Role of MAPKs in ER stress-related cell cycle arrest and apoptosis

Abstract

Endoplasmik retikulum (ER) stres birçok hastalık ve kanser tedavisiyle ilgildir. ER stresli hücrelerde bu durumu gidermek ve homeostaz koşullarına geri dönmek için `Katlanmamış Protein Cevabı` mekanizması aktive olur. Kronik ER strese `Katlanmamış Protein Cevabı` aktivasyonu ile adapte olmuş ve tedaviye cevap vermeyen kanser hücrelerinde daha etkili bir sonuç verecek ilaç uygulaması için `Katlanmamış Protein Cevabı`nda hücreyi hayatta tutan öğeler araştırılmaktadır. MAP kinazlardan JNK, hücre çoğalması, hayatta kalması ve ölümle ilişkili bir proteindir. JNK `Katlanmamış Protein Cevabı` sürecinde aktive olur.Bu çalışmada tunikamisin (TM) ile ER stres kondisyonu yaratılmış HCT116 kolon karsinoma hücrelerinde JNK inhibisyonunun ER stres cevabının farklı fazlarında, farklı sonuçlar yarattığını gördük. Bu iki tip netice de ER stres sırasında JNK aktivitesine sitoprotektif bir görev atamaktadır. 1 µg/ml TM uygulaması hücrelerin hücre döngüsünün G1 fazında kalmasına yol açtı. SP600125 isimli ufak molekülle JNK'ın inhibe edilmesi, bu hücrelerde hücre döngüsünün devam etmesine yol açtı. Buna paralel olarak, p21CİP1, G1 fazından S fazına geçişi engelleyen siklin-bağlı kinaz engelleyici protein miktarı TM uygulanmış hücrelerde artış gösterirken, JNK inhibisyonu bu artışı engellemiştir.TM uygulanan hücrelerde gözlenen apoptozda kaspaz-3 ve -8 rol oynamıştır. Bu hücrelere genel-kaspaz inhibitorü olan z-VAD-fmk uygulandığında hücreler apoptozdan kısmen kurtulmuştur. JNK inhibisyonu 24. saatin sonunda bu hücrelerde apoptozu, sadece TM uygulanmış hücrelere göre iki kat artırmıştır. 40. saatte bakıldığında ise ölüm oranlarında bir fark yoktur. TM uygulanmış hücrelerde, p38 veya ERK MAP kinazlarının inhibisyonu hücre döngüsü dağılımını değiştirmedi. Ayrıca 24. saatte bu hücrelerin apoptotik tepkisinde TM uygulanmış hücrelere göre bir farklılık gözlenmemiştir. Fakat 40. saatte p38 veya ERK inhibe edilmiş hücrelerde apoptoza duyarlılık gelişmiştir. Bu durumda deneysel modelimizde, JNK ve ayrı bir grup olarak p38 ve ERK kinazlarının ER stresli hücrelerdeki hayatta kalmayı destekleyici rollerinde zamansal farklılık gözlenmiştir. Bunun olası sebebi hücrenin durumu ve hücre içinde bu proteinlerin (ERK, p38, JNK) etkileyebileceği substratların mevcudiyeti olabilir.

Endoplasmic reticulum (ER) stress has been implicated in many diseases and cancer therapy.The unfolded protein response (UPR) is activated in the face of ER stress to alleviate it. Thesurvival elements pertaining to the UPR are being investigated for a more effective death inductionin cancer cells that have adapted to chronic ER stress and display resistance totreatment. The MAPK JNK is implicated in cell proliferation, survival and death. JNK isactivated during the UPR.We report in this study that the inhibition of the JNK pathway has different outcomes;depending on the phase of the ER stress response in HCT116 colon carcinoma cells treatedwith tunicamycin (TM). Both outcomes indicate a cytoprotective role for JNK activity duringER stress-related cell survival and death. TM treatment at 1 ?g/ml induced cell cycle arrest atthe G1 phase. Inhibition of JNK by the small molecule SP600125 led cells bypass this arrestcompared to TM-treated HCT116 cells. Accordingly, p21CP1 protein, a cyclin-dependentkinase inhibitor (CKI) that causes cell cycle arrest at the G1 to S transition was elevated inTM-treated cells, whereas JNK inhibition abrogated this upregulation.TM-induced apoptosis involved caspase-3 and -8 activation and cells were partially rescuedfrom death by the administration of the pan-caspase inhibitor z-VAD-fmk. JNK inhibitioncaused a 2-fold increase in apoptosis in TM-treated cells after 24 h, after which the effect ofJNK inhibition did not increase cell death. Inhibition of the MAPKs p38 and ERK did notaffect the cell cycle distribution of TM-treated cells with no change in the apoptotic responseafter 24 h of treatment. p38 and ERK inhibition sensitized HCT116 cells to ER stress-relatedapoptosis after 40 h of treatment. In this experimental model, JNK and p38 and ERK differedtemporally in their prosurvival roles, presumably due to the condition of the cell and theavailability of affected substrates.