The effect of cell metabolism on the expression and activity of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2)

Większość komórek nowotworowych wykorzystuje efekt Warburga, aby pozyskać energię do życia. Jest to charakterystyczne zjawisko dla komórek nowotworowych lub szybko proliferujących, polegające na wzmożonej glikolizie, bez względu na dostępność tlenu. Pomimo niższej wydajności energetycznej ta strategia może przynieść komórkom nowotworowym wiele korzyści, takich jak większa dostępność materiału do biosyntezy wszystkich grup biomolekuł czy kwaśne środowisko, które promuje mutacje, angiogenezę, immunosupresję czy aktywację metaloproteinaz. Z tego powodu, terapia celująca w metabolizm wydaje się być obiecującą metodą leczenia nowotworów. Inną ważną specyficzną cechą komórek nowotworowych jest ich zdolność do przerzutowania/inwazji. Ten proces wymaga specjalnych enzymów, umożliwiających komórkom nowotworowym degradowanie macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM- extracellular matrix)- metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej (MMPs- matrix metalloproteinases). W warunkach prawidłowych MMPs odgrywają istotną rolę w wielu fizjologicznych procesach, m.in we wzroście i rozwoju embrionalnym, implantacji, morfogenezie, przebudowie kości, gojeniu ran, angiogenezie, apoptozie i wzroście nerwów, jednakże nadekspresja i nadaktywność MMPs może prowadzić do rozwoju nowotworu. Zwiększona aktywność MMPs została powiązana z różnymi nowotworami takimi jak nowotwór żołądka, przełyku, piersi, prostaty, płuc, pęcherza moczowego i jajników. W niniejszym projekcie skupiliśmy się na regulacji ekspresji MMP-2. MMP-2 degraduje żelatynę, a także kilka typów kolagenu. Ulega konstytutywnej ekspresji w astrocytomach (guzach mózgu). Celem naszych badań było sprawdzenie, czy zahamowanie glikolizy może prowadzić do osłabienia ekspresji i aktywności MMP-2. Badania zostały przeprowadzone wykorzystując ludzką linię komórkową U251 MG, wywodzącą się ze złośliwego glejaka. Wyniki z qPCR pokazują, że traktowanie komórek inhibitorem glikolizy, 2-deoksyglukozą (2-DG) powoduje około 50% spadek poziomu mRNA MMP-2. Również wykorzystując zymografię żelatynową, zaobserwowaliśmy znaczne obniżenie aktywności MMP-2. Testy migracji komórek wykazały, że komórki traktowane 2-DG migrują wolniej oraz ulegają zmniejszonemu przemieszczeniu w stosunku do kontroli. Na podstawie wyników z pomiaru aktywności lucyferazy, wiemy, że zmiany te wynikają ze zmniejszonej aktywacji promotora MMP-2 podczas zahamowania glikolizy oraz, że rejon regulatorowy zlokalizowany jest między pozycjami -103 a +18 pz.

Most cancer cells make use of the Warburg effect in order to obtain energy for life. This is the characteristic phenomena of cancer or fast proliferative cells, based on enhanced glycolysis regardless of normoxic or hypoxic conditions. Despite lower energy efficiency this strategy can give cancer cells plenty of advantages such as material for biosynthesis of all groups of biological molecules or acidic environment, which promotes mutations, angiogenesis, immunosuppresion or activation of metalloproteinases. For this reason, metabolic targeting seems to be a prospective cancer treatment. Another important hallmark of cancer cells is their ability of metastasis/invasion. This process requires special enzymes, enabling cancer cells to degrade the extracellular matrix (ECM), matrix metalloproteinases (MMPs). Normally, MMPs play a crucial role in many physiological processes, including embryonic growth and development, implantation, morphogenesis, bone remodeling, wound healing, angiogenesis, apoptosis, and nerve growth, but overexpression and hyperactivity of MMPs can lead to cancer progression. Increased activity of MMPs is associated with various cancers such as gastric, esophageal, breast, prostate, lung, bladder, and ovarian carcinoma. In this project we focused on the regulation of the expression of MMP-2. MMP-2 can degrade gelatins and several types of collagen. It is constitutively expressed in astrocytomas (brain tumours). The aim of this study was to investigate if the inhibition of glycolysis can lead to attenuation of MMP-2 expression and activity. Research was done using human U251 MG cell line, derived from a malignant glioblastoma. Results from qPCR show that treatment with the inhibitor of glycolysis, 2-deoxyglucose (2-DG), can lead to up to 50% decrease of MMP-2 mRNA level. Using gelatin zymography we observed significant downfall in MMP-2 activity. Cell migration assay indicates that cells treated with 2-DG migrate slower and have smaller displacement comparing to control conditions. From luciferase assay results we know that these alternations are caused by lower MMP-2 promoter activation during inhibition of glycolysis and that the regulatory region is located between -103 and +18 bp position.