recruited by Zeb1 to the E‐cadherin promoter and causes transcriptional repression. Similarly, Sirt1 interacts with Twist and MBD1 to silence the E‐cadherin promoter. Sirt1 may also recruit Sirt7 to repress E‐cadherin expression. Sirt2 activates Akt/GSK3β/β‐catenin signaling to promote EMT. Deacetylation of Slug by Sirt2 promotes Slug protein stability and repression of Slug target genes, including E‐cadherin. Negative: Sirt1 inhibits TGF‐β signaling by deacetylating Smad4. This decreases MMP transcription and E‐cadherin degradation. Sirt4 upregulates E‐cadherin expression via its repression of glutamine metabolism. E‐cad, E‐cadherin; GSK3β, glycogen synthase kinase‐3β; MBD1, methyl‐CpG binding domain protein‐1; MMP7, metalloproteinase 7; TGF‐βR, transforming growth factor‐β receptor; β‐cat, β‐catenin.

SIRT1 on osoittautunut EMT:n positiiviseksi säätelijäksi prostatakarsinomassa  deasetylaasiaktiivisuudellaan.

SIRT1 rekrytoituu E-cadheriinipromoottoriin ZEB1 transkriptiotekijällä, joka on sinkillä koordinoituvia proteiineja . Tässä SIRT1 deasetyloi histonin H3, vähentää RNApolymeraasi-II:n sitoutumista vaikuttaen tuloksena E-cadheriinin transkriptionaalisen vaimenemisen.

SIRT1 -poisto vähentää prostatasyöpäsolun migraatiota ja metastaasia riippumatta mistään vaikutuksesta solun elinkykyisyyteen. (Byles et al. 2012)

• SIRT1 has been shown to be a positive regulator of EMT in prostate cancer, through its deacetylase activity. SIRT1 is recruited to the E‐cadherin promoter by the zinc finger transcription factor ZEB1. Here, it deacetylates histone H3, reduces binding of RNA polymerase II ultimately causing transcriptional repression of E‐cadherin. As a result, loss of SIRT1 decreases prostate cancer cell migration and metastasis, independent of any effects on cell survival (Byles et al., 2012).

Samalla tavalla SIRT1 tekee vuorovaikutuksen Twistiin ja metyyliCpG.tä sitovaan proteiini1:een (MBD1) hiljentäen haimasyövässä E-cadheriinipromoottorin (Xu et al. , 2013). Lisäksi TGFbetan indusoima EMT haimasyöpäsolussa assosioituu SIRT1- ylössäätymiseen , kun taas SIRT1:n estäminen indusoi pääinvastaista MET:iä, mesenkymaalisesta epiteeliaaliseksi siirtymistä ( Deng et al., 2014).

Toisaalta SIRT1:n vaikuttama Smad4-deasetylaatio tunnistettiin mekanismina, joka vähensi EMT:tä vaimentamalla TGFbeta-signalointitien vaikutuksia sekä muuntuneissa primääreissä rintarauhasen epiteelisoluissa että munuaisen epiteelisoluissa (Simic et al., 2013). Lisäksi SIRT1 on tunnistettu EMT-repressorina suuontelon levyepiteelisolusyövässä, keuhkosyövässä ja ovariaalisyövässä (Sun et al. , 2013; Chen, 2014)

• Similarly, SIRT1 interacts with Twist and methyl‐CpG binding domain protein‐1 (MBD1) to silence the E‐cadherin promoter in pancreatic cancer (Xu et al., 2013). Furthermore, EMT in pancreatic cancer cells, induced by transforming growth factor‐β (TGF‐β), is associated with upregulation of SIRT1, while inhibition of SIRT1 induced mesenchymal–epithelial transition (Deng et al., 2014).
   On the other hand, deacetylation of Smad4 by SIRT1 was identified as a mechanism of reducing EMT by repressing the effects of the TGF‐β signaling pathway in both transformed primary human mammary epithelial cells and kidney epithelial cells (Simic et al., 2013). Moreover, SIRT1 has been identified as an EMT repressor in oral squamous cell carcinoma, lung cancer, and ovarian cancer (Sun et al., 2013a,b; Chen et al., 2014a).

Vaikka hiiren alkion SIRT2-/- fibroblasteissa (MEF) oli alentunut E-cadheriinin ilmentymä, osoitti SIRT2 kuitenkin positiivista EMT-säätelyä syöpäyhteyksissä. SIRT2:n -ilmentymä on ylössäätynyt maksasolusyövässä, jossa se edistää EMT:tä deasetyloimalla ja aktivoimalla proteiinikinaasin PKB kohdentumaan Akt/GSK3beta/beta-kateniini signalointitiehen (Chen et al. , 2013). Johdonmukaisuutta SIRT2:n positiivisen vaikutuksen kanssa osoittaa julkaistu tutkimus, jossa havaittiin, että SIRT2 pitää yllä Slug-proteiinien pitoisuutta lisämäällä stabiiliutta deasetylaatiovälitteisesti.
Lisäksi on osoitettu, että SIRT2 yli-ilmentymällä aiheutuneet kohonneet Slug-proteiinit korreloivat vahvempaan repressioon Slug:in transkriptionaalisissa kohteissa, epiteliaalisessa adheesiomolekyylissä ja E-cadheriinissa, mikä viittaa siihen, että SIRT2 saattaisi säädellä EMT-:hen liittyviä fenotyyppejä kuten aggressiivisuutta ja invaasiota erityisesti trippel-negatiivisessa basaalisen kaltaisessa rintasyövässä (Zhous et al, 2016)

• Despite the reduced expression of E‐cadherin observed in SIRT2^−/− MEFs (Nguyen et al., 2014), SIRT2 has been shown to positively regulate EMT in the context of cancer. SIRT2 expression is upregulated in hepatocellular carcinoma where it promotes EMT by deacetylating and activating protein kinase B to target the Akt/GSK3β/β‐catenin signaling pathway (Chen et al., 2013). Consistent with its positive role, a recently published study showed that SIRT2 maintains Slug protein levels through deacetylation‐mediated increased protein stability. Furthermore, it was shown that elevated Slug protein caused by SIRT2 overexpression corresponded to stronger repression of the Slug transcriptional targets, epithelial cell adhesion molecule, and E‐cadherin, implying that SIRT2 might regulate EMT‐related phenotypes such as aggressiveness and invasion specifically in triple‐negative basal‐like breast cancer (Zhou et al., 2016a).

SIRT4 on kuvattu EMT:n negatiivisena säätelijänä. SIRT4-ilmentymään assosioituu E-cadheriinin ilmentymän ylössäätyminen ja alentunut vimentiini-ilmentymä kolorektaalisissa syöpäsoluissa.

Näissä koeolosuhteissa SIRT4 vaimentaa glutamiiniaineenvaihduntaa glutamaattidehydrogenaasin entsymaattista aktiivisuutta torjumalla. Alfaketoglutaraatti ( alfaKG) on tärkeä glutamiiniaineenvaihdunnan tuote ja se estää E-cadheriinin ylössäätymistä SIRT4:n vaikutuksesta. Tämä viittaisi siihen, että E-cadheriinin ilmentymisen säätely tapahtuu glutamiiniaineenvaihdunnan inhibitiolla

• With emphasis on the diverse functions regulated by the different members of the sirtuin family, SIRT4 has been described as a negative regulator of EMT. SIRT4 expression is associated with upregulation of E‐cadherin expression and decreased vimentin expression in colorectal cancer cells. Under these experimental conditions, SIRT4 suppresses glutamine metabolism by repressing the enzymatic activity of glutamate dehydrogenase. Given that α‐ketoglutarate, an important product of glutamine metabolism, inhibited the upregulation of E‐cadherin expression by SIRT4, it was suggested that regulation of E‐cadherin expression occurs via inhibition of glutamine metabolism (Miyo et al., 2015).

SIRT7-ilemntymisen on havaittu korreloivan käänteisesti E-cadheriinin kanssa prostatasyövässä

Lisäksi SIRT7:n ilmentymisen puuttuminen aiheuttaa prostatasyöpäsolulinjoissa EMT-fenotyypin reversion, takaisin palautuman,  E-cadheriinin ylössäätymällä ja vimentiinin ja Slug-ilmentymän vähenemällä.

Mielenkiintoinen seikka on, että on viitattu SIRT1:n välittävän SIRT7:n rekrytoitumista E-cadheriinin promoottoriin ja tämä vuorovaikutus SIRT1 ja SIRT7 välillä kolorektaalisyövässä liittyy epiteliaalisten merkitsijöiden alassäätymiseen ja niihin kuuluu E-cadheriini ja mesenkymaalisten merkitsijöiden ylössäätymiseen (Yu et al. , 2014).

• SIRT7 expression has been found to correlate inversely with E‐cadherin in prostate cancer. Furthermore, loss of SIRT7 expression in prostate carcinoma cell lines caused a reversal of the EMT phenotype with upregulation of E‐cadherin and decreased vimentin and Slug expression. Interestingly, it has been suggested that SIRT1 mediates the recruitment of SIRT7 to the E‐cadherin promoter and that this interplay between SIRT1 and ‐7 is responsible for promoting EMT (Malik et al., 2015). Additionally, overexpression of SIRT7 in colorectal cancer is associated with downregulation of epithelial markers, including E‐cadherin, and upregulated expression of mesenchymal markers (Yu et al., 2014).