慢性的なヒ素曝露は、NRF2を介したSOX9のアップレギュレーションを介して転移の可能性を高める

Chronic arsenic exposure enhances metastatic potential via NRF2-mediated upregulation of SOX9.

• Cody J Schmidlin
• Tao Zeng
• Pengfei Liu
• Yongyi Wei
• Matthew Dodson
• Eli Chapman
• Donna D Zhang

抄録

慢性的な低用量ヒ素暴露は、その有病率と非小細胞肺癌（NSCLC）を含む癌リスクの増加に関連しているため、世界的な健康上の関心事であり続けている。NSCLC患者の死亡率は、腫瘍が限局している場合に比べて転移性病変の発生とともに増加する；しかしながら、環境毒性物質への曝露との関連でNSCLC細胞が転移する原因となる正確なメカニズムは、まだ完全には解明されていない。NSCLCにおける転移の一因として提案されているのは、核内因子（赤血球由来2）様2（NRF2）であり、これは既知の発がん性を持つ転写因子であり、ヒ素発がんに重要であることが証明されている。ここでは、慢性的なヒ素暴露が、細胞増殖、上皮間葉転換、転移に関連するもう一つの転写因子であるSRY-box 9（SOX9）のNRF2依存的なアップレギュレーションを介して、不死化した肺上皮細胞の浸潤性と移動性を高めることを実証した。我々は、SOX9のプロモーター領域に機能的な抗酸化応答エレメント（ARE）を同定し、このエレメントがNRF2標的遺伝子であることを示唆した。NRF2の薬理学的誘導または阻害は、それぞれSOX9の発現を増加または減少させた。さらに、NRF2のネガティブレギュレーターであるKelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1)をノックアウトすることで、NRF2の過剰活性化が増殖に寄与することを示した。以上のことから、本研究は、NRF2を介したSOX9のアップレギュレーションが、環境的にも遺伝的にも駆動される肺腫瘍の転移の可能性に寄与することを示唆している。

Chronic low dose arsenic exposure continues to be a worldwide health concern because of its prevalence and link to increased cancer risk, including non-small cell lung cancer (NSCLC). Mortality of NSCLC patients increases with the development of a metastatic lesion compared to when the tumor is localized; however, the exact mechanism for what causes NSCLC cells to metastasize in the context of environmental toxicant exposure has yet to be fully elucidated. One proposed contributor to metastasis in NSCLC is nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (NRF2), a transcription factor with known oncogenic properties that has proved to be critical for arsenic carcinogenesis. Here, we demonstrate that chronic arsenic exposure enhances the invasive and migratory capacity of immortalized lung epithelial cells via NRF2-dependent upregulation of SRY-box 9 (SOX9), another transcription factor linked with cell proliferation, epithelial-mesenchymal transition, and metastasis. We identified a functional antioxidant response element (ARE) in the promoter region of SOX9, suggesting that it is an NRF2 target gene, with mutation of the ARE preventing NRF2 binding. Pharmacological induction or inhibition of NRF2 increased or decreased SOX9 expression, respectively. Furthermore, we demonstrate that hyperactivation of NRF2 via knockout of Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1), its negative regulator, contributes to proliferation; while, inhibition of NRF2 or direct knockdown of SOX9 slowed the ability of NSCLC cells to proliferate, migrate, and invade. Overall, this study suggests that NRF2-mediated SOX9 upregulation can contribute to the metastatic potential of both environmentally and genetically driven lung tumors.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Inc.