Các tế bào gốc huyết học thể hiện một biểu hiện gen của các vận chuyển viên ABC đặc trưng rõ rệt khác với các tế bào gốc khác
Tóm tắt
Các vận chuyển viên gắn ATP (ABC) bảo vệ các tế bào khỏi các chất độc hại không liên quan bằng cách bơm chúng qua màng cell. Trước đó, chúng tôi đã chỉ ra rằng nhiều vận chuyển viên ABC được biểu hiện cao trong các tế bào gốc huyết học (HSCs) so với các tế bào tiền thân đã được định hình hơn. Chữ ký biểu hiện vận chuyển viên ABC có thể đảm bảo bảo vệ suốt đời cho các HSCs nhưng cũng có thể giữ nguyên vẹn các tế bào gốc bằng cách loại bỏ các tác nhân kích thích sự phân hóa của chúng. Ở đây, chúng tôi đã nghiên cứu liệu các tế bào gốc không thuộc huyết học (không phải HSCs) có bộc lộ một chữ ký biểu hiện vận chuyển viên ABC tương tự như HSC hay không.
Các hồ sơ biểu hiện vận chuyển viên ABC được xác định trong các tế bào gốc không thuộc huyết học (không phải HSCs) từ nguồn phôi thai, sơ sinh và trưởng thành, cũng như trong nhiều loại tế bào máu trưởng thành khác nhau. Hơn 11.000 giá trị biểu hiện vận chuyển viên ABC cá nhân đã được tạo ra bởi Taqman Low Density Arrays (TLDA) để đạt được độ nhạy so với phản ứng chuỗi polymerase thời gian thực định lượng. Chúng tôi phát hiện rằng phần lớn các vận chuyển viên biểu hiện cao hơn đáng kể trong HSCs so với không phải HSCs. Hơn nữa, bất kể nguồn gốc của chúng, các tế bào không phải HSCs bộc lộ các hồ sơ biểu hiện vận chuyển viên ABC giống nhau một cách nổi bật, khác biệt với những hồ sơ trong HSCs. Tuy nhiên, các bộ vận chuyển viên đặc trưng cho các loại tế bào gốc khác nhau có thể được xác định, cho thấy chức năng hạn chế trong sinh lý tế bào gốc. Đáng chú ý, trong HSCs, chúng tôi không thể xác định bất kỳ vận chuyển viên nào duy nhất được biểu hiện ở mức cao rõ ràng so với tất cả các loại tế bào máu trưởng thành đã được nghiên cứu.
Các phát hiện này thách thức khái niệm rằng các vận chuyển viên ABC riêng lẻ tham gia vào việc duy trì sự toàn vẹn của tế bào gốc. Thay vào đó, một chữ ký biểu hiện vận chuyển viên ABC đặc trưng có thể là điều cần thiết cho chức năng của tế bào gốc. Việc biểu hiện cao của các vận chuyển viên cụ thể trong các tế bào không phải HSCs và các tế bào máu trưởng thành gợi ý về một chức năng chuyên biệt, phụ thuộc vào loại tế bào và cần có các thí nghiệm chức năng tiếp theo để xác định vai trò chính xác của chúng trong sinh lý (bệnh lý) tế bào.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
de Jonge-Peeters SDPW, Kuipers F, de Vries EGE, Vellenga E: ABC transporter expression in hematopoietic stem cells and the role in AML drug resistance. Critical Reviews in Oncology Hematology. 2007, 62: 214-226. 10.1016/j.critrevonc.2007.02.003.
Dean M: ABC Transporters, Drug Resistance, and Cancer Stem Cells. Journal of Mammary Gland Biology and Neoplasia. 2009, 14: 3-9. 10.1007/s10911-009-9109-9.
Dean M, Fojo T, Bates S: Tumour stem cells and drug resistance. Nat Rev Cancer. 2005, 5: 275-284. 10.1038/nrc1590.
Raaijmakers MHGP: ATP-binding-cassette transporters in hematopoietic stem cells and their utility as therapeutical targets in acute and chronic myeloid leukemia. Leukemia. 2007, 21: 2094-2102. 10.1038/sj.leu.2404859.
Misaghian N, Ligresti G, Steelman LS, Bertrand FE, Baesecke J, Libra M, Nicoletti F, Stivala F, Milella M, Tafuri A, Cervello M, Martelli AM, McCubrey JA: Targeting the leukemic stem cell: the Holy Grail of leukemia therapy. Leukemia. 2009, 23: 25-42. 10.1038/leu.2008.246.
Alt R, Wilhelm F, Pelz-Ackermann O, Egger D, Niederwieser D, Cross M: ABCG2 expression is correlated neither to side population nor to hematopoietic progenitor function in human umbilical cord blood. Experimental Hematology. 2009, 37: 294-301. 10.1016/j.exphem.2008.09.015.
Zhou S, Morris JJ, Barnes YX, Lan L, Schuetz JD, Sorrentino BP: Bcrp1 gene expression is required for normal numbers of side population stem cells in mice, and confers relative protection to mitoxantrone in hematopoietic cells in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002, 99: 12339-12344. 10.1073/pnas.192276999.
Zeng H, Park JW, Guo M, Lin G, Crandall L, Compton T, Wang X, Li XJ, Chen FP, Xu RH: Lack of ABCG2 expression and side population properties in human pluripotent stem cells. Stem Cells. 2009, 27: 2435-2445. 10.1002/stem.192.
Bhagwandin VJ, Shay JW: Pancreatic cancer stem cells: Fact or fiction?. Biochimica et Biophysica Acta-Molecular Basis of Disease. 2009, 1792: 248-259. 10.1016/j.bbadis.2009.02.007.
Fukuda K, Saikawa Y, Ohashi M, Kumagai K, Kitajima M, Okano H, Matsuzaki Y, Kitagawa Y: Tumor initiating potential of side population cells in human gastric cancer. International Journal of Oncology. 2009, 34: 1201-1207.
Zhu Z, Hao X, Yan M, Yao M, Ge C, Gu J, Li J: Cancer stem/progenitor cells are highly enriched in CD133(+)CD44(+) population in hepatocellular carcinoma. Int J Cancer. 2009
La PC: Cancer stem cells: lessons from melanoma. Stem Cell Rev Rep. 2009, 5: 61-65. 10.1007/s12015-008-9048-7.
de Grouw EPLM, Raaijmakers MHGP, Boezeman JB, van der Reijden BA, van de Locht LTF, de Witte TJM, Jansen JH, Raymakers RAP: Preferential expression of a high number of ATP binding cassette transporters in both normal and leukemic CD34+CD38-cells. Leukemia. 2006, 20: 750-754. 10.1038/sj.leu.2404131.
Satoh C, Ogata K: Hypothesis: Myeloid-restricted hematopoietic stem cells with self-renewal capacity may be the transformation site in acute myeloid leukemia. Leukemia Research. 2006, 30: 491-495. 10.1016/j.leukres.2005.08.017.
Pizzamiglio S, Cossa G, Gatti L, Beretta GL, Corna E, Tinelli S, Verderio P, Perego P: Simultaneous confidence intervals to compare gene expression profiles using ABC transporter TaqMan microfluidic cards. Oncol Rep. 2010, 23: 853-860.
Kogler G, Sensken S, Airey JA, Trapp T, Muschen M, Feldhahn N, Liedtke S, Sorg RV, Fischer J, Rosenbaum C, Greschat S, Knipper A, Bender J, Degistirici O, Gao JZ, Caplan AI, Colletti E, meida-Porada G, Muller HW, Zanjani E, Wernet P: A new human somatic stem cell from placental cord blood with intrinsic pluripotent differentiation potential. Journal of Experimental Medicine. 2004, 200: 123-135. 10.1084/jem.20040440.
Schaap-Oziemlak A, Raymakers RA, Bergevoet SM, Gilissen C, Jansen BJ, Adema GJ, Kogler G, le SC, Agami R, van der Reijden BA, Jansen J: MicroRNA hsa-miR-135b regulates mineralization in osteogenic differentiation of human Unrestricted Somatic Stem Cells (USSCs). Stem Cells Dev. 2009
Marteijn JA, van EL, Erpelinck-Verschueren CA, Nikoloski G, Menke A, de WT, Lowenberg B, Jansen JH, van der Reijden BA: The E3 ubiquitin-protein ligase Triad1 inhibits clonogenic growth of primary myeloid progenitor cells. Blood. 2005, 106: 4114-4123. 10.1182/blood-2005-04-1450.
van der Reijden BA, Simons A, Luiten E, van der Poel SC, Hogenbirk PE, Tonnissen E, Valk PJ, Lowenberg B, De Greef GE, Breuning MH, Jansen JH: Minimal residual disease quantification in patients with acute myeloid leukaemia and inv(16)/CBFB-MYH11 gene fusion. Br J Haematol. 2002, 118: 411-418. 10.1046/j.1365-2141.2002.03738.x.
Jansen BJ, Gilissen C, Roelofs H, Schaap-Oziemlak A, Veltman J, Raymakers RA, Jansen J, Kogler G, Figdor CG, Torensma R, Adema GJ: Functional differences between mesenchymal stem cell populations are reflected by their transcriptome. Stem Cells Dev. 2009
Ringner M: What is principal component analysis?. Nature Biotechnology. 2008, 26: 303-304. 10.1038/nbt0308-303.
de Graaf AO, van Krieken JH, Tonnissen E, Wissink W, van de LL, Overes I, Dolstra H, de WT, van der Reijden BA, Jansen JH: Expression of C-IAP1, C-IAP2 and SURVIVIN discriminates different types of lymphoid malignancies. Br J Haematol. 2005, 130: 852-859. 10.1111/j.1365-2141.2005.05690.x.
Armstrong AJ, Gebre AK, Parks JS, Hedrick CC: ATP-binding cassette transporter G1 negatively regulates thymocyte and peripheral lymphocyte proliferation. J Immunol. 2010, 184: 173-183. 10.4049/jimmunol.0902372.
Knight HM, Pickard BS, Maclean A, Malloy MP, Soares DC, McRae AF, Condie A, White A, Hawkins W, McGhee K, van BM, Macintyre DJ, Starr JM, Deary IJ, Visscher PM, Porteous DJ, Cannon RE, St CD, Muir WJ, Blackwood DH: A Cytogenetic Abnormality and Rare Coding Variants Identify ABCA13 as a Candidate Gene in Schizophrenia, Bipolar Disorder, and Depression. Am J Hum Genet. 2009
Fitzgerald ML, Okuhira K, Short GF, Manning JJ, Bell SA, Freeman MW: ATP-binding cassette transporter A1 contains a novel C-terminal VFVNFA motif that is required for its cholesterol efflux and ApoA-I binding activities. Journal of Biological Chemistry. 2004, 279: 48477-48485. 10.1074/jbc.M409848200.
Sarkadi B, Orban TI, Szakacs G, Varady G, Schamberger A, Erdei Z, Szebenyi K, Homolya L, Apati A: Evaluation of ABCG2 Expression in Human Embryonic Stem Cells: Crossing the Same River Twice?. Stem Cells. 2009
Huls M, Ulloa-Montoya F, Luttun A, Menke AL, van Bolderen L, Woestenenk R, Bueters RRG, Russel FGM, Verfaillie CM, Masereeuw R: Breast Cancer Resistance Protein 1 (Bcrp) and P-Glycoprotein (Mdr1) Are Key Players in Renal Regeneration After Ischemic Injury. Naunyn-Schmiedebergs Archives of Pharmacology. 2009, 379: 204-
Svirnovski AI, Shman TV, Serhiyenka TF, Savitski VP, Smolnikova VV, Fedasenka UU: ABCB1 and ABCG2 proteins, their functional activity and gene expression in concert with drug sensitivity of leukemia cells. Hematology. 2009, 14: 204-212. 10.1179/102453309X426218.
Ishikawa T, Nakagawa H: Human ABC transporter ABCG2 in cancer chemotherapy and pharmacogenomics. J Exp Ther Oncol. 2009, 8: 5-24.
To KK, Robey RW, Knutsen T, Zhan Z, Ried T, Bates SE: Escape from hsa-miR-519c enables drug-resistant cells to maintain high expression of ABCG2. Mol Cancer Ther. 2009, 8: 2959-2968. 10.1158/1535-7163.MCT-09-0292.
Giebel B, Corbeil D, Beckmann J, Hohn J, Freund D, Giesen K, Fischer J, Kogler G, Wernet P: Segregation of lipid raft markers including CD133 in polarized human hematopoietic stem and progenitor cells. Blood. 2004, 104: 2332-2338. 10.1182/blood-2004-02-0511.
Kaminski WE, Wenzel JJ, Piehler A, Langmann T, Schmitz G: ABCA6, a novel a subclass ABC transporter. Biochem Biophys Res Commun. 2001, 285: 1295-1301. 10.1006/bbrc.2001.5326.
Shani N, Jimenez-Sanchez G, Steel G, Dean M, Valle D: Identification of a fourth half ABC transporter in the human peroxisomal membrane. Hum Mol Genet. 1997, 6: 1925-1931. 10.1093/hmg/6.11.1925.
Holzinger A, Kammerer S, Roscher AA: Primary structure of human PMP69, a putative peroxisomal ABC-transporter. Biochem Biophys Res Commun. 1997, 237: 152-157. 10.1006/bbrc.1997.7102.
Darendeliler F, Fournet JC, Bas F, Junien C, Gross MS, Bundak R, Saka N, Gunoz H: ABCC8 (SUR1) and KCNJ11 (KIR6.2) mutations in persistent hyperinsulinemic hypoglycemia of infancy and evaluation of different therapeutic measures. J Pediatr Endocrinol Metab. 2002, 15: 993-1000.
Reis AF, Velho G: Sulfonylurea receptor-1 (SUR1): genetic and metabolic evidences for a role in the susceptibility to type 2 diabetes mellitus. Diabetes Metab. 2002, 28: 14-19.
Tang R, Cohen S, Perrot JY, Faussat AM, Zuany-Amorim C, Marjanovic Z, Morjani H, Fava F, Corre E, Legrand O, Marie JP: P-gp activity is a critical resistance factor against AVE9633 and DM4 cytotoxicity in leukaemia cell lines, but not a major mechanism of chemoresistance in cells from acute myeloid leukaemia patients. BMC Cancer. 2009, 9: 199-10.1186/1471-2407-9-199.
Tiwari AK, Sodani K, Wang SR, Kuang YH, Ashby CR, Chen X, Chen ZS: Nilotinib (AMN107, Tasigna) reverses multidrug resistance by inhibiting the activity of the ABCB1/Pgp and ABCG2/BCRP/MXR transporters. Biochem Pharmacol. 2009, 78: 153-161. 10.1016/j.bcp.2009.04.002.
Yvan-Charvet L, Pagler T, Gautier EL, Avagyan S, Siry RL, Han S, Welch CL, Wang N, Randolph GJ, Snoeck HW, Tall AR: ATP-Binding Cassette Transporters and HDL Suppress Hematopoietic Stem Cell Proliferation. Science. 2010
Ban N, Matsumura Y, Sakai H, Takanezawa Y, Sasaki M, Arai H, Inagaki N: ABCA3 as a lipid transporter in pulmonary surfactant biogenesis. Journal of Biological Chemistry. 2007, 282: 9628-9634. 10.1074/jbc.M611767200.
Albrecht C, Viturro E: The ABCA subfamily - gene and protein structures, functions and associated hereditary diseases. Pflugers Archiv-European Journal of Physiology. 2007, 453: 581-589. 10.1007/s00424-006-0047-8.
Kim WS, Weickert CS, Garner B: Role of ATP-binding cassette transporters in brain lipid transport and neurological disease. Journal of Neurochemistry. 2008, 104: 1145-1166. 10.1111/j.1471-4159.2007.05099.x.
Matsushita K, Kinoshita K, Matsuoka T, Fujita A, Fujikado T, Tano Y, Nakamura H, Kurachi Y: Intramolecular interaction of SUR2 subtypes for intracellular ADP-Induced differential control of K(ATP) channels. Circ Res. 2002, 90: 554-561. 10.1161/01.RES.0000012666.42782.30.
Bienengraeber M, Olson TM, Selivanov VA, Kathmann EC, O'Cochlain F, Gao F, Karger AB, Ballew JD, Hodgson DM, Zingman LV, Pang YP, Alekseev AE, Terzic A: ABCC9 mutations identified in human dilated cardiomyopathy disrupt catalytic K-ATP channel gating. Nature Genetics. 2004, 36: 382-387. 10.1038/ng1329.
Scholz C, Tampe R: The intracellular antigen transport machinery TAP in adaptive immunity and virus escape mechanisms. J Bioenerg Biomembr. 2005, 37: 509-515. 10.1007/s10863-005-9500-1.
Lynch J, Fukuda Y, Krishnamurthy P, Du GQ, Schuetz JD: Cell Survival under Stress Is Enhanced by a Mitochondrial ATP-Binding Cassette Transporter That Regulates Hemoproteins. Cancer Research. 2009, 69: 5560-5567. 10.1158/0008-5472.CAN-09-0078.
Shirihai OS, Gregory T, Orkin SH, Weiss MJ: ABC-me: A novel GATA-1-induced mitochondrial erythroid transporter involved in heme biosynthesis. Blood. 1999, 94: 643A-
Shirihai OS, Gregory T, Yu CN, Orkin SH, Weiss MJ: ABC-me: a novel mitochondrial transporter induced by GATA-1 during erythroid differentiation. Embo Journal. 2000, 19: 2492-2502. 10.1093/emboj/19.11.2492.
Richardson DR, Lane DJ, Becker EM, Huang ML, Whitnall M, Rahmanto YS, Sheftel AD, Ponka P: Mitochondrial iron trafficking and the integration of iron metabolism between the mitochondrion and cytosol. Proc Natl Acad Sci USA. 2010
Chen W, Dailey HA, Paw BH: Ferrochelatase forms an oligomeric complex with mitoferrin-1 and Abcb10 for erythroid heme biosynthesis. Blood. 2010