Probing the effect of IKK on FOXO3: A regulatory mechanism of apoptosis and autophagy in chemoresistance

Abstract

Kanser hücrelerinin ilaç direnci nedeniyle, meme kanseri tedavisinde kullanılan kemoterapi ilaçları yalnızca %50 başarı sağlamaktadır. Bir tümör baskılayıcı olan FOXO3, bir çok hücre ölümü ile ilişkili genin düzenlenmesinde yer almaktadır, ancak ilaç direncinde FOXO3?ün düzenlenmesi kapsamlı olarak tamamen anlaşılamamıştır.Bu çalışmadaki amacımız, ilaç direnç mekanizmasında IKK-FOXO3 ilişkisini ele alarak FOXO3 ve NF-kappaB arasındaki olası çapraz etkileşimi karakterize etmektir. Bu amaçla, ilaca dirençli (MDA-MB-231) ve hassas (MCF-7) meme kanserihücre hatlarını 20nM paklitaksel ve 30uM sisplatin kullanarak tanımladık. RNA interferans çalışmalarına göre 30uM sisplatin tatbiki MCF-7 hücrelerinde FOXO3-bağımlı apoptozu tetiklemiştir. NF-kappaB yolak elementlerinin analizini takiben, koimmünopresipitasyon yöntemiyle IKK-beta ve FOXO3 arasındaki fiziksel etkileşimi tespit etmiş ve IKK-beta?nın FOXO3?ü nükleus?ta tutarak MDA-MB-231 hücrelerinde ilaç direncini desteklediğini belirlemiş bulunmaktayız. Ek olarak, FOXO3 ve IKK-beta seviyeleri arasındaki dengenin bozulması da FOXO3?ün yüksek ifade ettirildiği MDAMB-231 hücrelerinde apoptoz yerine otofajiyi teşvik etmektedir. Ayrıca p53?ün FOXO3 üzerindeki etkisin de çalışarak, kolorektal kanser hücrelerinde p53-bağımlı FOXO3 inhibisyonunu göstermiş bulunuyoruz. Bu çalışma, IKK-beta tarafından gerçekleştirilenFOXO3 düzenlenmesini ayrıntılı olarak açıklayan ve FOXO3/IKK-beta oranının hücrenin apoptoz veya otofajiye karar vermesinde etkili olduğunu gösteren ilk çalışmadır.Elde edilen sonuçlara bağlantılı olarak, NF-kappaB yolağı-FOXO3 çapraz etkileşimi tartışılmış ve ileride yapılması öngörülen çalışmalar sunulmuştur. Yayımlanan güncel veriler ışığında, FOXO3 ve IKK-beta arasındaki etkileşiminterapötik müdahalede hedef olacağı öngörülmektedir.

Breast cancer chemotherapeutics are only 50% successful due to chemoresistance mechanism of cancer cells. FOXO3, a tumor suppressor protein, is involved in the regulation of several cell death-related genes; however, the extent ofFOXO3 regulation in chemoresistance mechanism is not fully understood.In this study our aim was to characterize the potential crosstalk between FOXO3 and NF-kappaB pathway with a special focus on IKK-FOXO3 interaction in relation to chemoresistance mechanism. For this purpose, we have used chemoresistant (MDAMB-231) and chemosensitive (MCF-7) breast cancer cell lines treated with paclitaxel (20nM) or cisplatin (30uM). Administration of 30uM cisplatin induced FOXO3-dependent apoptosis in MCF-7 cells as indicated by RNA interference studies. Following the analysis of NF-kappaB pathway elements by immunoblotting and overexpression studies, we identified the physical interaction between IKK-beta and FOXO3 by co-immunoprecipitation. We have shown that IKK-beta sequesters FOXO3 in the nucleus promoting chemoresistance in MDA-MB-231 cells. Additionally,imbalance between FOXO3 and IKK-beta levels induced autophagy rather than apoptosis in FOXO3 overexpressing MDA-MB-231 cells. We have also studied the effect of p53 on FOXO3 levels and showed p53-dependent FOXO3 inhibition in colorectal cancer cells. This is the first study describing FOXO3 regulation by IKK-beta in detail and showing that FOXO3/IKK-beta ratio may influence the cellular decision of apoptosis or autophagy. In view of the results obtained, NF-kappaB pathway-FOXO3 crosstalk has been discussed and the interaction between FOXO3 and IKK-beta is proposed as a target for therapeutic intervention.