ЕКСПРЕСІЯ ЦИРКАДІАЛЬНИХ ГЕНІВ У ЛІМФОЦИТАХ КРОВІ ЗА ЕРИТРЕМІЇ
Анотація
Біологічні ритми лежать в основі всіх аспектів життєдіяльності більшості організмів, причому бiологiчний годинник контролює широкий спектр як фізіологічних, так і метаболічних процесів, підтримуючи енергетичний обмін, циклічність секреції гормонів та імунної відповіді, а також процеси проліферації клітин. Циркадіальна система біологічного годинника представляє собою комплексну програму взаємопов’язаних між собою прямих і зворотних шляхів, що підтримують метаболічний гомеостаз, причому дисрегуляція біологічних ритмів причетна до розвитку різноманітних захворювань. Важливу роль циркадіальні ритми у тісній взаємодії зі стресом ендоплазматичного ретикулуму відіграють у підтриманні функцій імунної системи, особливо за пухлинного росту, причому порушення експресії генів BMAL1, PER1 та PER2 причетне до пухлинного росту, в тому числі і до розвитку гострої мієлоїдної лейкемії. У зв’язку з цим, метою даної роботи було дослідити експресію ключових генів біологічного годинника у лімфоцитах крові пацієнтів з еритремією (рolycythemia vera), яка є одним із найбільш поширених мієлопроліферативних захворювань кровотворної системи, у порівнянні з лейкоцитами здорових донорів. Рівень експресії генів PER1, PER2, CLOCK, BMAL1, BMAL2 та CRY1, які є основними молекулярними компонентами бiологiчного годинника у людини та тварин, визначали у лімфоцитах крові хворих на еритремію пацієнтів у порівнянні з контролем, лімфоцитах гематологічно здорових донорів, за допомогою кількісної полімеразної ланцюгової реакції у реальному часі. Встановлено, що у лімфоцитах крові хворих на еритремію пацієнтів порівняно із здоровими донорами спостерігається істотне підвищення рівня експресії мРНК PER1 майже у 2,5 рази, CLOCK – на 42 %, BMAL1 – на 19 %, BMAL2 – на 16 % та CRY1 – на 27 %, у той час як рівень експресії мРНК PER2 у лiмфоцитах крові цих хворих істотно не змінювався. Отримані результати вказують на значні порушення у функціонуванні основних генів біологічного годинника і метаболічних процесах, пов’язаних із цим годинником, у лімфоцитах крові за еритремії, розкривають механізми порушень процесів проліферації за цього захворювання i можуть сприяти ідентифікації генів-мішеней для розробки принципово нових стратегій лікування онкологічних захворювань, у тому числі і еритремії.
Ключові слова: еритремія, лімфоцити крові, PER1, PER2, CLOCK, BMAL1, BMAL2, CRY1.
Посилання
Ando H., Kumazaki M., Motosugi Y., Ushijima K., Maekawa T., Ishikawa E., Fujimura A. Impairment of peripheral circadian clocks precedes metabolic abnormalities in ob/ob mice. Endocrinology. 2011; 152: 1347–1354.
Ando H., Takamura T., Matsuzawa-Nagata N., Shima K.R., Eto T., Misu H., Shiramoto M., Tsuru T., Irie S., Fujimura A., Kaneko S. Clock gene expression in peripheral leucocytes of patients with type 2 diabetes. Diabetologia. 2009; 52: 329–335.
Arjona A., Sarkar D.K. Evidence supporting a circadian control of natural killer cell function. Brain. Behav. Immun. 2006; 20: 469–476.
Bray M.S., Young M.E. The role of cell-specific circadian clocks in metabolism and disease. Obes. Rev. 2009; 10(2): 6–13.
Cao Q., Gery S., Dashti A., Yin D., Zhou Y., Gu J., Koeffler H.P. A role for the clock gene per1 in prostate cancer. Cancer Res. 2009; 69(19): 7619-7625.
Eisele L., Prinz R., Klein-Hitpass L., Nuckel H., Lowinski K., Thomale J., Moeller L.C., Duhrsen U., Durig J. Combined PER2 and CRY1 expression predicts outcome in chronic lymphocytic leukemia. Eur. J. Haematol. 2009; 83(4): 320-327.
Gamaleia N.F., Skivka L.M., Fedorchuk A.G., Shishko E.D. Circadian rhythms of cytotoxic activity in peripheral blood mononuclear cells of patients with malignant melanoma. Exp. Oncol. 2006; 28: 54–60.
Gatfield D., Schibler U. Proteasome keeps the circadian clock ticking. Science. 2007; 316: 1135–1136.
Green C.B., Takahashi J.S., Bass J. The meter of metabolism. Cell. 2008; 134(5): 728-742.
Gery S., Gombart A.F., Yi W.S., Koeffler C., Hofmann W.K., Koeffler H.P. Transcription profiling of C/EBP targets identifies PER2 as a gene implicated in myeloid leukemia. Blood. 2005; 106: 2827–2836.
Gery S., Komatsu N., Baldjyan L., Yu A., Koo D., Koeffler H.P. The circadian gene PER1 plays an important role in cell growth and DNA damage control in human cancer cells. Mol. Cell. 2006; 22: 375–382.
Hua H., Wang Y., Wan C., Liu Y., Zhu B., Yang C., Wang X., Wang Z., Cornelissen-Guillaume G., Halberg F. Circadian gene mPER2 overexpression induces cancer cell apoptosis. Cancer Sci. 2006; 97: 589–596.
Huang W., Ramsey K.M., Marcheva B., Bass J. Circadian rhythms, sleep, and metabolism. J. Clin. Invest. 2011; 121: 2133–2141.
Im J.S., Jung B.H., Kim S.E., Lee K.H., Lee J.K. Per3, a circadian gene, is required for Chk2 activation in human cells. FEBS Lett. 2010; 584(23): 4731-4734.
Jung C.H., Kim E.M., Park J.K., Hwang S.G., Moon S.K., Kim W.J., Um H.D. Bmal1 suppresses cancer cell invasion by blocking the phosphoinositide 3-kinase-Akt-MMP-2 signaling pathway. Oncol. Rep. 2013; 29(6): 2109-2113.
Karbovskyi L.L., Minchenko D.O., Danylovskyi S. V., Moenner M., Minchenko O.H. Endoplasmic reticulum–nuclei signaling enzyme-1 knockdown modulates effect of hypoxia and ischemia on the expression of circadian genes in glioma cells. Studia Biologica. 2011; 5(2): 37-50.
Kennaway D.J., Varcoe T.J., Voultsios A., Boden M.J. Global loss of bmal1 expression alters adipose tissue hormones, gene expression and glucose metabolism. PLoS One. 2013; 8(6): e65255.
Kondratov R.V., Gorbacheva V.Y., Antoch M.P. The role of mammalian circadian proteins in normal physiology and genotoxic stress responses. Curr. Top. Dev. Biol. 2007; 78: 173–216.
Kovac J., Husse J., Oster H. A time to fast, a time to feast: the crosstalk between metabolism and the circadian clock. Mol. Cells. 2009; 282: 75–80.
Maurel M., Samali A., Chevet E. Endoplasmic reticulum stress: at the crossroads of inflammation and metabolism in hepatocellular carcinoma development. Cancer Cell. 2014; 26(3): 301-303.
Menet J.S., Pescatore S., Rosbash M. CLOCK:BMAL1 is a pioneer-like transcription factor. Genes Dev. 2014; 28(1): 8-13.
Minchenko D.O., Yavorovsky O.P., Paustovskyi Y.O., Bashta Y.M., Lypova N.M., Minchenko O.H. Expression of key circadian genes as sensitive marker of in vivo toxic action of methyl tertial butyl ether. Appl. Cell Biol. 2014; 3(4): 129-138.
Minchenko O.H., Yavorovsky O.P., Minchenko D.O., Zinchenko T.O., Komisarenko S.V. Expression of circadian genes is a sensitive marker of in vivo silver nanoparticles action. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2012; 40: 012001.
Morse D., Sassone-Corsi P. Time after time: inputs to and outputs from the mammalian circadian oscillators. Trends Neurosci. 2002; 25: 632–637.
Pluquet O., Dejeans N., Chevet E. Watching the clock: endoplasmic reticulum-mediated control of circadian rhythms in cancer. Ann. Med. 2014; 46(4): 233-243.
Rana S., Munawar M., Shahid A., Malik M., Ullah H., Fatima W., Mohsin S., Mahmood S. Deregulated expression of circadian clock and clock-controlled cell cycle genes in chronic lymphocytic leukemia. Mol. Biol. Rep. 2014; 41(1): 95-103.
Reppert S.M., Weaver D.R. Coordination of circadian timing in mammals. Nature. 2002; 418: 935–941.
Robles M. S., Cox J., Mann M. In-vivo quantitative proteomics reveals a key contribution of post-transcriptional mechanisms to the circadian regulation of liver metabolism. PLoS Genet. 2014; 10(1): e1004047.
Sasaki M., Yoshitane H., Du N.H., Okano T., Fukada Y. Preferential inhibition of BMAL2-CLOCK activity by PER2 reemphasizes its negative role and a positive role of BMAL2 in the circadian transcrip¬tion. J. Biol. Chem. 2009; 284(37): 25149–25159.
Savvidis C., Koutsilieris M. Circadian rhythm disruption in cancer biology. Mol. Med. 2012; 18: 1249-1260.
Schibler U., Ripperger J., Brown S.A. Peripheral circadian oscillators in mammals: time and food. J. Biol. Rhythms. 2003; 18: 250–260.
Shi S., Hida A., McGuinness O.P., Wasserman D.H., Yamazaki S., Johnson C.H. Circadian clock gene Bmal1 is not essential; functional replacement with its paralog, Bmal2. Curr. Biol. 2010; 20(4): 316-321.
St John P.C., Hirota T., Kay S.A., Doyle F.J. 3rd. Spatiotemporal separation of PER and CRY posttranslational regulation in the mammalian circadian clock. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2014; 111(5): 2040-2045.
Takahashi J.S. Finding new clock components: past and future. J. Biol. Rhythms. 2004; 19: 339–347.
Wunderer F., Kuhne S., Jilg A., Ackermann K., Sebesteny T., Maronde E., Stehle J.H. Clock gene expression in the human pituitary gland. Endocrinology. 2013; 154(6): 2046-2057.
Yamaoka M., Maeda N., Takayama Y., Sekimoto R., Tsushima Y., Matsuda K., Mori T., Inoue K., Nishizawa H., Tominaga M., Funahashi T., Shimomura I. Adipose hypothermia in obesity and its association with period homolog 1, insulin sensitivity, and inflammation in fat. PLoS One. 2014; 9(11): e112813.
Yang M.Y., Yang W.C., Lin P.M., Hsu J.F., Hsiao H.H., Liu Y.C., Tsai H.J., Chang C.S., Lin S.F. Altered expression of circadian clock genes in human chronic myeloid leukemia. J. Biol. Rhythms. 2011; 26(2): 136-148.
Yu W., Nomura M., Ikeda M. Interactivating feedback loops within the mammalian clock: BMal1 is negatively autoregulated and upregulated by CRY1, CRY2, and PER2. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002; 290: 933–941.
Zhou B., Zhang Y., Zhang F., Xia Y., Liu J., Huang R., Wang Y., Hu Y., Wu J., Dai C., Wang H., Tu Y., Peng X., Wang Y., Zhai Q. CLOCK/BMAL1 regulates circadian change of mouse hepatic insulin sensitivity by SIRT1. Hepatology. 2014; 59(6): 2196-2206.
