グルタレドキシン5の阻害はシスプラチン耐性頭頸部癌細胞をフェロプトーシスに素因する

Inhibition of Glutaredoxin 5 predisposes Cisplatin-resistant Head and Neck Cancer Cells to Ferroptosis.

• Jaewang Lee
• Ji Hyeon You
• Daiha Shin
• Jong-Lyel Roh

抄録

鉄硫黄クラスター機能の喪失は、鉄飢餓応答をアップレギュレーションすることでがん細胞をフェロプトーシスに誘導するが、フェロプトーシスにおけるグルタレドキシン5（GLRX5）サイレンシングの役割は不明のままである。シスプラチン耐性頭頸部癌（HNC）細胞におけるフェロプトーシス促進におけるGLRX5機能低下の役割を検討した。 スルファサラジン治療とGLRX5遺伝子サイレンシングの効果をHNC細胞株とマウス腫瘍異種移植モデルで試験した。これらの効果は、細胞の生存率と死、脂質活性酸素種(ROS)とミトコンドリア鉄産生、ラビレ鉄プール、mRNA/タンパク質発現、およびマロンジアルデヒドアッセイに関する分析を行った。 シストイン枯渇、エラスチン、またはスルファサラジンは、シスプラチン耐性のHNC細胞では比較的感受性が低かったが、HNC細胞ではフェロプトーシスを誘導した。スルファサラジンまたはシスプラチン枯渇誘発性フェロプトーシスは、脂質過酸化と細胞内遊離鉄の増加に起因しており、これらはGLRX5を標的としたshort-interfering RNAまたはshort hairpin RNA（shRNA）によって有意に促進された（<0.05）。GLRX5サイレンシングは鉄飢餓反応を活性化し、鉄調節タンパク質の増加（トランスフェリン受容体の増加とフェリチンの減少）による鉄応答性エレメント結合活性を介して細胞内遊離鉄をブーストアップした。これらの効果は、耐性GLRX5 cDNAによって救済されたが、触媒的に不活性な変異体GLRX5 K101Qによっては救済されなかった。同様の結果は、ベクターまたはshGLRX5を導入したHNC細胞を移植し、スルファサラジンで処理したマウスモデルにおいても認められた。 我々のデータは、GLRX5の阻害が治療抵抗性HNC細胞をフェロプトーシスに陥らせることを示唆している。

Loss of iron-sulfur cluster function predisposes cancer cells to ferroptosis by upregulating iron-starvation response, but the role of glutaredoxin 5 (GLRX5) silencing in ferroptosis remains unknown. We examined the role of GLRX5 functional loss in promoting ferroptosis in cisplatin-resistant head and neck cancer (HNC) cells. The effects of sulfasalazine treatment and GLRX5 gene silencing were tested on HNC cell lines and mouse tumor xenograft models. These effects were analyzed concerning cell viability and death, lipid reactive oxygen species (ROS) and mitochondrial iron production, labile iron pool, mRNA/protein expression, and malondialdehyde assays. Cyst(e)ine deprivation, erastin, or sulfasalazine induced ferroptosis in HNC cells, which was relatively less sensitive in cisplatin-resistant HNC cells. Sulfasalazine or cyst(e)ine deprivation-induced ferroptosis resulted from increased lipid peroxidation and intracellular free iron, which were significantly promoted by short-interfering RNA or short hairpin RNA (shRNA) targeting GLRX5 (<0.05). GLRX5 silencing activated iron-starvation response and boosted up intracellular free iron through the iron-responsive element-binding activity of increased iron regulatory protein (increased transferrin receptor and decreased ferritin). These effects were rescued by resistant GLRX5 cDNA but not by catalytically inactive mutant GLRX5 K101Q. The same results were noted in an mouse model transplanted with vector or shGLRX5-transduced HNC cells and treated with sulfasalazine. Our data suggest that inhibition of GLRX5 predisposes therapy-resistant HNC cells to ferroptosis.

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