Effects of cellular energy homeostasis modulation through AMPK on regulation of protein translation and response to hypoxia

AMPK aracılı hücresel enerji homeostazı modülasyonunun protein translasyonu ve hipoksi yanıtı üzerine etkileri

Abstract

AbstractObjective: AMP-activated-protein-kinase (AMPK) regulates cellular energy-homeostasis. Eukaryotic-elongationfactor-2-kinase (eEF2K) plays important roles in regulating protein-synthesis, functions similarly to AMPK to protect cancer-cells from metabolic stress. Tumor-hypoxia induces angiogenesis with activation of hypoxia-inducible-factor1-alpha (HIF-1α). AMPK might be implicated both in regulation of protein-translation and response-to-hypoxia. We aimed to investigate the effects of AMPK modulation on regulation of protein translation and response-to-hypoxiaby evaluating eEF2K and HIF-1α proteins in breast and hepatocellular cancers.Materials and methods: Hepatocellular (Huh-7, HepG2) and breast (SKBR-3, MDA-MB-453) cancer-cells were incubated with AMPK-activator (A769662) or inhibitor (dorsomorphin) for 8/24 h. Alterations in eEF2K/HIF-1α protein expressions were examined.Results: Cancer-cells slightly increased eEF2K expression after 24-h of AMPK-activation. Significant decreases in eEF2K expressions were observed with AMPK inhibition in all cancer-cells except Huh-7. Slight transien decrease in HIF-1α expression was observed after 8-h of AMPK-activation in all cancer-cells except MDA-MB-453. AMPK-inhibition decreased HIF-1α expression, especially in HepG2-cells.Conclusion: The effects of AMPK modulation on eEF2K/ HIF-1α protein expressions were investigated. Cells with varying molecular-expression-profiles demonstrate different metabolic activities. AMPK-activation may provide adaptive advantage to cancers and such an advantage may be reverted with an AMPK-inhibitor. The current study contributes to the literature in determining the effects of therapeutic strategies targeting AMPK on cancer-cell metabolic-pathway regulation.

Özet

ÖzAmaç: AMP-aktive-protein-kinaz (AMPK), hücresel enerji homeostazını regüle etmektedir. Ökaryotik-elongasyon-faktör-2-kinaz (eEF2K), protein sentezinin düzenlenmesinde önemli role sahiptir ve kanser-hücrelerini metabolik stresten korumak için AMPK’a benzer şekilde fonksiyon gösterir. Tümör-hipoksisi, hipoksi-ile-i̇ndüklenen-faktör-1-alfa (HIF-1α) aktivasyonu aracılığıyla anjiogenezi uyarır. AMPK, hem protein-translasyonunun regülasyonu hem de hipoksi-yanıtı ile ilişkili olabilir. Bu çalışmada, meme ve hepatosellüler kanserlerde eEF2K ve HIF-1α proteinlerini inceleyerek, AMPK modülasyonunun protein translasyonu regülasyonu ve hipoksi-yanıtı üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.Gereç ve Yöntem: Hepatosellüler (Huh-7, HepG2) ve meme (SKBR-3, MDA-MB-453) kanser-hücreleri, AMPK-aktivatörü (A769662) veya inhibitörü (dorsomorphin) ile 8/24 saat inkübe edilmiştir. eEF2K/HIF-1α protein ekspresyon düzeylerindeki değişimler incelenmiştir.Sonuçlar: 24-saatlik AMPK-aktivasyonu sonucunda kanser-hücrelerinde eEF2K ekspresyonu hafif düzeyde artış göstermiştir. Huh-7 hariç tüm kanser-hücrelerinde, AMPK inhibisyonu neticesinde eEF2K ekspresyon düzeyinde belirgin düşüş gözlenmiştir. MDA-MB-453 hariç tüm kanser-hücrelerinde, 8-saatlik AMPK-aktivasyonu neticesinde HIF-1α ekspresyon düzeyinde hafif geçici düşüş gözlenmiştir. Özellikle HepG2 hücrelerinde olmak üzere, AMPK-inhibisyonu HIF-1α ekspresyonunu azaltmıştır.Tartışma: AMPK modülasyonunun, eEF2K/HIF-1α protein ekspresyonları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Farklı moleküler-ekspresyon-profiline sahip hücreler, farklı metabolik aktiviteler göstermektedir. AMPK-aktivasyonu, kanserlere adaptif avantaj sağlayabilir ve bu avantaj, bir AMPK-inhibitörü aracılığıyla engellenebilir. Bu çalışma, AMPK’ı hedefleyen terapötik yaklaşımların, kanser-hücre metabolik-yolak regülasyonu üzerindeki etkilerini belirleme konusunda literatüre katkı sağlamaktadır.