Upregulation of acetyl-CoA carboxylase α and fatty acid synthase by HER2 at translational level in breast cancer cells

Abstract

[한글]전체 유방암의 30%는 HER2가 과발현하며, 이 경우 tamoxifen과 같은 항암 호르몬치료에 내성을 보이고, 예후가 나쁘다고 알려져 있다. 최근의 연구들에 의해 HER2가 과발현하는 유방암세포에서 fatty acid synthase (FASN)가 과발현되어 있음이 보고 되었으나, 그 조절 기전에 관한 연구는 미미한 상태이다. 이에 본 실험에서는 HER2 과발현에 의한 FASN의 발현 증가의 조절기전을 규명하였다. 우선, 유방암세포에서 HER2 발현정도에 따른 FASN의 발현 정도를 알아보기 위해, HER2가 과발현하는 세포인 SK-BR-3, BT-474와 HER2의 발현이 적은 MCF-7, MDA-MB-231 유방암 세포에서 western blot 방법을 이용하여 FASN의 발현을 측정하였다. 그 결과, FASN의 발현은 HER2의 발현이 증가되어 있는 세포인 SK-BR-3와 BT-474세포에서 증가되어 있었으며, 이들 세포에 FASN의 억제제인 cerulenin을 처리한 결과, HER2가 과발현하는 세포일수록 생존율이 감소하는 것을 알 수 있었다. MDA-MB-231세포에 HER2에 대한 adenovirus를 infection시켜 HER2 과발현을 유도한 결과, acetyl CoA carboxylase (ACC )와 FASN의 발현이 단백질 수준에서 증가하였으나, mRNA 수준에는 변화가 없었다. HER2 과발현에 의한 ACC 와 FASN 증가는 PI3K 억제제인 LY294002나 mTOR 억제제인 rapamycin에 의해 억제되었다. 또한, Rheb에 대한 adenovirus를 MDA-MB-231 세포에 infection하여 mTOR를 활성화시킨 결과, ACC 와 FASN의 발현이 증가함을 확인할 수 있었다. 유방암세포에서 HER2/PI3K/mTOR 신호전달에 의한 ACC 와 FASN의 발현증가가 HER2 발현이 증가되어 있는 BT-474 세포에서도 일어나는지 확인하기 위해, BT-474 세포에 LY294002와 rapamycin, mTOR siRNA를 수행하여 PI3K/mTOR 신호전달을 억제한 결과 ACC 와 FASN 발현이 감소하였다. 또한, 이러한 증가는 단백질 합성 속도에서의 증가임을 확인할 수 있었다. HER2/PI3K/mTOR 활성에 의한 ACC 와 FASN 발현 증가가 이들 유전자의 mRNA에 존재하는 specific sequences와 연관 있는지 알아보기 위해, ACC 와 FASN의 5`과 3`에 존재하는 untranslated region (UTR)을 luciferase reporter gene에 연결하여 mTOR 활성화에 따른 luciferase activity를 측정하였다. Rheb에 의해 mTOR 활성화되면 ACC 와 FASN mRNA의 5`과 3` UTR에 의해 reporter construct의 luciferase activity가 증가하였다. 이는 mTOR에 의한 ACC 와 FASN 단백질의 발현 증가에 이들 유전자의 UTR이 관여함을 제시하고 있다. 본 실험을 통해, 유방암세포에서 HER2에 의한 ACC 와 FASN 발현증가는 mTOR 신호전달을 통한 번역 (translation) 단계에서 이루어짐을 알 수 있다.

[영문]Expression of HER2 oncogene is reported to be increased approximately in 30% of human breast carcinoma. FASN was expressed higher in HER-2 overexpressing breast cancer cells, such as SK-BR-3 and BT-474 than that of breast cancer cells, such as MCF-7 and MDA-MB-231, in which HER2 expression is low. Exogenous HER2 expression in MDA-MB-231 cells induced the expression of acetyl-CoA carboxylase (ACC ) and FASN proteins without increasing mRNA. HER2-mediated increase in ACC and FASN proteins was inhibited by a PI3K inhibitor, LY294002 and an mTOR inhibitor, rapamycin. In addition, activation of mTOR by overexpressing Rheb in MDA-MB-231 cells upregulated not only the amount of ACC and FASN proteins but also the rate of their synthesis. However, all these overexpressions in proteins were not accompanied with the change in mRNA levels. BT-474 cells showed significant reduction in ACC and FASN proteins by treating with LY294002, rapamycin, and mTOR siRNA. To examine whether the increase in the amount of proteins was related to specific sequences within their mRNAs, the 5' and 3' untranslated regions (UTR) of ACC and FASN were fused to luciferase reporter gene and the activity of luciferase and the amount of its mRNA were measured. In the presence of the 5` and 3` UTR regions of ACC and FASN, the luciferase activity was increased without increasing luciferase mRNA. These results indicate that UTRs play important roles in mTOR-mediated translational control of ACC and FASN. Taken together, these data indicate that the major regulation of HER2-mediated ACC and FASN expression is regulated at translation level primarily through mTOR signaling pathway in breast cancer cells.