Analysis of neuroprotection-related gene expression changes by Elk-1 activity under hypoxic conditions

Abstract

ETS onkojen transkripsiyon ailesinin bir üyesi olarak Elk-1 hücre büyümesi, farklılaşması, sağkalımı ile anjiyogenez, yara iyileşmesi, kanser ve inflamasyon gibi birçok biyolojik sürecin işleyişinden sorumludur. Elk-1'in transkripsiyonel aktivasyonu MAP kinaz yolakları tarafından fosforlanması ile gerçekleşmektedir. Elk-1'in hücre içi lokalizasyonu nöron hücreleri dışında yalnızca hücre çekirdeğine sınırlı iken, olgun sinir hücrelerinin sitoplazmik ve nöritik bölgelerindeki varlığı da literatürde rapor edilmiştir. Elk-1'in kinaz/fosfataz aktivitesine bağlı olarak gerçekleşen hücre çekirdeği ve sitoplazması arasındaki taşınımı ilgili yolakların aktivasyonunu belirlemede önemlidir. `Hipoksi`olarak adlandırılan, oksijen seviyesindeki azalmanın, nöronlarda hücre yaralanması ve dahi ölümüne yol açabilecek değişimlere yol açtığı bilinmektedir. Hücreler, hipoksik koşullara tepkilerini transkripsiyonal düzenleyicilerle, özellikle hipoksi ile indüklenen faktörler ile yaratırlar. Günümüze dek birçok rapor, felç, kafa travması ve birçok nörodejeneratif hastalıkları kapsayan sinir sistemi patolojilerini hipoksik koşullar ile bağdaştırmıştır. Öte yandan, kanser hücreleri düşük oksijen koşullarında hayatta kalabilecek ve hatta çoğalabilecek genetik uyum geliştirebilirler. Bu projede amaçlanan, Elk-1'in hipoksik koşullarda nöronal korunmaya yönelik düzenlenmesindeki rolünün tayin edilmesiydi. Bu amaçla, Elk-1in hücre içi lokalizasyonu SH-SY5Y insan nöroblastoma hücre modeli kullanılarak immünofloresan yöntemiyle incelendi. Buna ek olarak, hem hipoksik hem de normoksik koşullar altında Elk-1 aktivitesinden etkilenen hücre içi yolakları eldeki mikrodizin verileri biyoinformatik araçlar ile analiz edildi. Elde edilen yolaklar ile ilişkili genlerden, doğrudan Elk-1 aktivitesine bağlı olanların tayini için promotör bölgeleri in silico analiz ile irdelendi. Tüm bu çalışmalar, Elk-1'in nöronal sağkalımdaki olası rolünün yanı sıra, hipoksi sinyal yolağındaki olası rolünü de destekler niteliktedir. İlaveten, in silico analizlerimiz Elk-1 aktivitesi ve temel kök hücreyle ilişkili faktörlerin düzenlenmesi arasında direkt bir ilişki olduğunu göstermektedir. Bu sonuçları göz önüne alarak; Elk-1'in, kök hücre proliferasyonunda var olan hipoksi sinyalizasyon-ilişkili mekanizmaları kullanarak beyin kanseri hücrelerini prolifere ettiği ve hayatta kalmalarını sağladığı ileri sürülmektedir.

As a member of the E twenty-six oncogene family of transcription factors, Elk-1 is responsible for the regulation of wide-range of biological processes like cell growth, differentiation, survival, as well as angiogenesis, wound healing, cancer and inflammation. The transcriptional activation of Elk-1 is controlled through its phosphorylation by MAP kinases. While Elk-1 is found only in the nucleus in all cell types, its additional localization in cytoplasmic and neuritic compartments of mature neurons have been reported in the literature. Its proposed shuttling between nucleus and cytoplasm via kinase/phosphatase activities can designate the generation of relevant cellular response. Any reduction in the oxygen tension, `hypoxia`, is known to cause injury or cell death in neurons. Cells exposed to the hypoxic stress generate their responses via transcriptional regulators, most notably hypoxia inducible factors. Up to date, various reports have linked the presence of the hypoxic environment to various types of central nervous system pathologies such as stroke, head trauma and neurodegenerative diseases. On the other hand, cancer cells may display genetic and adaptive changes in order to survive and even proliferate under low oxygen tensions. In this project, the goal was to investigate the role of Elk-1 in regulation of neuronal protection under hypoxic conditions. For this purpose, we examined the subcellular localizations of Elk-1 via immunofluorescence imaging in SH-SY5Y human neuroblastoma cell model. In addition, pathways affected by Elk-1 activity under both normoxic and hypoxic conditions were determined through bioinformatic analyses of existing microarray data. Among them, the direct targets of the Elk-1 were specified by in silico analysis of the promoter sequences. Our studies indeed revealed a possible role for Elk-1 in the regulation of neuronal survival, as well as in hypoxia signaling pathway. Furthermore, our in silico analysis has indicated a direct link between Elk-1 activity and the regulation of core stemness-related factors. Based on these results, we propose that Elk-1 regulates proliferation and survival of brain tumor cells through a hypoxia signaling-related mechanism that exists in stem cell proliferation.