Object: To detect expression of hypoxia inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) and lysyl oxidase (LOX) in non-small cell lung cancer (NSCLC) and explore their roles in prognosis. Methods: The mRNA levels of HIF-$1{\alpha}$ and LOX were investigated by real-time reverse-transcriptase polymerase chain reaction in 40 cases of tumour and paired normal tissues. In addition, protein expression of HIF-$1{\alpha}$ and LOX was examined by immunohistochemistry in 82 cases of tumour and 45 paired normal tissues. The relationship between HIF-$1{\alpha}$ or LOX and clinicopathologic characteristics, as well as the correlation between HIF-$1{\alpha}$ and LOX, were also examined. Kaplan-Meier survival curves and the log-rank test were used to analyze progression-free survival. Results: HIF-$1{\alpha}$ or LOX mRNA levels in tumor tissues was significantly higher than those in paired normal tissues (p<0.01). Positive HIF-$1{\alpha}$ or LOX protein expression in tumor tissues was noted in 46/82 (56.1%) and 49/82 (59.8%) of the cases, respectively, being significantly higher than those in paired normal tissues (p<0.05). There was significant correlation between the expression of HIF-$1{\alpha}$ or LOX and tumor size, lymph node metastasis and pathological stage (p<0.05). The expression of HIF-$1{\alpha}$ and LOX had a significant inverse impact on survival of patients with NSCLC. Conclusion: HIF-$1{\alpha}$ and LOX may play a pivotal role in the development of NSCLC, and may act in synergy to promote the progression of NSCLC.
Receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) is an osteoblast/stromal cell-derived essential factor for osteoclastogenesis. During endochondral bone formation, hypertrophic chondrocytes calcify cartilage matrix that is subsequently resorbed by osteoclasts in order to be replaced by new bone. Hypoxia-induced upregulation of RANKL expression has been previously demonstrated in an in vitro system using osteoblasts; however, the involved mechanism remains unclear in chondrocytes. In the present study, we investigated whether hypoxia regulates RANKL expression in ATDC5 cells, a murine chondrogenic cell line, and hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) mediates hypoxia-induced RANKL expression by transactivating the RANKL promoter. The expression levels of RANKL mRNA and protein, as well as HIF-$1{\alpha}$ protein, were significantly increased in ATDC5 cells under hypoxic condition. Constitutively active HIF-$1{\alpha}$ alone significantly increased the levels of RANKL expression under normoxic conditions, whereas dominant negative HIF-$1{\alpha}$ reduced hypoxia-induced RANKL expression. HIF-$1{\alpha}$ increased RANKL promoter reporter activity in a HIF-$1{\alpha}$ binding element-dependent manner in ATDC5 cells. Hypoxia-induced RANKL levels were much higher in differentiated ATDC5 cells, as compared to proliferating ATDC5 cells. These results suggested that under hypoxic conditions, HIF-$1{\alpha}$ mediates induction of RANKL expression in chondrocytes; in addition, hypoxia plays a role in osteoclastogenesis during endochondral bone formation, at least in part, through the induction of RANKL expression in hypertrophic chondrocytes.
In rapidly growing tumors, hypoxia commonly develops due to the imbalance between $O_2$ consumption and supply. Hypoxia Inducible Factor (HIF)-$1{\alpha}$ is a transcription factor responsible for tumor growth and angiogenesis in the hypoxic microenvironment; thus, its inhibition is regarded as a promising strategy for cancer therapy. Given that CamKII or PARP inhibitors are emerging anticancer agents, we investigated if they have the potential to be developed as new HIF-$1{\alpha}$-targeting drugs. When treating various cancer cells with the inhibitors, we found that a CamKII inhibitor, KN-62, effectively suppressed HIF-$1{\alpha}$ specifically in hepatoma cells. To examine the effect of KN-62 on HIF-$1{\alpha}$-driven gene expression, we analyzed the EPO-enhancer reporter activity and mRNA levels of HIF-$1{\alpha}$ downstream genes, such as EPO, LOX and CA9. Both the reporter activity and the mRNA expression were repressed by KN-62. We also found that KN-62 suppressed HIF-$1{\alpha}$ by impairing synthesis of HIF-$1{\alpha}$ protein. Based on these results, we propose that KN-62 is a candidate as a HIF-$1{\alpha}$-targeting anticancer agent.
The developing embryo naturally experiences relatively low oxygen conditions in vivo. Under in vitro hypoxia, mouse embryonic stem cells (mESCs) lose their self-renewal activity and display an early differentiated morphology mediated by the hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$). Previously, we demonstrated that histone deacetylase (HDAC) is activated by hypoxia and increases the protein stability and transcriptional activity of HIF-$1{\alpha}$ in many human cancer cells. Furthermore HDAC1 and 3 mediate the differentiation of mECSs and hematopoietic stem cells. However, the role of HDACs and their inhibitors in hypoxia-induced early differentiation of mESCs remains largely unknown. Here, we examined the effects of several histone deacetylase inhibitors (HDACIs) on the self-renewal properties of mESCs under hypoxia. Inhibition of HDAC under hypoxia effectively decreased the HIF-$1{\alpha}$ protein levels and substantially improved the expression of the LIF-specific receptor (LIFR) and phosphorylated-STAT3 in mESCs. In particular, valproic acid (VPA), a pan HDACI, showed dramatic changes in HIF-$1{\alpha}$ protein levels and LIFR protein expression levels compared to other HDACIs, including sodium butyrate (SB), trichostatin A (TSA), and apicidin (AP). Importantly, our RT-PCR data and alkaline phosphatase assays indicate that VPA helps to maintain the self-renewal activity of mESCs under hypoxia. Taken together, these results suggest that VPA may block the early differentiation of mESCs under hypoxia via the destabilization of HIF-$1{\alpha}$.
Jeong, Jee-Yeong;Zhou, Jin-Rong;Gao, Chong;Feldman, Laurie;Sytkowski, Arthur J.
BMB Reports
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v.47
no.7
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pp.411-416
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2014
In the present study, we demonstrate that ectopic expression of 56-kDa human selenium binding protein-1 (hSP56) in PC-3 cells that do not normally express hSP56 results in a marked inhibition of cell growth in vitro and in vivo. Down-regulation of hSP56 in LNCaP cells that normally express hSP56 results in enhanced anchorage-independent growth. PC-3 cells expressing hSP56 exhibit a significant reduction of hypoxia inducible protein (HIF)-$1{\alpha}$ protein levels under hypoxic conditions without altering HIF-$1{\alpha}$ mRNA (HIF1A) levels. Taken together, our findings strongly suggest that hSP56 plays a critical role in prostate cells by mechanisms including negative regulation of HIF-$1{\alpha}$, thus identifying hSP56 as a candidate anti-oncogene product.
Kim, Sung-Hye;Seo, Hee-Won;Lee, Min-Ho;Chung, Jin-Ho;Lee, Byung-Hoon;Lee, Mi-Ock
Toxicological Research
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v.25
no.4
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pp.189-193
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2009
Hypoxia inducible factor $1\alpha$ (HIF-$1\alpha$) is a potential marker of carcicnogenesis since it is overexpresssed in many human cancers such as brain, breast, and uterus, and its role has implicated in tumor cell growth and metastasis. In this study, we established a stable cell line that express green fluorescence protein (GFP)-fused hypoxia inducible factor $1\alpha$ (HIF-$1\alpha$) and evaluated the potential use of this cell line for assessment of carcinogenicity of chemical toxicants. Western blot analysis as well as fluorescence measurements showed that protein-level of GFP-HIF-$1\alpha$ was significantly enhanced in a dose-dependent manner upon treatment of hypoxia mimicking agents such as dexferrioxamine and $CoCl_2$. Well-Known tumor promoters such as mitomycin and methyl methanesulfonate. significantly induced the fluorescence intensity of GFP-HIF-$1\alpha$, whereas the known negative controls such as o-anthranilic acid and benzethonium chloride, did not. These results indicate that HIF-$1\alpha$ could be a biological parameter for detection of tumor initiators/promoters and suggest that the GFP-HIF-$1\alpha$ cell line is a useful system for screening of carcinogenic toxicants.
Studies on hypoxia-signaling pathways have revealed novel Fe(II) and $\alpha$-ketoglutarate-dependent dioxygenases that hydroxylate prolyl or asparaginyl residues of a transactivator, Hypoxia-Inducible $Factor-\alpha(HIF-\alpha)$ protein. The recognition of these unprecedented dioxygenases has led to open a new paradigm that the hydroxylation mediates an instant post-translational modification of a protein in response to the changes in cellular concentrations of oxygen, reducing agents, or $\alpha$-ketoglutarate. Activity of $HIF-\alpha$ is repressed by two hydroxylases. One is $HIF-\alpha$ specific prolyl-hydroxylases, referred as prolyl-hydroxylase domain(PHD). The other is $HIF-\alpha$ specific asparaginyl-hydroxylase, referred as factor-inhibiting HIF-1(FIH-1). The facts (i) that many dioxygenases commonly use molecular oxygen and reducing agents during detoxification of xenobiotics, (ii) that detoxification reaction produces radicals and reactive oxygen species, and (iii) that activities of both PHD and FIH-1 are regulated by the changes in the balance between oxygen species and reducing agents, imply the possibility that the activity of $HIF-\alpha$ can be increased during detoxification process. The importance of $HIF-\alpha$ in cancer and ischemic diseases has been emphasized since its target genes mediate various hypoxic responses including angiogenesis, erythropoiesis, glycolysis, pH balance, metastasis, invasion and cell survival. Therefore, activators of PHDs and FIH-1 can be potential anticancer drugs which could reduce the activity of HIF, whereas inhibitors, for preventing ischemic diseases. This review highlights these novel dioxygenases, PHDs and FIH-1 as specific target against not only cancers but also ischemic diseases.
Osteocytes may function as mechanotransducers by regulating local osteoclastogenesis. Reduced availability of oxygen, i.e. hypoxia, could occur during disuse, bone development, and fracture. Receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) is an osteoblast/stromal cell derived essential factor for osteoclastogenesis. The hypoxia induced osteoclastogenesis via increased RANKL expression in osteoblasts was demonstrated. Hypoxic regulation of gene expression generally involves activation of the hypoxia-inducible factor (HIF) transcription pathway. In the present study, we investigated whether hypoxia regulates RANKL expression in murine osteocytes and HIF-$1{\alpha}$ mediates hypoxia-induced RANKL expression by transactivating RANKL promoter, to elucidate the role of osteocyte in osteoclastogenesis in the context of hypoxic condition. The expression levels of RANKL mRNA and protein, as well as hypoxia inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) protein, were significantly increased in hypoxic condition in MLO-Y4s. Constitutively active HIF-$1{\alpha}$ alone significantly increased the levels of RANKL expression in MLO-Y4s under normoxic conditions, whereas dominant negative HIF-$1{\alpha}$ blocked hypoxia-induced RANKL expression. To further explore to find if HIF-$1{\alpha}$ directly regulates RANKL transcription, a luciferase reporter assay was conducted. Hypoxia significantly increased RANKL promoter activity, whereas mutations of putative HIF-$1{\alpha}$ binding elements in RANKL promoter prevented this hypoxia-induced RANKL promoter activity in MLO-Y4s. These results suggest that HIF-$1{\alpha}$ mediates hypoxia-induced up-regulation of RANKL expression, and that in osteocytes of mechanically unloaded bone, hypoxia enhances osteoclastogenesis, at least in part, via an increased RANKL expression in osteocytes.
Hong, Sun Woo;Yoo, Jae Wook;Kang, Hye Suk;Kim, Soyoun;Lee, Dong-ki
Molecules and Cells
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v.27
no.2
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pp.243-250
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2009
Recent studies suggest a novel role of $HIF-1{\alpha}$ under nonhypoxic conditions, including antibacterial and antiviral innate immune responses. However, the identity of the pathogen-associated molecular pattern which triggers $HIF-1{\alpha}$ activation during the antiviral response remains to be identified. Here, we demonstrate that cellular administration of double-stranded nucleic acids, the molecular mimics of viral genomes, results in the induction of $HIF-1{\alpha}$ protein level as well as the increase in $HIF-1{\alpha}$ target gene expression. Whole-genome DNA microarray analysis revealed that double-stranded nucleic acid treatment triggers induction of a number of hypoxia-inducible genes, and induction of these genes are compromised upon siRNA-mediated $HIF-1{\alpha}$ knock-down. Interestingly, $HIF-1{\alpha}$ knock-down also resulted in down-regulation of a number of genes involved in antiviral innate immune responses. Our study demonstrates that $HIF-1{\alpha}$ activation upon nucleic acid-triggered antiviral innate immune responses plays an important role in regulation of genes involved in not only hypoxic response, but also immune response.
Psoriasis is a chronic skin disease characterized by angiogenesis. It has been reported that growth factor as vascular endothelial growth factor(VEGF) and insulin like growth factor(IGF) II are overexpressed in psoriatic epidermis. To investigate the inhibitory effects of IGF-II induced VEGF and HIF-1${\alpha}$ expression by RR extracts, we performed MTS assay, western blots using HaCaT cells. RR extracts significantly reduced IGF-II induced HIF 1${\alpha}$ protein level via MAPK pathway in HaCaT cells. Also, RR extracts inhibited IGF-II induced VEGF mRNA and protein expression levels in the HaCaT keratinocytes. These results suggest that inhibition of HIF-1${\alpha}$ and VEGF expressions by RR extracts contributes to the anti angiogenic effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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