Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

EXPRESSION OF SELENOPROTEIN SELI IN VARIOUS HUMAN CANCER CELL LINES UNDER ER-STRESS CONDITIONS CAUSED BY METHYLESELENIC ACID

Goltyaev M.V. 1 Varlamova E.G. 1
1 Institute of Cell Biophysics Russian Academy of Sciences
Methyl selenic acid (MSA) is capable of generating ROS and has many biological functions: antioxidant, anticancer, prooxidant, has antiviral activity and is involved in the regulation of cell signaling and redox systems. Under in vivo conditions, MSA is rapidly reduced to methylselenol by non-enzymatic reactions and induces apoptosis of cancer cells by the formation of superoxide anion radicals. In addition, this selenium-containing compound is able to induce stress of the endoplasmic reticulum (ER-stress). It is known that 7 out of 25 human selenoproteins are strictly localized in the ER; recently, we have shown that, in addition to nuclear- cytoplasmic localization, selenoprotein SELI is also located in the ER and is possibly involved in the regulation of processes associated with ER-stress. The aim of this work was to study changes in SELI expression levels under the conditions of ER-stress caused by MSA in three human cancer cell lines: DU 145 (prostate carcinoma), HT-1080 (fibrosarcoma), MCF 7 (breast adenocarcinoma). Using real-time PCR, it has been found that in all three cancer cell lines under conditions of prolonged ER stress caused by the action of 1 ϻM MSA, levels of mRNA expression of this selenoprotein gene have been increased, it has been correlated with the results of Western blotting. A similar effect has been detected in HT-1080 cells when cells has been exposed to lower concentrations of MSA (0.01 and 0.1 μM). Given the important role of selenoproteins in the regulation of carcinogenesis, primarily as antioxidants, the results of this work are very relevant.
methylselenic acid (MSA)
ER-stress
human selenoproteins
carcinogenesis

Метилселениновая кислота (МСК) представляет собой соединение селена второго поколения, которое обладает различной биологической и фармакологической активностью [1–3]. Неоднократно показано, что МСК способствует апоптозу различных раковых клеток, вызывая пролонгированный стресс эндоплазматического ретикулума (ЭР-стресс), в результате которого активируется про-апоптотический «мисфолдинг-ответ» (UPR-unfolded protein response). Кроме того, МСК способна регулировать экспрессию селенопротеинов, локализующихся в ЭР, что весьма интересно, учитывая важную роль селена и селенопротеинов в регуляции процессов канцерогенеза [4–8]. Известно, что 7 из 25 селенопротеинов, идентифицированных у млекопитающих, являются резидентами ЭР, их роль в регуляции процессов, сопряженных с ЭР-стрессом, неоднократно доказана в ряде исследований [1–3]. В центре внимания данной работы находится малоизученный селенопротеин человека SELI, который также локализуется в ЭР, а его мРНК экспрессируется в исследуемых раковых клетках в значительной степени, как нами было ранее показано [9].

Цель исследования: исследовать изменение уровней экспрессии мРНК гена hseli и определить количественное содержание белка SELI в раковых клетках человека DU 145, HT-1080 и MCF 7 в условиях ЭР-стресса, вызванного воздействием на клетки МСК.

Материалы и методы исследования

Выделение РНК. Тотальную РНК из раковых клеток DU 145, HT-1080 и MCF 7 («ATCC», США) выделяли с помощью реагента Extract tRNA reagent («Евроген», Россия), содержащего раствор фенола и гуанидинизотиоционата. Реагент вносили на чашку Петри с клеточным монослоем из расчета 1 мл на 10 см2 поверхности, выделение РНК согласно протоколу производителя.

Обратная транскрипция. Реакцию обратной транскрипции проводили с использованием набора реагентов для синтеза первой цепи кДНК («Евроген», Россия), содержащего ревертазу MMLV в присутствии oligo(dT)-праймеров. Используемое в реакции содержание суммарной РНК (2 мкг) контролировали, проводя параллельно амплификацию с праймерами к гену «домашнего хозяйства» GAPDH.

ПЦР в реальном времени. Полученную к ДНК использовали в качестве матрицы для проведения ПЦР в реальном времени с помощью смеси qPCRmix-HSSYBR («Евроген», Россия) и пар праймеров: для гена hgapdh 5’ AACGGGAAGCTCACTGGC 3’ и 5’ CACCACCCTGTTGCTGTAGC 3’; для гена hseli 5’ CCAAATGAGTAGTACCCGGTG 3’ и 5’ CCAAAGAAAGATTATTACAGGCC 3’. ПЦР в реальном времени проводили в следующем режиме: предварительная денатурация при 95 °C, 2 мин, далее 35 циклов в режиме 95 °C 1 мин, 60 °C 30 сек и 72 °C 30 сек. Изменение уровня экспрессии мРНК до и после обработки МСК, определяли по формуле ОУЭ = 2-ΔΔСт, где ΔСт – разница между значениями пороговых циклов для референсного (GAPDH-ген, кодирующий глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназу) и целевого гена hseli, ΔΔСт – разница значений ΔСт до и после обработки клеток МСК. Результаты приведены как среднее значение ± стандартное отклонение трех независимых экспериментов. Различия считались значимыми, когда значение Р < 0,05. Каждый цикл эксперимента (выделение РНК, реакция обратной транскрипции, ПЦР в реальном времени) повторяли трижды.

Вестерн-блоттинг. Для идентификации исследуемых белков использовали метод иммуноблотинга, для чего клетки отмывали фосфатно-солевым буфером и центрифугировали при 1 000 об/мин в течение 20 мин. Супернатант концентрировали с помощью центрифужных концентраторов Amicon Ultra 4-50 кДа («MerkMillipore», Россия), полученные образцы использовали для проведения ПААГ электрофореза в 10 % разрешающем геле. Далее выполняли иммуноблотинг с коммерческими антителами против исследуемых белков и вторичными антителами, конъюгированными с пероксидазой хрена («Abcam», США). Количественная обработка результатов вестерн-блоттинга проводилась с помощью программы «ImageJ» [https://imagej.nih.gov/ij/index.html].

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ экспрессии мРНК гена hseli в исследуемых раковых клетках после воздействия на них 0,01; 0,1 и 1 мкМ МСК в течение 24 и 48 ч

Ранее нами и др. авторами показано, что МСК в концентрациях 0,01; 0,1 и 1 мкМ способна вызывать ЭР-стресс, причем в различных раковых клетках механизм регуляции ЭР-стресса и про-апоптотического UPR может протекать с участием трех трансмембранных белков PERK, IRE1 и ATF-6 [1–3]. Недавно нами установлено, что при обработке раковых клеток DU 145, HT-1080 и MCF 7 в течение 24 и 48 ч 0,01; 0,1 и 1 мкМ МСК % цитотоксичности всех трех линий раковых клеток увеличивался прямо пропорционально концентрации МСК и времени обработки.

Таким образом, измерение уровней экспрессии мРНК и количественная оценка белка SELI проводились в условиях пролонгированного стресса, приводящего в конечном итоге к апоптозу клеток. Результаты, полученные с помощью метода ПЦР в реальном времени (рис. 1), свидетельствуют об усилении экспрессии мРНК гена hseli во всех трех линиях особенно после воздействия на клетки 1 мкМ МСК, кроме того почти двукратное увеличение экспрессии данного гена наблюдалось после обработки клеток HT-1080 0,01 и 0,1 мкМ МСК.

golt1.tif

Рис. 1. Относительный уровень экспрессии мРНК гена hseli в клетках DU 145, HT-1080 и MCF 7 до и после обработки клеток 0,01; 0,1 и 1 мкМ МСК в течение 24 и 48 ч

Это может быть объяснено тем, что данная клеточная линия является слабо дифференцированной по сравнению с DU 145 и MCF 7, для которых показатель цитотоксичности при обработке их исследуемыми концентрациями МСК, как было показано ранее, оказался ниже, чем для HT-1080. Таким образом, количество апоптотических клеток для линии HT-1080 после воздействия на них 0,01; 0,1 мкМ МСК приблизительно соответствует таковому после воздействия на клетки DU 145 и MCF 7 0,1 и 1 мкМ МСК. Результаты, полученные с помощью ПЦР в реальном времени, коррелируют с результатами вестерн-блоттинга, представленными на рис. 2 и 3.

golt2.tif

Рис. 2. Содержание белка SELI в клетках DU 145, HT-1080 и MCF 7 до и после их обработки МСК. 1 – содержание белка в интактных клетках; 2,4,6 – содержание белка после 24 ч обработки клеток 0,01; 0,1; 1 мкМ МСК, соответственно; 3,5,7 – содержание белка после 48 ч обработки клеток 0,01; 0,1; 1 мкМ МСК соответственно

golt3.tif

Рис. 3. Относительный уровень содержания белка в клетках DU 145, HT-1080 иMCF 7 до и после 24 ч или 48 ч обработки МСК. Анализ выполнен с помощью программы «ImageJ»

Заключение

SELI является плохо изученным селенопротеином млекопитающих, наряду с семью другими селенопротеинами-резидентами ЭР, также локализуется в данном органоиде клетки. В связи с чем возник интерес исследовать изменение экспрессии мРНК его гена, а также дать количественную оценку содержания белка SELI в трех раковых клеточных линиях человека DU 145, HT-1080 и MCF 7 в условиях ЭР-стресса, вызванного воздействием на клетки различными концентрациями МСК. В результате ряда экспериментов установлено, что во всех трех клеточных линиях наблюдалось усиление экспрессии мРНК и белка соответственно после воздействия на них 1 мкМ МСК, однако в клетках HT-1080 аналогичные изменениях экспрессии наблюдались и при воздействии на них более низкими концентрациями МСК (0,01 и 0,1 мкМ). На основании полученных результатов с учетом внутриклеточной локализации SELI, можно предположить, что данный селенопротеин вовлечен в регуляцию процессов, сопряженных с ЭР-стрессом, в том числе пролонгированным, приводящим к апоптозу раковых клеток, как это было продемонстрировано в ряде работ [1–5]. Данные результаты послужат предпосылкой для дальнейших исследований функций SELI и его вклада в регуляцию процессов ЭР-стресса и канцерогенеза.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-34-00118 мол_а и гранта Президиума РАН «Постгеномные технологии и перспективные решения в биомедицине».