The effects of EEF1A on cell proliferation by intracellular alkalinization

Abstract

[한글]종양 세포의 세포 내 pH는 7.12~7.65으로 알칼리화 되어 있으며, 외부의 pH는 6.2~6.9로 산성화 되어 있다. 이러한 pH차이는 종양세포의 성장, 조직 침해, 전이 과정에 중요한 역할을 하며, 이 알칼리화의 유지는 주로 활성이 크게 증가한 Na+/H+ exchanger 1 (NHE1)을 통한 세포 내 H+의 방출에 의해 이루어진다. 그러나 알칼리화에 따른 세포 성장 의 분자생물학적 메커니즘은 아직 알려지지 않은 상태이며 이에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 세포의 성장과 분열에서 중요한 역할을 담당하고 있는 단백질 중의 하나인 eukaryotic elongation factor 1a (EEF1A)는 단백질 합성 과정에서 amin-acyl tRNA를 ribosome으로 운반하여 mRNA의 번역을 조절하는 단백질로서, 아메바의 한 종류인 Dictyostelium에서 세포내의 pH 변화에 따라 actin과의 결합력이 변하는 것은 잘 알려진 사실이다. 본 연구에서는 세포의 알칼리화가 세포성장과 EEF1A에 미치는 영향을 여러 분자 생물학적 방법을 통해 연구하였다. 여러 세포 주를 낮은 CO2 농도에서 키우는 방법으로 세포 내 알칼리화 (pH ~7.6)를 유도한 결과 세포의 성장 속도가 증가하는 것을 확인하였다. 또한 EEF1A의 과발현이 pH변화와는 별도로 세포의 성장을 활성화시키는 것을 밝혀내었으며, RNA interference 에 의한 EEF1A의 발현 감소는 세포성장을 억제시켰다. 마지막으로 전체 EEF1A 양의 변함 없이 actin과 결합한 EEF1A의 양이 세포 내의 알칼리화에 따라서 감소하는 것을 확인하였다. 즉, 알칼리화가 진행됨에 따라 EEF1A가 기능적으로 활성화된다고 여겨진다. 이상의 결과를 통해 본 연구에서는 EEF1A가 알칼리화에 따른 암세포의 성장에 관여하는 중요한 단백이라는 것을 밝혀내었다. 이는 암세포의 초기 진행과정을 억제하는 데에 많은 도움을 줄 것으로 생각된다.

[영문]Formation of pH gradient in tumor cells, which is characterized by intracellular alkalinization and extracellular acidification, plays a key role in the growth and metastasis of tumor cells. Maintaining intracellular alkalinization in tumor cells is produced by the constitutive activation of Na+/H+ exchanger 1 (NHE1), and inhibition of NHE1 activity has been shown to suppress tumor cell proliferation. However, the underlying molecular mechanisms of alkalinization-induced cell growth are not known. One of the key proteins in cell proliferation and growth is the eukaryotic elongation factor 1a (EEF1A), which plays a critical role in translating mRNA into proteins by recruiting amino-acyl tRNA. Interestingly, it has been suggested that cellular distribution of EEF1A and its actin-binding properties are affected by intracellular pH in Dictyostelium. In the present study, the effects of intracellular alkalinization on cell growth and EEF1A were investigated using molecular functional approaches in mammalian cells containing different isoforms of EEF1A. In all cell lines tested, NIH3T3, HEK 293 and HeLa cells, a weak intracellular alkalinization pH around 7.6 achieved by reducing carbon dioxide concentrations in a CO2-incubation chamber resulted in increased cell growth. Over-expression of EEF1A by transfection with mammalian expressible EEF1A1 and EEF1A2 plasmids increased the alkalinization-induced cell growth in HeLa and NIH3T3 cells. Conversely, attenuation of EEF1A levels by treatment with EEF1A1 and EEF1A2 siRNAs reduced the effects of alkalinization-induced cell growth in HeLa cells which expressed both isoforms of EEF1A. Finally, the amount of actin-bound EEF1A was greatly reduced under alkaline conditions without the changes in the total amount of EEF1A, suggesting an increase in the functionally active, free form of EEF1A in NIH3T3 cells. The above findings provide sufficient and necessary evidence that EEF1A is a critical factor in alkalinization-induced tumor growth.