Decodificación del interactoma de HO-1 y su impacto en la arquitectura celular en cáncer de próstata

Abstract

El cáncer de próstata (PCa) es uno de los cánceres más frecuentes en el hombre y se considera una malignidad letal con gran incidencia en el mundo. HO-1 es la enzima limitante en la degradación del grupo hemo. Se reportó la participación de HO-1 en diferentes procesos celulares que exceden sus funciones canónicas. Trabajos previos de nuestro laboratorio demostraron que la inducción farmacológica de HO-1 disminuye la proliferación, invasión y migración en líneas de PCa y que tumores derivados de la línea PC3HO-1, que sobre-expresa de manera estable HO-1, resultan más diferenciados, presentan un menor índice mitótico y una significativa reducción de los niveles del ARNm de MMP9 comparado con sus respectivos controles.El objetivo general de este trabajo consistió en identificar los interactores moleculares de HO- 1 responsables de la remodelación del citoesqueleto y la arquitectura celular, que permitan explicar sus implicancias en PCa hacia un fenotipo menos agresivo. Los resultados muestran que la inducción de HO-1 en las células de PCa remodela el citoesqueleto, en particular los filopodios y los niveles de expresión de E-cadherina y ß-catenina y su localización en membrana. Mediante un abordaje proteómico, realizando espectrometría de masa a partir de células PC3 transfectadas con el plásmido p3xFLAGHO-1, inmunoprecipitamos FLAGHO-1 junto con sus proteínas asociadas. Identifcamos 56 proteínas asociadas a HO-1, donde más del 50% corresponde a moléculas que participan en la regulación del citoesqueleto y la remodelación de la arquitectura celular.Los resultados de proteómica fueron posteriormente integrados con los de transcriptómica, obtenidos de un RNAseq realizado a partir de células PC3 que sobre-expresan HO-1. Comprobamos que HO-1 regula proteínas de la vía del plasminógeno tipo uroquinasa (uPA). Finalmente, dado que el hueso es el sitio de metástasis más frecuente y considerando la importante desregulación de las proteínas del citoesqueleto en los estadios metastásicos del PCa, realizamos co-cultivos indirectos entre células PC3 y la líneas de progenitores óseos de origen murino (MC3T3 o RAW 264.7). Los medios condicionados de cada condición experimental del co-cultivo fueron utilizados para crecer células tumorales prostáticas sobre las cuales se estudiaron las prolongaciones celulares. Los resultados obtenidos demostraron que los MC provenientes del co-cultivo disminuyen los contactos entre células vecinas, mientras que el pre-tratamiento con hemina sobre las células de PCa previene este efecto.Los resultados obtenidos ponen de manifiesto el rol anti tumoral de HO-1 en PCa, en parte debido a la interacción con proteínas remodeladoras del citoesqueleto y la regulación negativa de vías celulares asociadas a la degradación de la matriz extracelular. Particularmente, la liberación de factores solubles en los medios condicionados de co-cultivos entre células PC3 pre-tratadas con hemina y células de hueso, impide la pérdida de contactos celulares en las células tumorales, lo cual podría prevenir la migración hacia el hueso.

Proteomics represents an important tool for the identification of new molecular targets for prostate cancer (PCa) tailored therapy. Considering the heterogeneity of the prostate tumors, a single biomarker does not seem sufficient to predict the disease outcome. Towards this end, we undertook an in-depth mass spectrometry-based proteomics study to build the Hemeoxygenase 1 (HO-1) interactome in PCa. We have previously shown the anti-tumoral role of HO-1 in PCa. We propose that HO-1 and its interactors reprogram PCa cells and remodel the cytoskeleton and the cell architecture, favoring a less aggressive phenotype. Our results show that HO-1 induction remodels the cytoskeleton of PCa cells, particularly filopodia and the expression and localization of Ecadherin and ß-catenin. Under HO-1 induction, PCa cells present reduced frequency in migration events, trajectory and cell velocity and, a significant higher proportion of filopodialike protrusions favoring zippering among neighboring cells. Accordingly, these effects were reversed under siHO-1. Given that bone is the main site of metastasis in PCa, we used a model of transwell co-culture system of PC3 cells with bone progenitors cell lines (MC3T3 or RAW 264.7). When PCa cells were grown in the presence of the conditioned media (CM) from the different experimental cocultures, cell protrusions and neighboring cell contacts were impaired and these effects were prevented under HO-1 forced expression in PC3 cells. FLAG immunoprecipitation assays were performed using lysates from PC3 cells transfected with FLAG-tagged HO-1, and the isolated proteins were subjected to LC/ESI-MSMS analysis. The HO-1 interactome yielded a network of 56 proteins, showcasing more than 50% of them related to cytoskeleton regulation and cell architecture remodeling. The bioinformatics screening for these cytoskeletal- related partners reveal that they are highly misregulated in prostate adenocarcinoma compared with normal prostate tissue. Transcriptomics profiling evidenced significant modulation of key markers related to cell adhesion and cell–cell communication under HO-1 induction. The integration from our omicsbased research provides a four-molecular pathway foundation (ANXA2/HMGA1/POU3F1; NFRSF13/GSN; TMOD3/RAI14/VWF; and PLAT/PLAU) behind HO-1 regulation of tumor cytoskeletal cell compartments. The complementary proteomics and transcriptomics approaches presented here promise to move us closer to unravel the molecular framework underpinning HO-1 involvement in the modulation of cytoskeleton pathways, pushing toward a less aggressive phenotype in PCa.