The nuclear chaperones NPM1 and Bag-1L in the regulation of androgen receptor action in prostate cancer cells

Die Entstehung und Progression von Prostatakarzinomen sind in hohem Maß von Androgenen abhängig. Ihren Effekt entfalten die männlichen Geschlechtshormone durch die Bindung an den Androgen Rezeptor (AR), einen Liganden-gesteuerten Transkriptionsfaktor. In Abwesenheit von Hormonen befindet sich der inaktive AR in einem Komplex mit molekularen Chaperonen im Cytoplasma. Nach Bindung von Androgenen an den AR dissoziieren die Chaperone und der Rezeptor transloziert in den Nukleus, wo er die Expression von AR-regulierten Genen beeinflusst. Es wurde bisher angenommen, dass die Hauptfunktion der Chaperone darin liegt, die geeignete Konformation des AR zur Bindung von Androgenen zu gewährleisten. ... mehrEs existieren jedoch auch Chaperone, die vorwiegend im Nukleus lokalisiert sind und die transkriptionelle Aktivität des AR beeinflussen. Die Wirkung, die diese Chaperone auf die AR Aktivität und auf die Krebsentwicklung haben, bleibt jedoch unklar. Zwei nukleare Chaperone, deren Beteiligung an der Regulation der transkriptionellen Aktivität des AR bereits gezeigt wurde, sind Bag-1L und NPM1. Der Mechanismus, der der Regulation durch die beiden Chaperone zu Grunde liegt, ist jedoch unbekannt. Das Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung der beiden nuklearen Chaperone (Bag-1L und NPM1) im Bezug auf die Regulation des AR Aktivität und das Wachstum von Prostatakrebszellen. Weiterhin sollte untersucht werden, ob die beiden Proteine ihren Effekt durch einen gemeinsamen oder zwei sich voneinander unterscheidenden Signalwege entfalten. In dieser Arbeit konnte zunächst nachgewiesen werden, dass die beiden Chaperone, neben der jeweiligen Interaktion mit dem AR, auch miteinander interagieren. Eine Herunterregulation von NPM1 führte weiterhin zu einem reduzierten Expressionslevel der Bag-1 Proteine (einschließlich Bag-1L). Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der Knock-down von NPM1 die Translokationsgeschwindigkeit des AR von Cytoplasma in den Nukleus beeinträchtigt. Dieser Effekt war zum Teil reversibel, wenn in NPM1-Knock-down Zellen Bag-1L überexprimiert wurde. Dies lässt vermuten, dass der beobachtete Effekt teilweise durch reduzierte Bag-1L Level in den NPM1 knock-down Zellen hervorgerufen wurde. Der Knock-down von NPM1 beeinträchtigte ebenfalls die transkriptionelle Aktivität des AR, was bereits für den knock-out von Bag-1L gezeigt werden konnte. Ein Vergleich von genomweiten Transkriptom-Datensätze der NPM1 knock-down Zellen mit denen der bereits veröffentlichten Bag-1L knock-out Zellen zeigte auffallend viele Überlappungen. Durch statistische Auswertung der Gene, die gemeinsam durch die beiden Chaperone reguliert werden, konnte ein Signalweg identifiziert werden, der zu der Bildung von oxidativen Stress in Prostatakrebszellen führt. Oxidativer Stress wurde lange, hauptsächlich mit einer schädlichen Wirkung auf die Zellvitalität in Verbindung gebracht. Neuere Studien zeigen jedoch, dass sich oxidativer Stress auch positiv auf das Überleben von Zellen und deren Proliferation auswirken kann. Da sowohl der knock-down von NPM1, als auch der knock-out von Bag-1L die Expression androgen-abhängiger Gene negativ beeinflusst, die für die Entstehung von oxidativen Stress wichtig sind, liegt die Schlussfolgerung nahe, dass Bag-1L und NPM1 in Prostatakrebszellen interagieren, um AR-vermittelte Signalwege zu aktivieren. Dies führt zur Entstehung von oxidativen Stress, was das Überleben der Tumorzellen begünstigt.

The development and progression of prostate cancer (PCa) is mainly dependent on androgen signalling. The effects of androgens are mediated by the androgen receptor (AR). In the absence of androgens, the AR is localized in the cytoplasm of target cells in association with molecular chaperones. Upon hormone binding, the chaperones dissociate and the receptor translocates to the nucleus where it modulates the expression of AR responsive genes. It is thought that the main function of the chaperones is to work in a concerted manner to help the receptor bind to the hormone. However, there are chaperones that are equally important for the action of the receptor that mainly reside in the nucleus and whose contribution to AR action and prostate cancer progression remains unclear. ... mehrBag-1L and NPM1 are two such nuclear resident chaperones that have previously been reported to regulate the transcriptional activity of the AR and androgen-mediated prostate cancer cell proliferation but through unknown pathways. The object of this study was therefore to determine how these two nuclear resident chaperones control AR action and prostate cancer cell proliferation and to further determine whether they function through common or divergent pathways. First, it was shown in this work that these two chaperones interact with each other in addition to their known interaction with the AR. Second, it was shown that downregulation of NPM1 in the prostate cancer cells LNCaP and 22Rv.1 resulted in a concomitant downregulation of the expression level of Bag-1 proteins (including Bag-1L). Third, knockdown of NPM1 impaired AR nuclear translocation rate; an effect that can be partially rescued by overexpression of Bag-1L in the NPM1 knockdown cells, suggesting that the defects resulted from the decreased level of Bag-1L in the NPM1 knockdown cells. Fourth, knockdown of NPM1 also impaired the transcriptional activity of the AR as has previously been observed for the knockout of Bag-1L. Fifth, knockout of Bag-1L and knockdown of NPM both downregulated androgen-dependent cell proliferation. Comparison of the genome-wide AR-mediated transcriptomic datasets of the NPM1 knockdown cells with those of the corresponding published datasets of Bag-1L knockout cells revealed a striking degree of overlap. Data mining of the common genes regulated by the two chaperones identified a pathway leading to the generation of oxidative stress in the prostate cancer cells. Oxidative stress once thought to be detrimental to cell viability has recently been shown to enhance cell survival and proliferation. As both the knockdown of NPM1 and knockout of Bag-1L impaired androgen dependent expression of genes concerned with the generation of oxidative stress in the prostate cancer cells, it was concluded that Bag-1L and NPM1 interact in prostate cancer cells to activate AR-mediated pathways that lead to the generation of oxidative stress and cell survival.