ArticlePDF Available

Influence of different hypoxia types on p-glycoprotein functional activity and expression

Authors:
  • Ryazan state medical university, Ryazan, Russia
  • Independent Researcher

Abstract

The review of literature is devoted to researches in vitro and in vivo in which functioning changes P-glycoprotein (Pgp) under the influence of hypoxia of different types are shown. In the majority of scientific works activation of expression and functional activity of Pgp is shown that authors connect with activation of HIF-1 and Sp1 which are described in more detail. However a number of researches disproves the conclusion about induction of activity of Pgp in the conditions of hypoxia that testifies about difficult mechanisms involved in regulation of Pgp activity, their dependence on a type and duration of hypoxia, redox status and other parameters.
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
2016/14/1 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 71
ВЛИЯНИЕ ГИПОКСИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ
НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ И ЭКСПРЕССИЮ
ГЛИКОПРОТЕИНА P
© Е.Н. Якушева, И.В. Черных, А.В. Щулькин, Н.М. Попова
УДК 615.015
DOI: 10.17816/RCF14171-77
ГБОУ ВО «Рязанский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова» Министерства здраво-
охранения Российской Федерации, Рязань, Россия
Статья принята к печати 04.12.2015
Ключевые слова:
гликопротеин P; белок ABCB1; функциональная актив-
ность; экспрессия; гипоксия.
Резюме
Обзор  литературы  посвящен  исследованиям  in  vitro  и  in 
vivo,  в  которых  продемонстрировано  изменение  функ-
ционирования  гликопротеина  Р  (Pgp)  под  воздействием 
гипоксии различных видов. В большинстве научных работ 
показано усиление экспрессии и функциональной активно-
INFLUENCE OF DIFFERENT HYPOXIA TYPES ON P-GLYCOPROTEIN FUNCTIONAL
ACTIVITY AND EXPRESSION
© E.N. Yakusheva, I.V. Chernykh, A.V. Shulkin, N.M. Popova
Ryazan State Medical University, Ryazan, Russia
For citation: Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy, 2016, vol. 14, No. 1, pp. 71-77 Accepted: 04.12.2015
сти транспортера, что авторы связывают с активацией 
транкрипционных факторов HIF-1 и Sp1, которые описаны 
более подробно. Однако ряд исследований опровергает за-
ключение об однозначной индукции активности Pgp в усло-
виях гипоксии, что свидетельствует о сложных, характе-
ризующихся  видо-  и  тканеспецифичностью  механизмах, 
вовлеченных в регуляцию работы Pgp,  об  их  зависимости 
от  вида  гипоксии,  уровня  кислородного  дефицита  и  его 
продолжительности,  окислительно-восстановительного 
статуса и других параметров.
Keywords: P-glycoprotein; ABCB1; functional acti-
vity; expression; hypoxia.
Abstract:The review of literature is devoted to re-
searches in vitro and in vivo in which functioning changes
P-glycoprotein (Pgp) under the influence of hypoxia of dif-
ferent types are shown. In the majority of scientific works
activation of expression and functional activity of Pgp is
shown that authors connect with activation of HIF-1 and Sp1
which are described in more detail. However a number of
researches disproves the conclusion about induction of ac-
tivity of Pgp in the conditions of hypoxia that testifies about
difficult mechanisms involved in regulation of Pgp activity,
their dependence on a type and duration of hypoxia, redox
status and other parameters.
Гипоксия — типовой патологический процесс,
осложняющий течение различных заболеваний,
определяющий в той или иной степени их тяжесть
и исход [1]. Повышение возраста пациентов в кли-
нической практике привело к увеличению вероят-
ности полиморбидности, в том числе наличия у них
нозологий, для патогенеза которых характерна ги-
поксия (сердечная и дыхательная недостаточность,
нарушение мозгового кровообращения и др.) [3].
В настоящее время лечение больных фармаколо-
гическими препаратами проводится в соответствии
с принципами персонифицированной медицины,
которая предполагает избирательный подход к каж-
дому пациенту с назначением конкретного лекар-
ственного средства в определенной дозе с учетом
его индивидуальных генетических и фенотипических
особенностей [2]. Эффективность и безопасность
применения лекарственного препарата во многом
зависит от его фармакокинетики, в регуляции кото-
рой принимают участие ферментные и транспорт-
ные системы организма, в частности микросомаль-
ные ферменты печени и белки-транспортеры, среди
которых особая роль принадлежит гликопротеи-
ну P (Pgp).
Pgp, или белок АВСВ1, энергозависимый
белок-транспортер, локализованный на апикальной
поверхности клеточных мембран в различных тканях,
функционирующий как эффлюксный насос, который
препятствует проникновению в клетки широкого
спектра эндогенных веществ и ксенобиотиков [7, 9].
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
72 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 2016/14/1
Функциональная активность Pgp различается
у представителей одного вида в результате генети-
ческих особенностей организма, а также варь ирует
под действием лекарственных веществ и факторов
внешней и внутренней среды. При этом повышен-
ная функциональная активность Pgp может приве-
сти к неэффективности фармакотерапии в связи
со снижением всасывания лекарственных веществ
в желудочно-кишечном тракте и их интенсивным вы-
ведением. С другой стороны, при ингибировании
активности белка-транспортера может проявиться
токсичность лекарственного средства вследствие
уменьшения его экскреции [7, 9].
Учитывая вышеизложенное, для обеспечения
ра циональной фармакотерапии целесообразно изу-
чение функциональной активности Pgp в условиях ги-
поксии. Оценить функционирование данного белка-
транспортера можно путем исследования эффлюкса
его субстратов на культуре клеток, гиперэкспрес-
сирующих Pgp, определения количества иРНК гена
MDR1 человека и mdr1 грызунов, кодирующих Pgp,
анализа количества белка-транспортера и оценки
фармакокинетики его маркерных субстратов (фек-
софенадина, дигоксина, домперидона) [7, 9].
В ряде работ проводились исследования функ-
ционирования Pgp в гипоксических условиях
на культурах клеток. Так, в культуре эпителиальных
и эндотелиальных клеток человека, подвергнутой
гипоксическому воздействию (инкубирование при
парциальном давлении кислорода 20 мм рт. ст., угле-
кислого газа — 35 мм рт. ст.), отмечалось зависимое
от продолжительности гипоксии увеличение содер-
жания иРНК гена MDR1 (в 2,2 и 7,1 раза по срав-
нению с контролем после 6 и 18 ч соответственно)
и возрастание количества самого транспортера.
Максимальный уровень Pgp наблюдался после 48 ч
гипоксического воздействия, дальнейшего возрас-
тания содержания белка-транспортера после уве-
личения продолжительности гипоксии до 72 и 96 ч
не происходило. После влияния умеренной гипоксии
в течение 48 и 24 ч в культурах клеток наблюдалось
повышение активности Pgp, выявленное путем ана-
лиза изменений степени ингибирования верапами-
лом эффлюкса субстратов белка-транспортера —
дигоксина и родамина-123 и оценки устойчивости
клеток к доксорубицину [23].
Выявлено, что 24-часовое воздействие гипоксии
(инкубирование при парциальном давлении кисло-
рода менее 0,5 мм рт. ст.) на культуру опухолевых
клеток линии LS513 при физиологическом значении
pH не приводило к достоверному изменению актив-
ности, оцененной по интенсивности эффлюкса дау-
норубицина и степени экспрессии Pgp, в то время
как экстрацеллюлярный ацидоз (pH = 6,6) стиму-
лировал Pgp-опосредованный эффлюкс субстрата
белка-транспортера. При этом экспрессия Pgp так-
же не претерпевала изменений, что свидетельство-
вало о непосредственной модуляции функциональ-
ной активности транспортера [13].
При инкубировании культуры опухолевых клеток
(small normoxic multicellular tumor spheroids) в гипо-
ксических условиях (содержание кислорода в возду-
хе 1 %) в течение 72 ч наблюдалась интенсификация
экспрессии Pgp, ассоциированная с увеличением
количества гипоксия-индуцируемого фактора — 1α
(hypoxia inducible factor 1α — HIF-1α). Аналогичная
картина наблюдалась и при инкубировании клеток
в среде, содержащей 100 мкмоль хлорида кобаль-
та или 130 мкмоль DFA-компонентов, вызывающих
цитотоксический тип гипоксии. Авторами показано,
что добавление в среду инкубации акцепторов сво-
бодных радикалов, таких как витамин Е (30 мкмоль),
APDC (0,2 µM), DHA (2,5 mM) и NAC (20 мкмоль) — ве-
ществ, снижающих внутриклеточную концентрацию
активных форм кислорода, приводило к росту уровня
HIF-1α и Pgp, а 24-часовое инкубирование клеток с пе-
рекисью водорода (200 мкмоль) и BSO (50 мкмоль)
к его снижению, что может свидетельствовать
о зависимости экспрессии белка-транспортера
от окислительно-восстановительного статуса клеток.
При этом в условиях гипоксии количество активных
форм кислорода также сниженно, что, возможно, по-
вышает стабильность белка-транспортера [36].
Введение в культуру клеток молочной кислоты или
воздействие на нее гипоксических условий (8 % O2)
приводило к линейному возрастанию активности
Pgp [32]. При ацидификации клеток опухоли пред-
стательной железы крыс, а также при снижении pH
путем интенсификации анаэробного метаболизма
у крыс in vivo получены аналогичные результаты [28].
С другой стороны, в работе по изучению устойчи-
вости культуры опухолевых клеток EMT6/R к ряду ци-
тостатиков в условиях гипоксии (12-часовое влияние
газовой смеси, содержащей менее 10 ppm кислоро-
да) не выявлено корреляции между содержанием
в клетках адриамицина — субстрата Pgp — и рези-
стентностью к нему, которая была достоверно выше,
чем в нормоксических условиях. При этом в течение
10 ч гипоксии не наблюдалось изменений клеточных
циклов, однако к 12 ч было выявлено снижение ко-
личества клеток, находящихся на стадии S, на 10 %.
Кроме того, интенсивность эффлюкса адриамицина
в условиях нормо- и гипоксии не отличалась. Это
может служить доказательством того, что индуци-
рованная гипоксией лекарственная устойчивость
отлична от Pgp-модулируемой химиорезистентно-
сти. Следует отметить, что в данном исследовании
гипоксия приводила к повышению устойчивости
клеток к адриамицину, 5-флюороурацилу и актино-
мицину D, но не к колхицину, винкристину и циспла-
тину, хотя все лекарственные средства, за исключе-
нием 5-флюороцистеина и цисплатина, принадлежат
к числу субстратов Pgp. При помещении клеток
в среду с нормальным содержанием кислорода ре-
зистентность к химиотерапии исчезала [27].
В исследованиях устойчивости злокачественных
опухолевых клеток к 5-флюороурацилу в условиях
гипоксии показано, что она объясняется задерж-
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
2016/14/1 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 73
кой клеточного цикла на стадии G1 из-за актива-
ции экспрессии ингибиторов митотического цикла
p21 и p27 и стимуляции экспрессии циклина D; при
этом активации Pgp не наблюдалось [39].
В другой работе выявлено формирование рези-
стентности культуры клеток фибробластов легкого
китайских хомячков к адриамицину и этопозиду по-
сле гипоксического воздействия (менее 0,1 % кис-
лорода в культуральной среде в течение 30 мин),
причем чувствительность полностью восстанавли-
валась через 24 ч реоксигенации. Следует отметить,
что ингибитор Pgp верапамил не модулировал рези-
стентности клеток к адриамицину субстрату белка-
транспортера, что свидетельствует об отличном
от Pgp-индуцированного механизма формирования
устойчивости. С другой стороны, не исключается
роль модификации структуры цитоплазматической
мембраны, в связи с тем что подвергнутые гипо ксии
клетки приобретали также устойчивость к суперок-
сидным радикалам. Аналогичные исследования
на культурах человеческих опухолевых клеток мо-
лочной железы с различными уровнями экспрессии
рецепторов к эпидермальному ростовому фактору
и эстрогенам не выявили подобных изменений, под-
тверждая видо- и тканеспецифичность формирова-
ния лекарственной устойчивости в условиях дефи-
цита кислорода [19].
Ряд исследований в изученной нами литературе
был посвящен оценке экспрессии и функциональной
активности Pgp в условиях гипоксии на животных.
В эксперименте на 30 половозрелых крысах (две
группы из 12 опытных и 18 контрольных животных)
с использованием методов Western blotting и ПЦР
показано повышение экспрессии Pgp в миокарде,
а также увеличение количества миокардиальной
и печеночной иРНК гена mdr1a и миокардиальной
иРНК гена mdr1b в результате воздействия на жи-
вотных интермиттирующей дыхательной гипоксии
в течение двух недель [14].
В исследовании in vivo 48-часовое воздействие
на крыс нормобарической нормокапнической ги-
поксической гипоксии (содержание кислорода
во вдыхаемом воздухе 8 %, парциальное давле-
ние кислорода в артериальной крови — 35 мм рт. ст.)
приводило к возрастанию уровня иРНК гена mdr1b
и количества Pgp в гепатоцитах [16].
Моделирование печеночной портальной ги-
пертензии у крыс путем частичной перевязки пор-
тальной вены приводило к стимуляции экспрессии
HIF-1α и Pgp в нейронах коры. Подобные изменения
предположительно связаны с гипераммониемией
и стабилизацией HIF-1α [31].
Исследование экспрессии Pgp у 3-месячных крыс
со спонтанной гипертензией, предрасположенных
к инсульту (3-month-old stro ke-prone spontaneously
hypertensive rats), показало более интенсивную экс-
прессию белка-транспортера и его иРНК в сосудах
гиппокампа, чем у контрольных животных, а также
по сравнению с сосудами коры [34].
Моделирование на кроликах породы Шиншилла
подострой гипобарической гипоксической гипоксии
средней тяжести путем помещения животных в ба-
рокамеру и подъема «на высоту» 6000 м над уров-
нем моря приводило к увеличению функциональ-
ной активности Pgp в печени, почках и слизистой
оболочке кишечника, что было выявлено по анали-
зу фармакокинетики маркерного субстрата белка-
транспортера — фексофенадина [6].
Двусторонняя окклюзия общих сонных артерий
у крыс wistar приводила к возрастанию экспрессии
Pgp в гематоэнцефалическом барьере в лобном, ви-
сочном и теменном отделах коры головного мозга
к 4-му часу ишемии в среднем на 134,8 % (p < 0,01).
Более длительная двусторонняя окклюзия общих
сонных артерий крыс вызывала летальный исход.
Односторонняя окклюзия общей сонной артерии
сопровождалась снижением экспрессии Pgp че-
рез 12 ч от момента окклюзии на 59,2 % (p < 0,05)
и ее возрастанием на 5-е сутки на 65,9 % (p < 0,05).
При окклюзии общей сонной артерии в течение
30 мин с последующей реперфузией в течение
30 мин, 60 мин, 1,5 ч, 4 ч, 12 ч, 24 ч, 5 суток и 14 суток
наблюдалось снижение экспрессии Pgp в гематоэн-
цефалическом барьере через 4 и 12 ч после репер-
фузии на 61,3 и 74,8 % (p < 0,05) [5, 8].
Перманентная окклюзия средней мозговой ар-
терии у крыс-самцов в течение 4 ч приводила к сти-
муляции экспрессии Pgp в гематоэнцефалическом
барьере и нейронах головного мозга, что было выяв-
лено методом Western blotting, а также росту функцио-
нальной активности данного белка-транспортера
и снижению внутриклеточного содержания его
субстратов (родамина-123, флюоресцеина натрия
и нимодипина). Однако через 6 ч в зоне ишемии со-
держание субстратов начинало возрастать, несмо-
тря на все еще повышенную экспрессию Pgp, что
может быть связано со значительным ростом про-
ницаемости гематоэнцефалического барьера в зоне
ишемии в данный период наблюдения [11].
Аналогичные результаты получены в результа-
те помещения монослоя культуры эндотелиаль-
ных клеток мозговых микрососудов и астроцитов
крыс в среду, не содержащую глюкозы, а также
воздействия на них бескислородной газовой сме-
си (5 % СО2, 95 % N2): внутриклеточное накопле-
ние родамина-123 субстрата Pgp было снижено
в первые 3 ч экспериментального воздействия из-за
увеличения экспрессии и функциональной активно-
сти белка-транспортера, однако начиная с 4 ч оно
постепенно увеличивалось в связи с ростом про-
ницаемости монослоя клеток. Интенсификацию
экспрессии Pgp авторы связывают с сигнальными
механизмами, включающими фактор некроза опу-
холей — α, эндотелин-1, синтазу оксида азота и про-
теинкиназу С [17].
В настоящее время известно, что основная роль
в индукции экспрессии гена MDR1, кодирующе-
го Pgp, и повышении функциональной активности
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
74 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 2016/14/1
белка-транспортера в гипоксических условиях при-
надлежит транскрипционным факторам HIF-1 [7, 12,
13, 20, 36, 37] и specificity protein 1 (Sp1) [12].
Наиболее изучено влияние фактора HIF-1
на функционирование Pgp при гипоксии. HIF-1 —
это полипептид, содержащийся в клетках всех
типов, который ответственен за компенсаторно-
приспособительные изменения транскрипционной
активности организма в гипоксических условиях,
проявляющиеся в модуляции синтеза некоторых
транспортеров глюкозы, эритропоэтина, сосуди-
стого эндотелиального ростового фактора, ряда
ферментов цикла Кребса и гликолиза, а также из-
менении неоангиогенеза и тонуса кровеносных со-
судов. Кроме того, HIF-1 в определенных условиях
может вызывать апоптоз, индуцируемый гипокси-
ей [24, 21].
HIF-1 функционирует в форме белкового гетеро-
димера, состоящего из двух субъединиц: HIF-1α (мо-
лекулярная масса 120 кДа) и HIF-1β (известной так-
же как ARNT — aryl hydrocarbon nuclear translocator;
молекулярная масса 91–94 кДа), каждая из кото-
рых на N-конце имеет домен типа «спираль–петля–
спираль» (basic helix-loop-helix, или bHLH-домен)
и зоны гомологии PER-ARNT-SIM (или PAS-домен),
необходимые для димеризации и связывания
с ДНК. HIF-1α на C-конце содержит два трансакти-
вационных домена, которые связывают коактивато-
ры, такие как CBP, p300, SRC-1 и TIF-2, активность
которых угнетается внутриклеточным кислородом,
а также ряд доменов, ответственных за гипоксия-
индуцированную локализацию и стабилизацию по-
липептида [13, 24, 29].
В то время как HIF-1β-субъединица постоянно
присутствует в клетке и способна образовывать ге-
теродимеры с различными молекулами, содержащи-
ми домен bHLH-PAS (basic helix-loop-helix PER-ARNT-
SIM), HIF-1α-субъединица является обязательным
кислородчувствительным компонентом HIF-1: экс-
прессия ее иРНК, период полужизни молекулы и ак-
тивность трансактивационного домена определяют-
ся клеточным содержанием кислорода. В условиях
нормоксии она находится в форме, доступной для
убиквитирования (по последовательности амино-
кислот 429–608) и протеосомальной деградации
комплекса с убиквитинлигазой von Hippel-Lindau
(VHL). Для связывания с VHL необходимо предва-
рительное посттрансляционное гидроксилирова-
ние двух остатков пролина в положении 564 HIF-1α
и ацетилирование остатка пролина в ODDD-домене
(oxygen dependent degradation domain) с помощью
ферментативных реакций, требующих наличия кис-
лорода и железа [24, 26].
Показано, что воздействие на культуру клеток
гепатомы человека Hep 3B газовой смесью, со-
держащей 1 % кислорода, в течение 4 ч приводило
к нарастанию количества иРНК субъединиц HIF-1α
и HIF-1β с достижением максимума через 1–2 ч ги-
поксического воздействия. Через 4 ч уровень иРНК
обеих субъединиц возвращался к исходному, а че-
рез 16 ч гипоксии наблюдался очередной подъем ее
содержания. При последующем помещении культу-
ры клеток в газовую смесь, содержащую 20 % кис-
лорода, уровень иРНК HIF-1α и HIF-1β становился
ниже первоначального в течение 5 минут. Добав-
ление в клеточную культуру 75 ммоль хлорида ко-
бальта приводило к возрастанию количества иРНК
обеих субъединиц через 4 ч, снижению — через 8 ч
и повторному возрастанию через 16 ч экспозиции.
Добавление в среду 130 ммоль дефероксамина при-
водило к достижению пика концентрации иРНК че-
рез 1–2 ч [35].
В условиях кислородного дефицита субъеди-
ница HIF-1α стабилизируется, транспортирует-
ся в ядро и образует димер с ARNT, после чего
связывается с областями ДНК, ответственными
за гипо ксический ответ организма, содержащи-
ми так называемые гипоксия-реактивные элемен-
ты — hypoxia response element (HRE), а также cis-
активные элементы регуляторы транскрипции
(cis-acting transcriptional-regulatory element) более
чем 60 генов [29], в том числе гена MDR1. Данная
область представляет собой последовательность
нуклеотидов 5’-GCGTG-3’, расположенную на рас-
стоянии от –49 до –45 пар нуклеотидов от сайта
старта транскрипции [12, 14].
Снижение внутриклеточного содержания HIF-1α
приводит к угнетению экспрессии гена MDR1 в усло-
виях нормоксии и почти полностью устраняет инду-
цирующее влияние гипоксии на экспрессию данного
гена. Делеция зоны промотора гена MDR1, включа-
ющего HIF-1α-связывающий сайт, приводит к анало-
гичным результатам [12].
Стабильность HIF-1, интенсивность его экспрес-
сии и связывания с ДНК регулируются посредством
различных механизмов. Показано угнетение спо-
собности HIF-1 взаимодействовать с соответствую-
щими областями ДНК у животных с возрастом [29].
Выявлен полиморфизм кодирующей области гена
Pro582-Ser, экспрессирующего кислородчувстви-
тельную субъединицу HIF-1α 1772C > T, которая
определяет различный сосудистый ответ на гипо-
ксию. Установлено, что сочетание курения и носи-
тельства аллели 1772 Т статистически значимо по-
вышает вероятность возникновения у ее носителей
аневризмы брюшной аорты [30].
HIF-1α взаимодействует с белком p53, кото-
рый модулирует его стабильность в гипоксических
условиях [24]. Выявлено влияние NF-kB (nuclear
factor kappa-B), функционирующего в форме ге-
тeродимера субъединиц p50 или p52 с субъедини-
цей p65, на базальную экспрессию HIF-1α с увели-
чением количества его иРНК и уровня самого белка,
а также на его активацию в условиях нормоксии [4].
В неактивном состоянии транскрипционный фактор
NF-kB находится в цитоплазме в комплексе с ин-
гибитором Ikb (inhibitor of NF-kB). Фактор некроза
опухолей — α, онкогены, цитокины, активные формы
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
2016/14/1 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 75
кислорода и УФ-излучение приводят к фосфори-
лированию Ikb, его протеосомальной деградации,
транспортировке активного димера NF-kB в ядро
и его связыванию с генами-мишенями, в том числе
с промотором гена, кодирующего HIF-1α [33].
Выявлено, что трансфекция microRNA-21 в клет-
ки рака яичников A2780 приводила к индукции экс-
прессии HIF-1α [38]. Обнаружен полипептид FIH-1
(factor inhibiting HIF-1) негативный регулятор
функциональной активности трансактивационных
доменов HIF-1α субъединицы, связывающийся в по-
ложении 757–826 с ее С-терминальным концом
в условиях нормоксии [24].
Негативное влияние на экспрессию и активность
HIF-1α оказывает транскрипционная корепрессор-
гомеодомен-взаимодействующая протеинкиназа-2
(Homeodomain-interacting proteinkinase-2 HIPK2),
что приводит к снижению транскрипционной актив-
ности HIF-1 и угнетению экспрессии Pgp с после-
дующим увеличением чувствительности опухолевых
клеток к адриамицину субстрату данного белка-
транспортера. Причем данное влияние выявлено
в условиях как нормо-, так и гипоксии [25].
HIF-1-связывающий сайт на промоторе гена
MDR1 включает также область контакта с транс-
крипционным фактором Sp1. Транскрипционный
фактор Sp1 является наиболее активным индукто-
ром экспрессии и относится к I подгруппе Sp/KLF-
семейства [18]. Представители семейства Sp-белков
(называемые также krüppel-like factors — KLF) связы-
ваются с так называемыми Sp1-сайтами (GC-бокс,
GT-бокс, CACCC-бокс) промоторов или энхансеров
различных генов и регулируют их экспрессию, уча-
ствуя в клеточной пролиферации, ангиогенезе, апоп-
тозе и опухолевой прогрессии. Их молекулы вклю-
чают три высококонсервативных ДНК-связывающих
домена (65 % сходства нуклеотидной последова-
тельности у различных членов семейства), каждый
из которых формирует структуру типа «цинковый
палец» на С-конце и способствует связыванию
транскрипционного фактора с соответствующими
участками генома и межбелковым взаимодействи-
ям, вариантный N-концевой домен, ответственный
за трансактивационную или ингибирующую актив-
ность и способность связываться с корепрессорами
и коактиваторами, а также структуру, регулирую-
щую ядерную локализацию фактора [10, 15, 18, 22].
В активации и ингибировании экспрессии генов под
влиянием членов Sp1/KLF-семейства ведущая роль
отводится деацетилированию и ацетилированию ги-
стонов [18].
Установлено, что угнетение экспрессии транс-
крипционного фактора Sp1 с помощью антисмысло-
вых нуклеотидов приводило к снижению активности
промотора гена MDR1, однако в меньшей степени,
чем при ингибировании экспрессии HIF-1α. Это сви-
детельствует о том, что Sp1 совместно с HIF-1 спо-
собствует индукции экспрессии Pgp в условиях кис-
лородного дефицита [12].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в исследованиях in vitro и in vivo
продемонстрировано изменение функциониро-
вания Pgp под воздействием гипоксии различных
видов. В большинстве научных работ показано уси-
ление экспрессии и функциональной активности
транспортера, что авторы связывают с активацией
транкрипционных факторов HIF-1 и Sp1. Однако ряд
исследований опровергает заключение об одно-
значной индукции активности Pgp в условиях гипо-
ксии, что свидетельствует о сложных, характеризу-
ющихся видо- и тканеспецифичностью механизмах,
вовлеченных в регуляцию работы Pgp, их зависи-
мости от вида гипоксии, уровня кислородного де-
фицита и его продолжительности, окислительно-
восстановительного статуса и других параметров.
Более детальное изучение экспрессии и функ-
циональной активности белка-транспортера в ги-
поксических условиях и выявление механизмов их
изменения будет способствовать уточнению фар-
макокинетики лекарственных средств — субстратов
Pgp у пациентов с заболеваниями, в развитии кото-
рых существенную роль играет гипоксия.
Исследование выполнено при поддержке гранта
РФФИ Р_а 16-44-620292.
ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)
1. Бизенкова М. Н., Чеснокова Н. П., Романцов М. Г., и др.
Активация процессов липопероксидации эффе-
рентное звено дезинтеграции клеточных структур при
острой гипоксической гипоксии // Усп. совр. есте-
ствознания. – 2007. – № 9. – C. 17–22. [Bizenkova MN,
Chesnokova NP, Romantsov MG, et al. Activation of
processes of lipoperoxidation an efferent link of
disintegration of cellular structures at a acute hypoxemic
hypoxia. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya.
2007;9:17-22. (In Russ).]
2. Кукес В. Г., Грачев С. В., Сычев Д. А., Раменская Г. В.
Метаболизм лекарственных средств. Научные основы
персонализованной медицины: руководство для вра-
чей. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. [Kukes VG, Grachev SV,
Sychev DA, Ramenskaya GV. Metabolism of drugs.
Scientific fundamentals of the personalized medicine:
Handbook for doctors. Moscow: Geotar-Media; 2008.
(In Russ).]
3. Переверзева К. Г., Воробьев А. Н., Марцевич С. Ю.,
и др. Анализ тактики ведения пациентов с ишемиче-
ской болезнью сердца и фибрилляцией предсердий
в реальной поликлинической практике // Наука моло-
дых – Juvenium. – 2015. – № 1. – С. 48–55. [Pereverze-
va KG, Vorobyev AN, Martsevich SY, et al. Analysis of
management tactics in patients with coronary artery
disease and atrial fibrillation in real outpatient practices.
Nauka molodykh Eruditio Juvenium. 2015;1:48-55.
(In Russ).]
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
76 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 2016/14/1
4. Спирина Л. В., Кондакова И. В., Усынин Е. А., Юрма-
зов З. А. Регуляция экспрессии транскрипционных
факторов и фактора роста эндотелия протеосомальной
системой при метастазировании рака почки // Вест-
ник РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН. 2012. – Т. 23.
1. – С. 27–31. [Spirina LV, Kondakova IV, Usy nin EA,
Yurmazov ZA. Regulation of the expression factors of
transcription and the factor of endothelium growth by
proteosomal system at the metastasis kidney cancer.
Vestnik Rossijskogo onkologicheskogo centra imeni
N. N. Blohina Rossijskoj akademii medicinskih nauk.
2012;23 (1):27-31. (In Russ).]
5. Черных И. В., Якушева Е. Н., Щулькин А. В., и др. Экс-
прессия гликопротеина Р в гематоэнцефалическом
барьере при двусторонней окклюзии общих сонных
артерий // Научные ведомости Белгородского госу-
дарственного университета. Серия «Медицина. Фар-
мация». – 2015. – Т. 29. – № 4. – С. 91–95. [Chernykh IV,
Yakusheva EN, Shulkin AV, et al. P-glycoprotein
expression in blood-brain barrier in bilateral occlusion
of the common carotid artery. Nauchnye vedomosti
Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya:
Medicina. Farmaciya. 2015;29(4):91-95. (In Russ).]
6. Якушева Е. Н., Черных И. В. Влияние эксперимен-
тальной подострой гипобарической гипоксической
гипоксии на функциональную активность гликопро-
теина P // Российский медико-биологический вест-
ник им. акад. И. П. Павлова. – 2013. – № 1. – С. 60–64.
[Yakusheva EN, Chernykh IV. The influence of experimental
subacute hypobaric hypoxia on P-glycoprotein functional
activity. Rossiyskiy mediko-biologicheskiy vestnik imeni
akademika I. P. Pavlova. 2013;1:60-64. (In Russ).]
7. Якушева Е. Н., Черных И. В., Бирюкова А. С. Ха-
рактеристика гликопротеина P как белка транс-
портера лекарственных веществ // Российский
медико-биологический вестник им. акад. И. П. Пав-
лова. – 2011. – № 3. – С. 142–148. [Yakusheva EN,
Chernykh IV, Biruicova AS. Characteristic of P-glycoprotein
as a drug peptide transporter. Rossiyskiy mediko-
biologicheskiy vestnik imeni akademika I. P. Pavlova.
2011;3:142-148. (In Russ).]
8. Якушева Е. Н., Черных И. В., Щулькин А. В., Вино-
градов И. Ю. Экспрессия гликопротеина в головном
мозге крыс при окклюзии общей сонной артерии //
Российский медико-биологический вестник им. акад.
И. П. Павлова. 2015. 4. – C. 44–50. [Yakusheva
EN, Chernykh IV, Shulkin AV, Vinogradov IY. P-glycoprotein
expression in brain during ischemia-reperfusion.
Rossiyskiy mediko-biologicheskiy vestnik imeni aka-
demika I. P. Pavlova. 2015;4:44-50. (In Russ).]
9. Якушева Е. Н., Черных И. В., Щулькин А. В., Попова Н. М.
Гликопротеин: структура, физиологическая роль и мо-
лекулярные механизмы модуляции функциональ-
ной активности // Усп. физиол. наук. – 2014. – Т. 45. –
№ 4. – С. 89–98 [Yakusheva EN, Chernykh IV, Shulkin AV,
Popova NM. P-glycoprotein: structure, physiological role
and molecular mechanisms of modulation functional
activity. Uspekhi fiziologicheskih nauk. 2014;45 (4):89-98.
(In Russ).]
10. Black AR, Black JD, Azizkhan-Clifford J. Sp1-and krüppel-
like factor family of transcription factors in cell growth reg-
ulation and cancer. J Cell Physiol. 2001;188: 2:143-160.
doi: 10.1002/jcp.1111.
11. Cen J, Liu L, He L, et al. Alteration in P-glycoprotein at the
blood–brain barrier in the early period of MCAO in rats.
J Pharm Pharmacol. 2013;65:665–672. doi: 10.1111/
jphp.12033.
12. Comerford KM, Wallace TJ, Karhausen J, et al. Hypoxia-
inducible Factor-1-dependent Regulation of the Multidrug
Resistance (MDR1). Gene Cancer Res. 2002;62:3387-
3394.
13. Ding ZJ, Yang L, Xie X, et al. Expression and significance
of hypoxia-inducible factor-1 alpha and MDR1/P-glyco-
protein in human colon carcinoma tissue and cells. Can-
cer Res Clin Oncol. 2010;136:1697-1707. doi: 10.1007/
s00432-010-0828-5.
14. Dopp JM, Moran JJ, Abel JN, et al. Influence of intermittent
hypoxia on myocardial and hepatic P-glycoprotein expres-
sion in a rodent model. Pharmacotherapy. 2009;29:365-
372. doi: 10.1592/phco.29.4.365.
15. Fernandez-Zapico ME, Lomberk AG, Tsuji S, et al. A func-
tional family-wide screening of SP/KLF proteins identifies
a subset of suppressors of KRAS-mediates cell growth.
Biochem J. 2011;435:529-537. doi: 10.1042/BJ20100773.
16. Fradette C, Batonga J, Teng S, et al. Animal models of acute
moderate hypoxia are associated with a down-regulation
of CYP1A1, 1A2, 2B4, 2C5, and 2C16 and up-regulation of
CYP3A6 and P-glycoprotein in liver. Drug Metab Dispos.
2007;35:765-771. doi: 10.1124/dmd.106.013508.
17. Ji BS, Cen J, He L, et al. Modulation of P-glycoprotein in
rat brain microvessel endothelial cells under oxygen glu-
cose deprivation. J Pharm Pharmacol. 2013;65:1508-
1517. doi: 10.1111/jphp.12122.
18. Kaczynski J, Cook T, Urrutia R. Sp1-and Kruppel-like tran-
scription factors. Genome Biol. 2003;4:206. doi: 10.1186/
gb-2003-4-2-206.
19. Kalra R, Jones AM, Kirk J, et al. The effect of hypoxia
on acquireddrugresistance and response to epidermal-
growthfactor in Chinesehamsterlungfibroblasts and hu-
manbreast-cancercells in vitro. Int J Cancer. 1993;54:650-
655. doi: 10.1002/ijc.2910540421.
20. Liu L, Ning X, Sun L, et al. Hypoxia-inducible factor-1 al-
pha contributes to hypoxia-induced chemoresistance in
gastric cancer. Cancer Sci. 2008;99:121-128.
21. Loenarz C, Coleman ML, Boleininger A, et al. The hy-
poxia-inducible transcription factor pathway regulates
oxygen sensing in the simplest animal, Trichoplax ad-
haerens. EMBO Rep. 2011;12:63-70. doi: 10.1038/
embor.2010.170.
22. Lomberk G, Urrutia R. The family feud: turning off Sp1 by
Sp1-like KLF-proteins. Biochem J. 2005;392:1-11. doi:
10.1042/BJ20051234.
23. Lotz С, Kekkeher DK, Gassner B, et al. Role of the tumor
microenvironment in the activity and expression of the
P-glycoprotein in human colon carcinoma cells. Oncol
Rep. 2007;17:239-244. doi: 10.3892/or.17.1.239.
24. Mahon PC, Hirota K, Semenza GL. FIH-1: a novel protein
that interacts with HIF-1α and VHL to mediate repression
НAУчНЫЕ ОБЗОРЫ
2016/14/1 ОБЗОРЫ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ И ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ 77
of HIF-1 transcriptional activity. Genes Dev. 2001:2675-
2686. doi: 10.1101/gad.924501.
25. Nardinocchi L, Puca R, Sacchi A, D’Orazi G. Inhibition of
HIF-1alpha activity by homeodomain-interacting protein
kinase-2 correlates with sensitization of chemoresistant
cells to undergo apoptosis. Mol Cancer. 2009;8:1. Pub-
lished online 2009 January 7. doi: 10.1186/1476–4598–
8-1PMCID: PMC2628864.
26. Qingdong K, Costa M. Hypoxia-Inducible Factor-1 (HIF-1).
Mol Pharmacology. 2006;70:1469-1480. doi: 10.1124/
mol.106.027029.
27. Sakata K, Kwok TT, Murphy BJ, et al. Hypoxia-induced
drug resistance: comparison to P-glycoprotein-associ-
ated drug resistance. B J Cancer. 1991;64:809-814. doi:
10.1038/bjc.1991.405.
28. Sauvant C, Novak M, Wirth K, et al. Acidosis induces
multi-drug resistance in rat prostate cancer cells (AT1)
in vitro and in vivo by increasing the activity of the P-gly-
coprotein via activation of p38. Int J Cancer. 2008;123
(11):2532-2542. doi: 10.1002/ijc.23818.
29. Semenza GL. Surviving ischemia: adaptive responses
mediated by hypoxia-inducible factor 1. J Clin Investig.
2000;106:809-812. doi: 10.1172/JCI11223.
30. Strauss E, Waliszewski K, Oszkinis G, Staniszewski R.
Gene-environment interaction for the HIF1-A 1772C>T
polymorphisms and cigarette smoking increase sus-
ceptibility to abdominal aortic aneurysm. Przegl Lek.
2012;69:744-749.
31. Tallis S, Caltana LR, Souto PA, et al. Changes in CNS
cells in Hyperammonemic portal hypertensive rats. J Neu-
rochem. 2014;128:431-444. doi: 10.1111/jnc.12458.
32. Thews O, Dillenburg W, Fellner M, et al. Activation of P-gly-
coprotein (Pgp)-mediated drug efflux by extracellular aci-
dosis: in vivo imaging with (68)Ga-labelled PET tracer. Eur
J Med Mol Imaging. 2010;37:1935-1942. doi: 10.1007/
s00259-010-1504-3.
33. Uden PV, Kenneth NS, Rocha S. Regulation of hypoxia-
inducible factor-1α by NF-κB. Biochem J. 2008;412:477-
484. doi: 10.1042/BJ20080476.
34. Ueno M, Nakagawa T, Huang CI, et al. The expression of
P-glycoprotein is increased in vessels with blood-brain
barrier impairment in a stroke-prone hypertensive model.
Neuropathol. 2009;35:147-155. doi: 10.1111/j.1365-
2990.2008.00966.x.
35. Wang GL, Jang BH, Rue EA, Semenza GL. Hypoxia-in-
ducible factor 1 is a basic-helix-loop-helix-PAS heterodi-
mer regulated by cellular O2 tension. Proc Natl Acad Sci.
1995;92:5510-5514. doi: 10.1073/pnas.92.12.5510.
36. Wartenberg V, Ling V, Mushen M, et al. Regulation of the
multidrug resistance transporter P-glycoprotein in mul-
ticellular tumor spheroids by hypoxia-inducible factor-1
and reactive oxygen species. FASEB J. 2003;17:503-505.
doi: 10.1096/fj.02-0358fje.
37. Xie J, Li DW, Chen XW, et al. Expression and significance of
hypoxia-inducible factor-1α and MDR1/P-glycoprotein in
laryngeal carcinoma tissue and hypoxic Hep-2 cells. On-
col Lett. 2013;61:232-238.
38. Xie Z, Cao L, Zhang J. miR-21 modulates paclitaxel sensi-
tivity and hypoxia-inducible factor-1α expression in human
ovarian cancer cells. Oncol Lett. 2013;63:795-800.
39. Yoshiba S, Ito D, Nagumo T, et al. Hypoxia induces re-
sistance to 5-fluorouracil in oral cancer cells via G (1)
phase cell cycle arrest. Oral Oncol. 2009;45:109-115. doi:
10.1016/j.oraloncology.2008.04.002.
Елена Николаевна Якушева — д-р мед. наук, проф., заведую-
щая кафедрой фармакологии с курсом фармации факультета
дополнительного профессионального образования. ГБОУ
ВПО «Рязанский государственный медицинский университет
им. академика И.П. Павлова» Минздрава РФ.
E-mail: e.yakusheva@rzgmu.ru.
Elena N. Yakusheva — M.D., professor, head of the chair of
pharmacology with a course of pharmacy of faculty of additional
professional education. Ryazan State Medical University.
E-mail: e.yakusheva@rzgmu.ru.
Иван Владимирович Черных — канд. мед. наук, ассистент
кафедры общей химии с курсом биоорганической и органиче-
ской химии. ГБОУ ВПО «Рязанский государственный медицин-
ский университет им. академика И.П. Павлова» Минздрава РФ.
E-mail: ivchernykh88@mail.ru.
Ivan V. Chernykh — M.D., Ph.D., assistant of the chair of the gen-
eral chemistry with a course of bioorganic and organic chemistry.
Ryazan State Medical University. E-mail: ivchernykh88@mail.ru.
Алексей Владимирович Щулькин — канд. мед. наук, асси-
стент кафедры фармакологии с курсом фармации факуль-
тета дополнительного профессионального образования.
ГБОУ ВПО «Рязанский государственный медицинский
университет им. академика И.П. Павлова» Минздрава РФ.
E-mail: alekseyshulkin@rambler.ru.
Aleksey V. Shulkin — Ph.D., assistant of the chair of phar-
macology with a course of pharmacy of faculty of additional
professional education. Ryazan State Medical University.
E-mail: alekseyshulkin@rambler.ru.
Наталья Михайловна Попова — канд. мед. наук, старший преп.
каф. фармакологии с курсом фармации факультета дополни-
тельного профессионального образования. ГБОУ ВПО «Рязан-
ский государственный медицинский университет им. академи-
ка И.П. Павлова» Минздрава РФ. E-mail: p34-66@yandex.ru.
Natalia M. Popova — Ph.D., assistant of the chair of pharmacol-
ogy with a course of pharmacy of faculty of additional professional
education. Ryazan State Medical University.
E-mail: p34-66@yandex.ru.
Информация об авторах
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
Full-text available
Drug resistance is a major problem encountered in the treatment of ovarian cancer. Previous studies have demonstrated that in several types of cancer the overexpression of the multidrug resistance 1 (MDR1) gene is mainly associated with drug resistance. The present study aimed to investigate the role of miR-21 in the development of drug resistance in ovarian cancer cells. The expression levels of miR-21 in the ovarian cancer A2780 and A2780/taxol cell lines were detected by stem-loop real-time PCR. A2780 and A2780/taxol cells were transfected with mimics or inhibitors of miR-21 or negative control RNA. The expression levels of P-glycoprotein (P-gp) and hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) proteins were assessed by western blot analysis. Drug sensitivity was analyzed by the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. The expression levels of miR-21 and P-gp were upregulated to a greater extent in the paclitaxel-resistant ovarian cancer A2780/taxol cell line compared with the parental A2780 cell line. Transfection of A2780/taxol cells with inhibitors of miR-21 decreased the expression levels of the P-gp and HIF-1α proteins, and increased the sensitivity of the A2780/taxol cells to paclitaxel. The expression levels of P-gp were additionally increased; however, the sensitivity of the miR-21 mimic-treated A2780 cells to paclitaxel was decreased. miR-21 may be involved in the development of drug resistance and the regulation of MDR1/P-gp expression, at least in part, by targeting HIF-1α in ovarian cancer cells.
Article
Full-text available
The present study aimed to evaluate the expression of hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) and MDR1/P-glycoprotein (P-gp) in human laryngeal squamous cell carcinoma (LSCC) tissues, and also to investigate the regulation of MDR1 gene expression by HIF-1α in Hep-2 cells under hypoxic conditions. The expression of HIF-1α and MDR1/P-gp in human LSCC tissues was examined using immunohistochemistry. The HIF-1α and MDR1 gene expression in the Hep-2 cells was detected using real-time quantitative reverse transcription (QRT)-PCR and western blot analysis under normoxic and hypoxic conditions. In hypoxia, HIF-1α expression was inhibited by RNA interference. HIF-1α and MDR1/P-gp expression was high in the LSCC tissues and was associated with the clinical stage and lymph node metastasis (P<0.05). HIF-1α expression was positively correlated with MDR1/P-gp expression (P<0.01). In the Hep-2 cells, HIF-1α and MDR1/P-gp expression significantly increased in response to hypoxia. The inhibition of HIF-1α expression synergistically downregulated the expression of the MDR1 gene in hypoxic Hep-2 cells. HIF-1α expression is positively correlated with MDR1/P-gp expression in LSCC, and the two proteins may be able to serve as potential biomarkers for predicting the malignant progression and metastasis of LSCC. HIF-1α may be critical for the upregulation of MDR1 gene expression induced by hypoxia in Hep-2 cells.
Article
Full-text available
Pathological changes in the vascular vessels, such as the presence of atherosclerotic plaques or aneurysmal dilatations, are associated with the local conditions of ischemial/hypoxia. Polymorphisms in the HIF1A gene, encoding an oxygen-regulated HIF-1 subunit (HIF-1a), determine inter-individual variability in vascular response to hypoxia. Stimulation of selected pathways, related to this response (i.e. angiogenesis) is impaired by cigarette smoke exposure. In this work, we examined the associations between 1772C>T polymorphism (rs11549465) located in the coding region of HIF1A gene (Pro582-Ser), smoking and the occurrence of abdominal aortic aneurysm (AAA). Moreover, the relations of these factors with the presence of peripheral arterial disease (PAD) in patients with AAA were studied. The case-control study was designed, in which a group of 1060 Caucasian subjects: 535 AAA patients and 525 controls, was analyzed. Data regarding smoking status were collected using questionnaire. Past and current smokers were analyzed together. In the group of 220 AAA subjects the coexistence of PAD was characterized. HIF-1A genotypes were assessed by PCR-RFLP method. Genetic-environmental interactions were examined by a two-by-four tables. In these analyzes, logistic regression models were used to adjusting for the relevant covariates. The frequency of HIF1A 1772T allele in AAA group (0,067) was similar to that observed in the control group (0,070). In the analyses of genetic-environmental interactions was observed that the co-occurrence of HIF1A 1772CT and TT genotypes and exposure to tobacco smoke has a strong multiplicative effect on the susceptibility to the AAA development. The age and gender adjusted odds ratios (ORs) were: 7,6 for smoking alone (p<0,0001); 0,65 for 1772CT and TT genotypes alone (p=0,3) and 14,4for smoking plus 1772CT and TT genotypes (p<0,0001). The proportion of smokers carrying 1772T allele was higher among patients with advanced form of PAD (femoro-popliteal or aorto-iliac occlusion, 18%) as compared to the frequency in the rest of AAA patients (9,3%, p=0,05). In a multivariate analysis smoking in combination with the HIF1A 1772T allele occurrence was the strongest independent predictor of AAA (OR=14,5; p<0,0001). In conclusion, HIF1A 1772T allele enhances theAAA risk determined by smoking and promotes the development of a more complex phenotype of the disease in smokers (with coexisting severe peripheral arterial disease).
Article
Full-text available
SP/KLF (Specificity protein/Krüppel-like factor) transcription factors comprise an emerging group of proteins that may behave as tumour suppressors. Incidentally, many cancers that display alterations in certain KLF proteins are also associated with a high incidence of KRAS (V-Ki-ras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homologue) mutations. Therefore in the present paper we investigate whether SP/KLF proteins suppress KRAS-mediated cell growth, and more importantly, the potential mechanisms underlying these effects. Using a comprehensive family-wide screening of the 24 SP/KLF members, we discovered that SP5, SP8, KLF2, KLF3, KLF4, KLF11, KLF13, KLF14, KLF15 and KLF16 inhibit cellular growth and suppress transformation mediated by oncogenic KRAS. Each protein in this subset of SP/KLF members individually inhibits BrdU (5-bromo-2-deoxyuridine) incorporation in KRAS oncogenic-mutant cancer cells. SP5, KLF3, KLF11, KLF13, KLF14 and KLF16 also increase apoptosis in these cells. Using KLF11 as a representative model for mechanistic studies, we demonstrate that this protein inhibits the ability of cancer cells to form both colonies in soft agar and tumour growth in vivo. Molecular studies demonstrate that these effects of KLF11 are mediated, at least in part, through silencing cyclin A via binding to its promoter and leading to cell-cycle arrest in S-phase. Interestingly, similar to KLF11, KLF14 and KLF16 mechanistically share the ability to modulate the expression of cyclin A. Collectively, the present study stringently defines a distinct subset of SP/KLF proteins that impairs KRAS-mediated cell growth, and that mechanistically some members of this subset accomplish this, at least in part, through regulation of the cyclin A promoter.
Article
Rats with pre-hepatic portal hypertension because of partial portal vein ligation develop minimal hepatic encephalopathy (MHE) with hyperammonemia, impaired blood-brain barrier, mild brain edema, and severe mitochondrial changes in the hippocampus. The aim of this study was to evaluate changes of different neural cells in the cerebral cortex and the hippocampus. Animals were divided into two groups, MHE and sham. Astrocytes were studied by immunostaining with glial fibrillary acidic protein and S100β protein; neurons were immunostained with neuronal nuclear marker, microtubule associated protein-2, and NF-200 and capillaries with Nestin. The hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α) and its downstream proteins, P-glycoprotein (P-gp) and erythropoietin receptor (Epo-R), were also evaluated. Astrocytes were increased in area and number only in the hippocampus, while S100β increased in both brain areas in MHE animals. Microtubule associated protein-2 and NF-200 immunoreactivities (-ir) were significantly reduced in both areas. Hippocampal Nestin-ir was increased in MHE animals. These cellular changes were similar to those described in ischemic conditions, thus HIF-1α, P-gp, and Epo-R were also evaluated. A high expression of HIF-1α in cortical neurons was observed in the MHE group. It is likely that this hypoxia-like state is triggered via ammonia occupying the binding domain of HIF-1α and thereby preventing its degradation and inducing its stabilization, leading to the over-expression of P-gp and the Epo-R.
Article
To investigate modulation of P-glycoprotein (P-gp) in rat brain microvessel endothelial cells (rBMECs) under oxygen glucose deprivation (OGD). The coculture of rBMECs and astrocytes was established to investigate the time course of P-gp, tumour necrosis factor-α (TNF-α), endothelin-1 (ET-1), nitric oxide synthase (NOS) and protein kinase C (PKC) expression in the rBMECs as well as rhodamine 123 (Rh123) transendothelial transfer under OGD using Western blot and HPLC, respectively. The influence of pharmacological tools including H398, JKC-301, RES-701-1, L-NMMA, BIM and SN50 on the P-gp expression as well as Rh123 transendothelial transfer was evaluated at 3 h time point of OGD. Elevated P-gp, TNF-α, ET-1, NOS and PKC expression in the rBMECs, as well as increased P-gp efflux activity were observed after 2 h or more time of OGD. Incubation of H398 and other pharmacological tools downregulated P-gp expression and functional activity in the rBMECs at 3 h time point of OGD. This report suggested that TNF-α, ET-1, NOS and PKC may mediate upregulation of P-gp in the rBMECs under OGD, which may be worthy of being referenced for the investigation of P-gp at the blood-brain barrier in the early period of stroke.
Article
Hypoxia induced drug resistance is a major obstacle in the development of effective cancer therapy. Our previous study revealed that hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1), the major transcriptional factor significantly activated by hypoxia, was overexpressed in gastric vincristine-resistant cells SGC7901/vincristine (VCR) under normoxic conditions, which suggested that it was associated with drug resistance in gastric cancer cells. In the present study, a colony-forming assay revealed that hypoxia and forced HIF-1 alpha expression increased maximal -8.9-fold or -14.8-fold of IC(50) toward vincristine in gastric cancer cell lines SGC7901 and SGC7901/VCR, respectively (P < 0.01). Annexin-V/propidium iodide staining analysis revealed hypoxia or forced HIF-1 alpha expression reduced apoptosis by 24% or 18% in SGC7901 cells (P < 0.05). Flow cytometry analysis of intracellular adriamycin revealed that hypoxia and forced expression of HIF-1 alpha increased -1.79-fold or -2.36-fold of the adriamycin releasing index, respectively (P < 0.05). However, resistance acquisition subject to hypoxia in vitro and in vivo was suppressed by blocking HIF-1 alpha expression with siRNA. We further demonstrated that HIF-1 alpha overexpression showed a 1.85-fold increased expression of Bcl-2 and a 2.16-fold decreased expression of Bax, and also showed significantly induced expression of p-gp and MRP1, which indicated that HIF-1 alpha may confer hypoxia-induced drug resistance via inhibition of drug-induced apoptosis and decreases in intracellular drug accumulation.
Article
The aim of this work was to investigate the alteration in P-glycoprotein (P-gp) at the blood-brain barrier (BBB) after middle cerebral artery occlusion (MCAO) in rats. Permanent MCAO was verified via 2,3,5-triphenyltetrazolium staining and hematoxylin-eosin staining. The expression of P-gp, matrix metalloproteinase-2 (MMP-2), MMP-9, claudin-5, tumour necrosis factor-α (TNF-α) and nitric oxide synthase (NOS) at the BBB was evaluated using western blot or immunostaining analysis. The content of fluorescein sodium (NaF), rhodamine-123 and nimodipine in ischaemic brain tissues was determined using high-performance liquid chromatography. Elevated expression of P-gp at the BBB and decreased concentration of P-gp substrates in the ischaemic brain tissues were observed within 4 h after MCAO. However, at 6 h after MCAO, the concentration of P-gp substrates in the ischaemic hemisphere began to rise even though the expression of P-gp was still increased. Moreover, the expression of claudin-5 was decreased; contrarily, the expression of MMP-2, MMP-9, TNF-α as well as NOS gradually increased within 6 h after MCAO. P-gp plays a crucial role in limiting the entrance of agents into the brain after MCAO and the specific regulation of P-gp expression/activity may provide an important approach for the improvement of pharmacotherapy in ischaemic stroke.