БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 4, с. 560–570

УДК 577.

Конститутивная экспрессия NRAS с драйверной мутацией Q61R активирует процессы эпителиально-мезенхимального перехода и вызывает существенное изменение транскриптома клеток щитовидной железы Nthy-ori 3-1*,**

© 2019 Д.Э. Демин 1,2, М.А. Афанасьева 1, А.Н. Уварова 1, М.М. Прокофьева 1, А.М. Горбачева 1, А.С. Устюгова 1, А.В. Клепикова 3,4, Л.В. Путляева 1, К.А. Татосян 1, П.В. Белоусов 1, А.М. Шварц 1,2***

1 Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991 Москва, Россия; электронная почта: shvarec@yandex.ru

2 Московский физико-технический институт, 141701 Москва, Россия

3 Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, 127051 Москва, Россия

4 Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Поступила в редакцию 10.10.2018
После доработки 04.12.2018
Принята к публикации 04.12.2018

DOI: 10.1134/S0320972519040092

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: рак щитовидной железы, эпителиально-мезенхимальный переход, NRASQ61R, SNAIL, TWIST.

Аннотация

Мутация Q61R гена NRAS является одной из самых распространенных драйверных мутаций рака щитовидной железы (РЩЖ). Для опухолей с данной мутацией характерна инвазия в кровеносные сосуды и образование отдаленных метастазов. Для исследования генов, экспрессия которых изменяется при появлении данной мутации в клетках РЩЖ, была создана модельная система на основе клеточной линии эпителиальных клеток щитовидной железы Nthy-ori 3-1, трансдуцированных лентивирусным вектором, содержащим ген NRAS с мутацией Q61R. Показано, что экспрессия  NRASQ61R в клетках щитовидной железы оказывает значимое влияние на группы генов, задействованных в образовании межклеточных контактов, а также вовлеченных в процессы эпителиально-мезенхимального перехода и клеточной инвазии. Изменение экспрессии этих генов отражается на фенотипе модельных клеток, которые приобретают черты мезенхимальных и демонстрируют способность к выживанию и росту в отсутствие прикрепления к субстрату. Ключевыми регуляторами данных процессов являются транскрипционные факторы семейств SNAIL, ZEB и TWIST. В данной модельной системе изменение фенотипа коррелирует с повышением экспрессия факторов SNAIL2 и TWIST2, что указывает на их возможную роль в регуляции инвазивного роста РЩЖ с мутацией NRAS(Q61R).

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) и на сайте издательства Springer (Link.springer.com), том 84, вып. 4, 2019.

** Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM 18-285, 04.02.2019.

*** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа была поддержана грантом РНФ (проект 16-15-10423). В рамках выполнения данного проекта проведены получение модельных дериватов клеточных линий, анализ уровня фосфорилирования белка Erk1/2 и экспрессии генов в полученных дериватах.

Биоинформатический анализ ранее опубликованных данных о экспрессии генов в опухолях щитовидной железы и нормальной ткани поддержано Программой фундаментальных исследований государственных академий наук на 2013–2020 гг. (тема 01201363817).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Goodsell, D.S. (1999) The molecular perspective: the Ras oncogene, Oncologist, 4, 263–264.

2. Fukushima, T., and Takenoshita, S. (2005) Roles of RAS and BRAF mutations in thyroid carcinogenesis, Fukushima J. Med. Sci., 51, 67–75.

3. Bhaijee, F., and Nikiforov, Y.E. (2011) Molecular analysis of thyroid tumors, Endocrinol. Pathol., 22, 126–133, doi: 10.1007/s12022-011-9170-y.

4. Nikiforov, Y.E., and Nikiforova, M.N. (2011) Molecular genetics and diagnosis of thyroid cancer, Nat. Rev. Endocrinol., 7, 569–580, doi: 10.1038/nrendo.2011.142.

5. Jang, E.K., Song, D.E., Sim, S.Y., Kwon, H., Choi, Y.M., Jeon, M.J., Han, J.M., Kim, W.G., Kim, T.Y., Shong, Y.K., and Kim, W.B. (2014) NRAS codon 61 mutation is associated with distant metastasis in patients with follicular thyroid carcinoma, Thyroid, 24, 1275–1281, doi: 10.1089/thy.2014.0053.

6. Melo, M., Gaspar da Rocha, A., Batista, R., Vinagre, J., Martins, M.J., Costa, G., Ribeiro, C., Carrilho, F., Leite, V., Lobo, C., Cameselle-Teijeiro, J.M., Cavadas, B., Pereira, L., Sobrinho-Simoes, M., and Soares, P. (2017) TERT, BRAF, and NRAS in primary thyroid cancer and metastatic disease, J. Clin. Endocrinol. Metab., 102, 1898–1907, doi: 10.1210/jc.2016-2785.

7. Sohn, S.Y., Park, W.Y., Shin, H.T., Bae, J.S., Ki, C.S., Oh, Y.L., Kim, S.W., and Chung, J.H. (2016) Highly concordant key genetic alterations in primary tumors and matched distant metastases in differentiated thyroid cancer, Thyroid, 26, 672–682, doi: 10.1089/thy.2015.0527.

8. Gras, B., Jacqueroud, L., Wierinckx, A., Lamblot, C., Fauvet, F., Lachuer, J., Puisieux, A., and Ansieau, S. (2014) Snail family members unequally trigger EMT and thereby differ in their ability to promote the neoplastic transformation of mammary epithelial cells, PLoS One, 9, e92254, doi: 10.1371/journal.pone. 0092254.

9. Cifone, M.A., and Fidler, I.J. (1980) Correlation of patterns of anchorage-independent growth with in vivo behavior of cells from a murine fibrosarcoma, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 1039–1043.

10. Brabletz, T., Kalluri, R., Nieto, M.A., and Weinberg, R.A. (2018) EMT in cancer, Nat. Rev. Cancer, 18, 128–134, doi: 10.1038/nrc.2017.118.

11. Puisieux, A., Brabletz, T., and Caramel, J. (2014) Oncogenic roles of EMT-inducing transcription factors, Nat. Cell. Biol., 16, 488–494, doi: 10.1038/ncb2976.

12. Cano, A., Perez-Moreno, M.A., Rodrigo, I., Locascio, A., Blanco, M.J., del Barrio, M.G., Portillo, F., and Nieto, M.A. (2000) The transcription factor snail controls epithelial-mesenchymal transitions by repressing E-cadherin expression, Nat. Cell. Biol., 2, 76–83, doi: 10.1038/35000025.

13. Vu, T., and Datta, P.K. (2017) Regulation of EMT in colorectal cancer: a culprit in metastasis, Cancers (Basel), 9, doi: 10.3390/cancers9120171.

14. Vasko, V., Espinosa, A.V., Scouten, W., He, H., Auer, H., Liyanarachchi, S., Larin, A., Savchenko, V., Francis, G.L., de la Chapelle, A., Saji, M., and Ringel, M.D. (2007) Gene expression and functional evidence of epithelial-to-mesenchymal transition in papillary thyroid carcinoma invasion, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 2803–2808, doi: 10.1073/pnas.0610733104.

15. Lemoine, N.R., Mayall, E.S., Jones, T., Sheer, D., McDermid, S., Kendall-Taylor, P., and Wynford-Thomas, D. (1989) Characterization of human thyroid epithelial cells immortalized in vitro by simian virus 40 DNA transfection, Br. J. Cancer, 60, 897–903.

16. Khosravi-Far, R., White, M.A., Westwick, J.K., Solski, P.A., Chrzanowska-Wodnicka, M., Van Aelst, L., Wigler, M.H., and Der, C.J. (1996) Oncogenic Ras activation of Raf/mitogen-activated protein kinase-independent pathways is sufficient to cause tumorigenic transformation, Mol. Cell. Biol., 16, 3923–3933.

17. Prokofjeva, M.M., Proshkina, G.M., Lebedev, T.D., Shulgin, A.A., Spirin, P.V., Prassolov, V.S., and Deyev, S.M. (2017) Lentiviral gene delivery to plasmolipin-expressing cells using Mus caroli endogenous retrovirus envelope protein, Biochimie, 142, 226–233, doi: 10.1016/j.biochi.2017.09.004.

18. Schwartz, A.M., Putlyaeva, L.V., Covich, M., Klepikova, A.V., Akulich, K.A., Vorontsov, I.E., Korneev, K.V., Dmitriev, S.E., Polanovsky, O.L., Sidorenko, S.P., Kulakovskiy, I.V., and Kuprash, D.V. (2016) Early B-cell factor 1 (EBF1) is critical for transcriptional control of SLAMF1 gene in human B cells, Biochim. Biophys. Acta, 1859, 1259–1268, doi: 10.1016/j.bbagrm.2016.07.004.

19. Afanasyeva, M.A., Britanova, L.V., Korneev, K.V., Mitkin, N.A., Kuchmiy, A.A., and Kuprash, D.V. (2014) Clusterin is a potential lymphotoxin beta receptor target that is upregulated and accumulates in germinal centers of mouse spleen during immune response, PLoS One, 9, e98349, doi: 10.1371/journal.pone.0098349.

20. Kim, B.A., Jee, H.G., Yi, J.W., Kim, S.J., Chai, Y.J., Choi, J.Y., and Lee, K.E. (2017) expression profiling of a human thyroid cell line stably expressing the BRAFV600E mutation, Cancer Genomics Proteomics, 14, 53–67, doi: 10.21873/cgp.20018.

21. Roskoski, R. Jr. (2012) ERK1/2 MAP kinases: structure, function, and regulation, Pharmacol. Res., 66, 105–143, doi: 10.1016/j.phrs.2012.04.005.

22. Pauta, M., Rotllan, N., Fernandez-Hernando, A., Langhi, C., Ribera, J., Lu, M., Boix, L., Bruix, J., Jimenez, W., Suarez, Y., Ford, D.A., Baldan, A., Birnbaum, M.J., Morales-Ruiz, M., and Fernandez-Hernando, C. (2016) Akt-mediated foxo1 inhibition is required for liver regeneration, Hepatology, 63, 1660–1674, doi: 10.1002/hep.28286.

23. Giordano, T.J., Kuick, R., Thomas, D.G., Misek, D.E., Vinco, M., Sanders, D., Zhu, Z., Ciampi, R., Roh, M., Shedden, K., Gauger, P., Doherty, G., Thompson, N.W., Hanash, S., Koenig, R.J., and Nikiforov, Y.E. (2005) Molecular classification of papillary thyroid carcinoma: distinct BRAF, RAS, and RET/PTC mutation-specific gene expression profiles discovered by DNA microarray analysis, Oncogene, 24, 6646–6656, doi: 10.1038/sj.onc.1208822.

24. Huang da W., Sherman B.T., and Lempicki R.A. (2009) Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID bioinformatics resources, Nat. Protoc., 4, 44–57, doi: 10.1038/nprot.2008.211.

25. Huang da, W., Sherman, B.T., and Lempicki, R.A. (2009) Bioinformatics enrichment tools: paths toward the comprehensive functional analysis of large gene lists, Nucleic Acids Res., 37, 1–13, doi: 10.1093/nar/gkn923.

26. Sponziello, M., Rosignolo, F., Celano, M., Maggisano, V., Pecce, V., De Rose, R.F., Lombardo, G.E., Durante, C., Filetti, S., Damante, G., Russo, D., and Bulotta, S. (2016) Fibronectin-1 expression is increased in aggressive thyroid cancer and favors the migration and invasion of cancer cells, Mol. Cell. Endocrinol., 431, 123–132, doi: 10.1016/j.mce.2016.05.007.

27. Da, C., Wu, K., Yue, C., Bai, P., Wang, R., Wang, G., Zhao, M., Lv, Y., and Hou, P. (2017) N-cadherin promotes thyroid tumorigenesis through modulating major signaling pathways, Oncotarget, 8, 8131–8142, doi: 10.18632/oncotarget.14101.

28. Peng, X.G., Chen, Z.F., Zhang, K.J., Wang, P.G., Liu, Z.M., Chen, Z.J., Hou, G.Y., and Niu, M. (2015) VEGF Trapon inhibits tumor growth in papillary thyroid carcinoma, Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci., 19, 235–240.

29. Kawakami, T., Tokunaga, T., Hatanaka, H., Kijima, H., Yamazaki, H., Abe, Y., Osamura, Y., Inoue, H., Ueyama, Y., and Nakamura, M. (2002) Neuropilin 1 and neuropilin 2 co-expression is significantly correlated with increased vascularity and poor prognosis in nonsmall cell lung carcinoma, Cancer, 95, 2196–2201, doi: 10.1002/cncr.10936.

30. Dowling, C.M., Hayes, S.L., Phelan, J.J., Cathcart, M.C., Finn, S.P., Mehigan, B., McCormick, P., Coffey, J.C., O’Sullivan, J., and Kiely, P.A. (2017) Expression of protein kinase C gamma promotes cell migration in colon cancer, Oncotarget, 8, 72096–72107, doi: 10.18632/oncotarget.18916.

31. Martin, T.A., Lane, J., Harrison, G.M., and Jiang, W.G. (2013) The expression of the Nectin complex in human breast cancer and the role of Nectin-3 in the control of tight junctions during metastasis, PLoS One, 8, e82696, doi: 10.1371/journal.pone.0082696.

32. Kremenevskaja, N., von Wasielewski, R., Rao, A.S., Schofl, C., Andersson, T., and Brabant, G. (2005) Wnt-5a has tumor suppressor activity in thyroid carcinoma, Oncogene, 24, 2144–2154, doi: 10.1038/sj.onc.1208370.

33. Kaur, S., Kroczynska, B., Sharma, B., Sassano, A., Arslan, A.D., Majchrzak-Kita, B., Stein, B.L., McMahon, B., Altman, J.K., Su, B., Calogero, R.A., Fish, E.N., and Platanias, L.C. (2014) Critical roles for Rictor/Sin1 complexes in interferon-dependent gene transcription and generation of anti-proliferative responses, J. Biol. Chem., 289, 6581–6591, doi: 10.1074/jbc.M113.537852.

34. Kaur, S., Sassano, A., Majchrzak-Kita, B., Baker, D.P., Su, B., Fish, E.N., and Platanias, L.C. (2012) Regulatory effects of mTORC2 complexes in type I IFN signaling and in the generation of IFN responses, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, 7723–7728, doi: 10.1073/pnas.1118122109.

35. Cooney, R.N. (2002) Suppressors of cytokine signaling (SOCS): inhibitors of the JAK/STAT pathway, Shock, 17, 83–90.

36. Cancer Genome Atlas Research Network (2014) Integrated genomic characterization of papillary thyroid carcinoma, Cell, 159, 676–690, doi: 10.1016/j.cell.2014.09.050.

37. Thiery, J.P., and Sleeman, J.P. (2006) Complex networks orchestrate epithelial-mesenchymal transitions, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 7, 131–142, doi: 10.1038/nrm1835.

38. Mueller, N., Wicklein, D., Eisenwort, G., Jawhar, M., Berger, D., Stefanzl, G., Greiner, G., Boehm, A., Kornauth, C., Muellauer, L., Sehner, S., Hoermann, G., Sperr, W.R., Staber, P.B., Jaeger, U., Zuber, J., Arock, M., Schumacher, U., Reiter, A., and Valent, P. (2018) CD44 is a RAS/STAT5-regulated invasion receptor that triggers disease expansion in advanced mastocytosis, Blood, doi: 10.1182/blood-2018-02-833582.

39. Jia, L., Liu, W., Guan, L., Lu, M., and Wang, K. (2015) Inhibition of calcium-activated chloride channel ANO1/TMEM16A suppresses tumor growth and invasion in human lung cancer, PLoS One, 10, e0136584, doi: 10.1371/journal.pone.0136584.

40. Drak Alsibai, K., and Meseure, D. (2018) Tumor microenvironment and noncoding RNAs as co-drivers of epithelial-mesenchymal transition and cancer metastasis, Dev. Dyn., 247, 405–431, doi: 10.1002/dvdy.24548.

41. Yoh, K.E., Regunath, K., Guzman, A., Lee, S.M., Pfister, N.T., Akanni, O., Kaufman, L.J., Prives, C., and Prywes, R. (2016) Repression of p63 and induction of EMT by mutant Ras in mammary epithelial cells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 113, 6107–6116, doi: 10.1073/pnas.1613417113.

42. Kim, H., Choi, J.A., and Kim, J.H. (2014) Ras promotes transforming growth factor-beta (TGF-beta)-induced epithelial-mesenchymal transition via a leukotriene B4 receptor-2-linked cascade in mammary epithelial cells, J. Biol. Chem., 289, 22151–22160, doi: 10.1074/jbc.M114.556126.

43. Wu, D., Zhao, B., Qi, X., Peng, F., Fu, H., Chi, X., Miao, Q.R., and Shao, S. (2018) Nogo-B receptor promotes epithelial-mesenchymal transition in non-small cell lung cancer cells through the Ras/ERK/Snail1 pathway, Cancer Lett., 418, 135–146, doi: 10.1016/j.canlet.2018.01.030.

44. Maiques, O., Barcelo, C., Panosa, A., Pijuan, J., Orgaz, J.L., Rodriguez-Hernandez, I., Matas-Nadal, C., Tell, G., Vilella, R., Fabra, A., Puig, S., Sanz-Moreno, V., Matias-Guiu, X., Canti, C., Herreros, J., Marti, R.M., and Macia, A. (2018) T-type calcium channels drive migration/invasion in BRAFV600E melanoma cells through Snail1, Pigment Cell. Melanoma Res., 31, 484–495, doi: 10.1111/pcmr.12690.

45. Mittal, D., Gubin, M.M., Schreiber, R.D., and Smyth, M.J. (2014) New insights into cancer immunoediting and its three component phases – elimination, equilibrium and escape, Curr. Opin. Immunol., 27, 16–25, doi: 10.1016/j.coi.2014.01.004.

46. Wang, R., Ma, Q., Ji, L., Yao, Y., Ma, M., and Wen, Q. (2018) MiR-622 suppresses tumor formation by directly targeting VEGFA in papillary thyroid carcinoma, Onco Targets Ther., 11, 1501–1509, doi: 10.2147/OTT.S156810.

47. Sheng, L., Zhang, S., and Xu, H. (2017) Effect of slug-mediated down-regulation of E-cadherin on invasiveness and metastasis of anaplastic thyroid cancer cells, Med. Sci. Monit., 23, 138–143.

48. Borrello, M.G., Alberti, L., Fischer, A., Degl’innocenti, D., Ferrario, C., Gariboldi, M., Marchesi, F., Allavena, P., Greco, A., Collini, P., Pilotti, S., Cassinelli, G., Bressan, P., Fugazzola, L., Mantovani, A., and Pierotti, M.A. (2005) Induction of a proinflammatory program in normal human thyrocytes by the RET/PTC1 oncogene, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 14825–14830, doi: 10.1073/pnas.0503039102.

49. Meng, X., Kong, D.H., Li, N., Zong, Z.H., Liu, B.Q., Du, Z.X., Guan, Y., Cao, L., and Wang, H.Q. (2014) Knockdown of BAG3 induces epithelial-mesenchymal transition in thyroid cancer cells through ZEB1 activation, Cell Death Dis., 5, e1092, doi: 0.1038/cddis.2014.32.