Kim, Songwon;Lee, Sang Soo;Park, Jun Gyou;Kim, Ji Won;Ju, Seulgi;Choi, Seung Hun;Kim, Subin;Kim, Na Jin;Hong, Semi;Kang, Jin Young;Jin, Mi Sun
Molecules and Cells
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제45권8호
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pp.575-587
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2022
Human ABCB6 is an ATP-binding cassette transporter that regulates heme biosynthesis by translocating various porphyrins from the cytoplasm into the mitochondria. Here we report the cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures of human ABCB6 with its substrates, coproporphyrin III (CPIII) and hemin, at 3.5 and 3.7 Å resolution, respectively. Metal-free porphyrin CPIII binds to ABCB6 within the central cavity, where its propionic acids form hydrogen bonds with the highly conserved Y550. The resulting structure has an overall fold similar to the inward-facing apo structure, but the two nucleotide-binding domains (NBDs) are slightly closer to each other. In contrast, when ABCB6 binds a metal-centered porphyrin hemin in complex with two glutathione molecules (1 hemin: 2 glutathione), the two NBDs end up much closer together, aligning them to bind and hydrolyze ATP more efficiently. In our structures, a glycine-rich and highly flexible "bulge" loop on TM helix 7 undergoes significant conformational changes associated with substrate binding. Our findings suggest that ABCB6 utilizes at least two distinct mechanisms to fine-tune substrate specificity and transport efficiency.
Background: Multidrug resistance (MDR) to chemotherapy drugs remains a major challenge in clinical cancer treatment. Here we investigated whether and how ginsenoside Rg5 overcomes the MDR mediated by ABCB1 transporter in vitro and in vivo. Methods: Cytotoxicity and colon formation as well as the intracellular accumulation of ABCB1 substrates were carried out in MDR cancer cells A2780/T and A549/T for evaluating the reversal effects of Rg5. The expressions of ABCB1 and Nrf2/AKT pathway were determined by Western blotting. An A549/T cell xenograft model was established to investigate the MDR reversal activity of Rg5 in vivo. Results: Rg5 significantly reversed ABCB1-mediated MDR by increasing the intracellular accumulation of ABCB1 substrates without altering protein expression of ABCB1. Moreover, Rg5 activated ABCB1 ATPase and reduced verapamil-stimulated ATPase activity, suggesting a high affinity of Rg5 to ABCB1 binding site which was further demonstrated by molecular docking analysis. In addition, co-treatment of Rg5 and docetaxel (TXT) suppressed the expression of Nrf2 and phosphorylation of AKT, indicating that sensitizing effect of Rg5 associated with AKT/Nrf2 pathway. In nude mice bearing A549/T tumor, Rg5 and TXT treatment significantly suppressed the growth of drug-resistant tumors without increase in toxicity when compared to TXT given alone at same dose. Conclusion: Therefore, combination therapy of Rg5 and chemotherapy drugs is a strategy for the adjuvant chemotherapy, which encourages further pharmacokinetic and clinical studies.
Gastric cancer (GC) is one of the most common malignancies worldwide. The ABCB1 protein, a member of the ATP-binding cassette (ABC) transporter family, encoded by the ABCB1 gene, considerably influences the distribution of drugs across cell membranes as well as multidrug resistance (MDR) of antineoplastic drugs. In contrast to the extensive knowledge on the pharmacological action of ABCB1 protein, the correlation between the clinical-pathological data and ABCB1 protein expression in patients with GC remains unclear. The aim was to investigate association between ABCB1 expression and overall survival in GC patients. Human tumor fragments from 57 GC patients were examined by immunohistochemistry assay. We observed lower survival rate of patients with GC who were positive for ABCB1 expression (p=0.030). Based on these observations, we conclude that GC patients with positive ABCB1 protein immunohistochemical expression in their tumors suffer shorter overall survival.
Hepatitis B virus (HBV) encoding the HBV x protein (HBx) is a known causative agent of hepatocellular carcinoma (HCC). Its pathogenic activities in HCC include interference with several signaling pathways associated with cell proliferation and apoptosis. Mutant C-terminal-truncated HBx isoforms are frequently found in human HCC and have been shown to enhance proliferation and invasiveness leading to HCC malignancy. We investigated the molecular mechanism of the reduced doxorubicin cytotoxicity by C-terminal truncated HBx. Cells transfected with C-terminal truncated HBx exhibited reduced cytotoxicity to doxorubicin compared to those transfected with full-length HBx. The doxorubicin resistance of cells expressing C-terminal truncated HBx correlated with upregulation of the ATP binding cassette subfamily B member 1(ABCB1) transporter, resulting in the enhanced efflux of doxorubicin. Inhibiting the activity of ABCB1 and silencing ABCB1 expression by small interfering ribonucleic acid (siRNA) increased the cytotoxicity of doxorubicin. These results indicate that elevated ABCB1 expression induced by C-terminal truncation of HBx was responsible for doxorubicin resistance in HCC. Hence, co-treatment with an ABCB1 inhibitor and an anticancer agent may be effective for the treatment of patients with liver cancer containing the C-terminal truncated HBx.
Background: One of the major mechanisms for drug resistance is associated with altered anticancer drug transport, mediated by the human-adenosine triphosphate binding cassette (ABC) transporter superfamily proteins. The overexpression of adenosine triphosphate binding cassette, sub-family B, member 1 (ABCB1) by multidrug-resistant cancer cells is a serious impediment to chemotherapy. In our study we have studied the possibility that structural single-nucleotide polymorphisms (SNP) are the mechanism of ABCB1 overexpression. Materials and Methods: A total of 101 gastric cancer multidrug resistant cases and 100 controls were genotyped with sequence-specific primed PCR (SSP-PCR). Gene expression was evaluated for 70 multidrug resistant cases and 54 controls by real time PCR. The correlation between the two groups was based on secondary structures of RNA predicted by bioinformatics tool. Results: The results of genotyping showed that among 3 studied SNPs, rs28381943 and rs2032586 had significant differences between patient and control groups but there were no differences in the two groups for C3435T. The results of real time PCR showed over-expression of ABCB1 when we compared our data with each of the genotypes in average mode. Prediction of secondary structures in the existence of 2 related SNPs (rs28381943 and rs2032586) showed that the amount of ${\Delta}G$ for original mRNA is higher than the amount of ${\Delta}G$ for the two mentioned SNPs. Conclusions: We have observed that 2 of our studied SNPs (rs283821943 and rs2032586) may elevate the expression of ABCB1 gene, through increase in mRNA stability, while this was not the case for C3435T.
We conducted a comprehensive study to investigate the role of genes involved in transport pathways in response to chemotherapy and clinical outcome of osteosarcoma cases. Genotyping of six SNPs was performed in a 384-well plate format on the Sequenom MassARRAY platform for 208 osteosarcoma patients to reveal any correlations of the six SNPs with response to chemotherapy and clinical outcome. Individuals with the ABCB1 rs1128503 TT and ABCC3 rs4148416 TT genotypes had a higher probability of responding poorly to chemotherapy, indicated by odds ratios (ORs) of 2.46 (95%CI, 1.21-5.74) and 3.78 (95% CI, 1.20-13.85), respectively. Moreover, the ABCB1 rs1128503 TT and ABCC3 rs4148416 TT genotypes were significantly associated with shorter diseasefree survival (DFS) and overall survival (OS). Our study found the two SNPs in two transporter genes and one phase II metabolism enzyme to be associated with response to chemotherapy and overall survival in osteosarcoma patients, suggesting potential prognostic biomarker applications of the two SNPs.
카드뮴과 같은 중금속은 독성이 높아 수서 생물과 인간에게 해로운 영향을 미친다고 알려져 있다. 본 연구에서는 해양 섬모충 Euplotes crassus에서 카드뮴이 해독 기전에 관여하는 ABC transporters (ABCs)와 glutathione S-transferase (GST)의 유전자 발현에 미치는 영향을 조사하였다. 총 7개의 ABCs 유전자와 1개의 GST 유전자 일부를 클로닝하여 유전자 분석을 실시하였고, 카드뮴(0.1~1 mg/l) 노출에 따른 이들 유전자의 발현 양상을 quantitative real time RT-PCR (qRT-PCR)을 이용하여 분석하였다. 염기서열 분석과 계통 분석 결과 이들 ABCs 유전자가 ABC transporter의 특징을 가지며, ABC-B/C family에 속하는 것을 확인하였고, GST 유전자는 theta isoform과 유사한 것으로 나타났다. 카드뮴에 8시간 노출시킨 결과 ABC transporter 유전자의 경우 ABCB21 유전자를 제외하고는 대부분 농도 의존적으로 유전자 발현이 유의하게 증가하였다. GST 유전자는 0.5 mg/l에서 가장 높은 유전자 발현 양상을 보였으며, 1 mg/l에서는 발현량이 대조군 수준으로 감소되었다. 본 연구 결과는 E. crassus의 ABC transporter와 GST 유전자가 카드뮴에 의해 유도되는 독성에 대한 방어 기전에 참여하는 것을 의미한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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