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A\(_{2B}\) adenosine receptor signaling in MDA-MB-231 breast cancer cells: Mechanism of A\(_{2B}\)-mediated reduction of ERK1/2 phosphorylation

Signalwege des A\(_{2B}\) Adenosinrezeptors in MDA-MB-231 Brustkrebszellen: Mechanismus der A\(_{2B}\)-vermittelten Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-209655
  • Recently, it was shown that MDA-MB-231 breast cancer cells express very high levels of the A2BAR as the sole adenosine receptor subtype, and stimulation of the A2BAR in MDA-MB-231 cells triggers an unusual inhibitory signal on ERK1/2 phosphorylation. The ERK1/2 pathway is reported to be associated with the control of growth, proliferation and differentiation of cells and as such might serve as a promising target for tumor treatment. The present study investigated signaling mechanisms involved in linking A2BAR to ERK1/2 phosphorylation inRecently, it was shown that MDA-MB-231 breast cancer cells express very high levels of the A2BAR as the sole adenosine receptor subtype, and stimulation of the A2BAR in MDA-MB-231 cells triggers an unusual inhibitory signal on ERK1/2 phosphorylation. The ERK1/2 pathway is reported to be associated with the control of growth, proliferation and differentiation of cells and as such might serve as a promising target for tumor treatment. The present study investigated signaling mechanisms involved in linking A2BAR to ERK1/2 phosphorylation in MDA-MB-231 cells. The A2BAR mediated reduction of ERK1/2 phosphorylation and of proliferation of MDA-MB-231 cell is in good agreement with previous results from (Dubey et al., 2005). These observations provide support to the hypothesis that activation of A2BAR could attenuate the growth of some types of cancer cell and argue against a stimulation of proliferation resulting from the activation of A2BAR as discussed by (Fernandez-Gallardo et al., 2016). AC activation by forskolin has recently been shown to enhance the activity of the chemotherapeutic agent doxorubicin in TNBC cells via a mechanism dependent on the PKA-mediated inhibition of ERK1/2 phosphorylation. Furthermore, forskolin also increased the sensitivity of MDA-MB-231 and MDA-MB-468 triple negative breast cancer cells to 5-fluorouracil and taxol (Illiano et al., 2018), and sustains the evidence of anticancer activity mediated by cAMP/PKA-mediated ERK1/2 inhibition. Similar to these studies, a reduced amount of pERK1/2 was also observed after stimulation of AC with FSK, application of cAMP-AM or inhibition of PDE-4. The inhibition of ERK1/2 phosphorylation was mimicked by UTP and abolished with the PLC inhibitor U73122 or by chelating intracellular Ca2+ with BAPTA-AM. These results point to an important role for both cAMP and Ca2+ signaling in the pathway leading to a decrease in ERK1/2 phosphorylation. This study encourages the idea that A2BAR could be used as target in cancer therapy. But A2BAR did not only stimulate signaling cascades associated with cell survival and proliferation reduction, but also key phases relevant in angiogenesis like Ca2+ mobilization (Kohn et al., 1995). Whereas the potency toward AC and Ca2+ are similar for the diverse agonists, the potency to promote ERK1/2 reduction is much higher. Interestingly, the proliferation of MDA-MB-231 cells is inhibited by low nanomolar agonist concentration which is inactive in Ca2+ mobilization. This means that it is certainly possible to reduce the proliferation without promoting angiogenesis. LUF6210 is particularly interesting when considering that it preferentially stimulates a reduction in ERK1/2 phosphorylation over Ca2+ and therefore may not promote angiogenesis. LUF6210 is therapeutically appealing as adjuvant in treatment of cancer. Given that stimulation of AC can activate a reduction of ERK1/2 phosphorylation and proliferation in cancer cells, agonist bias toward Gs-AC-PKA-mediated ERK1/2 inhibition represent a potential therapy of various malignancies. The fact that the reduction of ERK1/2 phosphorylation followed by reduced proliferation observed in MDA-MB-231 cells were mediated by the activation of the A2BAR illustrates the importance of this receptor subtype in cancer. A2BARs must be considered as a key factor in cancer treatment and deserve attention for the development of new therapeutic strategies.show moreshow less
  • Adenosin reguliert eine Reihe physiologischer Funktionen über die vier ARs, die zur Familie der GPCR gehören. Adenosin beeinflusst das Zellwachstum sowohl positiv als auch negativ. Dabei spielen die MAPK eine wichtige Rolle. Diverse Studien haben gezeigt, dass die Aktivierung alle ARs Subtypen zur Phosphorylierung der MAPK ERK1/2 führt. Es gibt immer mehr Hinweise auf die Beteiligung des A2BAR am Wachstum und der Progression von Tumoren. Die MDA-MB-231 Brustkrebszellen weisen eine hohe Expressionsrate des A2BAR als einzige ARs Subtypen auf.Adenosin reguliert eine Reihe physiologischer Funktionen über die vier ARs, die zur Familie der GPCR gehören. Adenosin beeinflusst das Zellwachstum sowohl positiv als auch negativ. Dabei spielen die MAPK eine wichtige Rolle. Diverse Studien haben gezeigt, dass die Aktivierung alle ARs Subtypen zur Phosphorylierung der MAPK ERK1/2 führt. Es gibt immer mehr Hinweise auf die Beteiligung des A2BAR am Wachstum und der Progression von Tumoren. Die MDA-MB-231 Brustkrebszellen weisen eine hohe Expressionsrate des A2BAR als einzige ARs Subtypen auf. Zusätzlich zu AC-Aktivierung und intrazellulärer Ca2+-Freisetzung führt die Stimulation des A2BAR der MDA-MB-231-Brustkrebszellen zur Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung. NECA, der unselektive AR-Agonist, führt zu einer zeit- und konzentrationsabhängigen Inhibition der ERK1/2 Phosphorylierung. Auch eine signifikante Reduktion der Proliferation der MDA-MB-231 Brustkrebszellen wurde beobachtet. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass A2BARs das Wachstum von MDA-MB-231 Zellen hemmen, indem sie die Aktivierung des ERK1/2 reduzieren, was in gutem Einklang mit den Ergebnissen von (Dubey et al., 2005) steht. Diese Ergebnisse unterstützen die Ansicht, dass die Aktivierung von A2BAR das Wachstum von bestimmten Arten von Krebszellen hemmt, und wiederspricht dem fördernden Effekt des Wachstums von A2BAR beschrieben in (Fernandez-Gallardo et al., 2016). Die AC-Aktivierung durch Forskolin erhöht den Effekt des Chemotherapeutikums Doxorubicin in TNBC Zellen. Darüber hinaus erhöhte Forskolin auch die Empfindlichkeit von MDA-MB-231 und MDA-MB-468 TNBC auf 5-Fluorouracil und Taxol (Illiano et al., 2018) und bestätigt die anti-Krebs-Aktivität von reduzierter ERK1/2 Phosphorylierung, die von cAMP/PKA abhängig ist. Ähnlich zu diesen Studien reduziert sowohl eine Behandlung der MDA-MB-231 Zellen mit Forskolin oder mit cAMP-AM, als auch Hemmung der PDE-4 die ERK1/2 Phosphorylierung. Die durch A2BAR-vermittelte Reduktion der pERK1/2 ist in Anwesenheit des PKA Inhibitors H89 gehemmt. Die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung wurde durch den PLC-Inhibitor U73122 und den Ca2+ Chelator BAPTA-AM gehemmt. Außerdem induziert die Ca2+ Freisetzung bei UTP die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung. Diese Ergebnisse weisen auf eine wichtige Rolle von cAMP und Ca2+ in der A2BAR-vermittelten Hemmung der ERK1/2 Phosphorylierung hin. Eine solche Abnahme kann als Folge der Hemmung einer Kinase oder Stimulation einer Phosphatase auftreten. Wir untersuchten die MKPs, ein negativer Regulator der MAPK-Aktivität. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Stimulation des A2BAR in MDA-MB-231 Zellen zu erhöhter MKP-1 und MKP-2 Expression führt. Dieser Effekt bietet einen neuartigen Mechanismus für die A2BAR-vermittelte Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung. Der A2BAR und die induzierten Phosphatasen MKP-1 und MKP-2 könnten daher interessant für die Hemmung der Proliferation schnell wachsender Krebszellen sein. Auch wenn die Hemmung von Phosphatasen Aktivitäten die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung rückgängig macht, deuten unsere Ergebnisse auf eine Beteilung der c-Raf-1 in der Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung hin. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung der -AR Rezeptoren ähnliche Signale wie A2BAR in MDA-MB-231 Zellen regulieren. Daher kann die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung in MDA-MB-231 Zellen den Gs-gekoppelten Rezeptoren zugeordnet werden. A2BAR stimuliert auch eine Ca2+-Antwort, die mit der Angiogenese in Verbindung gebracht wird (Kohn et al., 1995). Interessanterweise ist das Wachstum von MDA-MB-231 Zellen mit nanomolare NECA Konzentration gehemmt, wobei diese in der Ca2+-Mobilisierung inaktiv ist, so dass das Wachstum gehemmt werden kann, ohne dabei die Angiogenese zu fördern. LUF6210 ruft kein Ca2+ Signal hervor und ist daher von Bedeutung, wenn man bedenkt, dass es die ERK1/2 Phosphorylierung redurziert aber die Angiogenese nicht beeinflusst. LUF6210 ist deshalb therapeutisch ansprechend in der Behandlung von Krebs. Angesichts der Tatsache, dass die Stimulation der AC die Reduktion der ERK1/2-Phosphorylierung und der Proliferation in Krebszellen aktiviert, sind selective Gs-AC-PKA Agonisten erforderlich in der Therapie verschiedener maligner Erkrankungen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Yéwa Bony Marthe Koussémou
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-209655
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Graduate Schools
Faculties:Graduate Schools / Graduate School of Life Sciences
Medizinische Fakultät / Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Referee:Prof. Dr. Karl-Norbert Klotz
Date of final exam:2019/07/25
Language:English
Year of Completion:2020
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-20965
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:A2BAR; induzierte Phosphatasen MKP-1 und MKP-2; Hemmung der Proliferation schnell wachsender Krebszellen
Tag:A2B adenosine receptor; CAMP production; intracellular calcium release; reduction of ERK1/2 phosphorylation; reduction of cells proliferation
Release Date:2020/08/04
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand