Sangkyu Park;Dongbum Kim;Haiyoung Jung;In Pyo Choi;Hyung-Joo Kwon;Younghee Lee
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.1
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pp.115-122
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2024
Heat shock protein (HSP) 90 is expressed in most living organisms, and several client proteins of HSP90 are necessary for cancer cell survival and growth. Previously, we found that HSP90 was cleaved by histone deacetylase (HDAC) inhibitors and proteasome inhibitors, and the cleavage of HSP90 contributes to their cytotoxicity in K562 leukemia cells. In this study, we first established mouse xenograft models with K562 cells expressing the wild-type or cleavage-resistant mutant HSP90β and found that the suppression of tumor growth by the HDAC inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) was interrupted by the mutation inhibiting the HSP90 cleavage in vivo. Next, we investigated the possible function of thioredoxin interacting protein (TXNIP) in the HSP90 cleavage induced by SAHA. TXNIP is a negative regulator for thioredoxin, an antioxidant protein. SAHA transcriptionally induced the expression of TXNIP in K562 cells. HSP90 cleavage was induced by SAHA also in the thymocytes of normal mice and suppressed by an anti-oxidant and pan-caspase inhibitor. When the thymocytes from the TXNIP knockout mice and their wild-type littermate control mice were treated with SAHA, the HSP90 cleavage was detected in the thymocytes of the littermate controls but suppressed in those of the TXNIP knockout mice suggesting the requirement of TXNIP for HSP90 cleavage. We additionally found that HSP90 cleavage was induced by actinomycin D, β-mercaptoethanol, and p38 MAPK inhibitor PD169316 suggesting its prevalence. Taken together, we suggest that HSP90 cleavage occurs also in vivo and contributes to the anti-cancer activity of various drugs in a TXNIP-dependent manner.
It is well established that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is expressed not only in the brain but also in skeletal muscle, and is required for normal neuromuscular system function. Histone deacetylases (HDACs) and insulin-like growth factor-I (IGF-I) are potent regulators of skeletal muscle myogenesis and muscle gene expression, but the mechanisms of HDAC and IGF-I in skeletal muscle-derived BDNF expression have not been examined. In this study, we examined the effect of IGF-I and suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), a pan-HDAC inhibitor, on BDNF induction. Proliferating or differentiating C2C12 skeletal muscle cells were treated with increasing concentrations (0-50 ng/ml) of IGF-I in the absence or presence of $5{\mu}M$ SAHA for various time periods (3-24 hr). Treatment of C2C12 cells with IGF-I resulted in a dose- and time-dependent decrease in BDNF mRNA expression. However, inhibition of HDAC led to a significant increase in the expression of BDNF mRNA levels. In addition, immunocytochemistry revealed high BDNF protein levels in undifferentiated C2C12 skeletal muscle cells, whether untreated, IGF-I-treated, or exposed to SAHA. These results represent the first evidence that IGF-I can suppress the mRNA and protein expression of BDNF; conversely, SAHA attenuates the effects of IGF-I. Consequently, SAHA upregulates BDNF expression in C2C12 skeletal muscle cells.
Park, Jeong-A;Kim, Young-Eun;Seok, Hyun-Jeong;Park, Woo-Youn;Kwon, Hyung-Joo;Lee, Young-Hee
BMB Reports
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v.44
no.3
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pp.176-181
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2011
Inhibiting histone deacetylase (HDAC) activity modulates the epigenetic status of cells, resulting in an alteration of gene expression and cellular function. Here, we investigated the effects of HDAC inhibitors on mouse embryonic stem (ES) cells. The HDAC inhibitors trichostatin A, suberoylanilide hydroxamic acid, sodium butyrate, and valproic acid induced early differentiation of mouse ES cells and triggered induction of heat-shock protein (HSP)70. In contrast, class III HDAC inhibitors failed to induce differentiation or HSP70 expression. Transcriptional upregulation of HSP70 was confirmed by mRNA expression analysis, an inhibitor study, and chromatin immunoprecipitation. HSP70 induction was dependent on the SAPK/JNK, p38, and PI3K/Akt pathways. Differentiation and induction of HSP70 by a subset of HDAC inhibitors was also examined in human ES cells, which suggests that the phenomenon generally occurs in ES cells. A better understanding of the effects of HDAC inhibitors may give more insight into their application in stem cell biology.
Se-Yun Hong;Seong-Min Lee;Pyung-Hwan Kim;Keun-Sik Kim
Biomedical Science Letters
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v.28
no.4
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pp.247-259
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2022
Immunotherapy, which uses an immune mechanism in the body, has received considerable attention for cancer treatment. Suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), also known as a histone deacetylase inhibitor (HDACi), is used as a cancer treatment to induce active immunity by increasing the expression of T cell-induced chemokines. However, this SAHA treatment has the disadvantage of causing PD-L1 overexpression in tumor cells. In this study, we prevented PD-L1 overexpression by blocking the PD-1/PD-L1 pathway using PD-L1 siRNA. We designed two types of liposomes, the neutral lipid 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin (POPC) for SAHA, and 1,2-dioleoyl-3-trimethylammoniumpropane (DOTAP) for siRNA. To effectively target PD-L1 in cancer cells, we conjugated PD-L1 antibody with liposomes containing SAHA or PD-L1 siRNA. These immunoliposomes were also evaluated for cytotoxicity, gene silencing, and T-cell-induced chemokine expression in human non-small cell lung cancer A549 cells. It was confirmed that the combination of the two immunoliposomes increased the cancer cell suppression efficacy through Jurkat T cell induction more than twice compared to SAHA alone treatment. In conclusion, this combination of immunoliposomes containing a drug and nucleic acid has promising therapeutic potential for non-small-cell lung carcinoma (NSCLC).
Liposomes are one of the most actively studied and promising drug delivery systems for the treatment of various diseases. In this study, an aptamer-conjugated liposome called "aptamosome" was used, in which an anti-PD-L1 aptamer targeting cancer cells was conjugated to the liposome. These aptamosomes showed remarkable cellular uptake and efficient delivery to Lewis lung carcinoma 2 (LL/2) cancer cells. In addition, suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), a histone deacetylase inhibitor (HDACi), was delivered through this aptamer to induce a strong anticancer immunotherapeutic effect. The results of this study showed that when LL/2 cells were treated with SAHA-entrapped aptamosome [SAHA] and liposome [SAHA] and free SAHA, aptamosome [SAHA] improved cell death compared with that of liposomes [SAHA] or free SAHA, and it has demonstrated anticancer efficacy. Moreover, aptamosome [SAHA] induce the secretion of chemokines that promote the migration of activated T cells into tumor tissues. Finally, in vivo experiments showed that aptamosome [SAHA] significantly inhibited the growth rate of LL/2 tumors. Therefore, liposomes combined with an anti-PD-L1 aptamer for efficient SAHA delivery are suggested as an excellent model for drug delivery systems suitable for targeting cancer cells.
Histone deacetylation mediated by histone deacetylases (HDACs) has been reported as one of the epigenetic mechanisms associated with tumorigenesis. The poor responsiveness of anticancer drugs found with cholangiocarcinoma (CCA) leads to short survival rate. We aimed to investigate mRNA expression of HDACs class I and II, and the effect of HDAC inhibitors, suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) and valproic acid (VPA), in CCA in vitro. Expression of HDACs was studied in CCA cell lines (M213, M214 and KKU-100) and an immortal cholangiocyte (MMNK1) by semi-quantitative reverse transcription-PCR. SAHA and VPA, as well as a classical chemotherapeutic drug 5 -fluorouacil (5-FU) were used in this study. Cell proliferation was determined by sulforhodamine assay. $IC_{50}$ and $IC_{20}$ were then analyzed for each agent and cell line. Moreover, synergistic potentional of VPA or SAHA in combination with 5-FU at sub toxic does ($IC_{20}$) of each agent was also evaluated. Statistic difference of HDACs expression or cell proliferation in each experimental condition was analyzed by Student's t-test. The result demonstrated that HDACs were expressed in all studied cell types. Both SAHA and VPA inhibited cell proliferation in a dose-dependent manner. Interestingly, KKU-100 which was less senstitive to classical chemotheraoeutic 5-FU was highly was sensitive to HDAC inhibitors. Simultaneous combination of subtoxic doses of HDAC inhibitors and 5-FU signiicantly inhibited cell proliferation in CCA cell lines compared to single sgent treatment($P{\leq}0.01$), while sequentially combined treatments were less effective. The present study showed inhibitory effects of HDACIs on cell proliferation in CCA cell lines, with synergistic antitumor potential demonstrated by simultaneous combination of VPA or SAHA with 5-FU, suggesting a novel alternative therapeutic strategy in effective treatment of CCA.
$N^1$-(2, 5-dimethoxyphenyl)-$N^8$-hydroxyoctanediamide (N25) is a novel SAHA cap derivative of HDACi, with a patent (No. CN 103159646). This invention is a hydroxamic acid compound with a structural formula of $RNHCO(CH_2)6CONHOH$ (wherein R=2, 5dimethoxyaniline), a pharmaceutically acceptable salt which is soluble. In the present study, we investigated the effects of N25 with regard to drug distribution and molecular docking, and anti-proliferation, apoptosis, cell cycling, and $LD_{50}$. First, we designed a molecular approach for modeling selected SAHA derivatives based on available structural information regarding human HDAC8 in complex with SAHA (PDB code 1T69). N25 was found to be stabilized by direct interaction with the HDAC8. Anti-proliferative activity was observed in human glioma U251, U87, T98G cells and human lung cancer H460, A549, H1299 cells at moderate concentrations ($0.5-30{\mu}M$). Compared with SAHA, N25 displayed an increased antitumor activity in U251 and H460 cells. We further analyzed cell death mechanisms activated by N25 in U251 and H460 cells. N25 significantly increased acetylation of Histone 3 and inhibited HDAC4. On RT-PCR analysis, N25 increased the mRNA levels of p21, however, decreased the levels of p53. These resulted in promotion of apoptosis, inducing G0/G1 arrest in U251 cells and G2/M arrest in H460 cells in a time-dependent and dose-dependent manner. In addition, N25 was able to distribute to brain tissue through the blood-brain barrier of mice ($LD_{50}$: 240.840mg/kg). In conclusion, our findings demonstrate that N25 will provide an invaluable tool to investigate the molecular mechanism with potential chemotherapeutic value in several malignancies, especially human glioma.
Objectives: In recent years, a number of structurally diverse Histone deacetylase (HDAC) inhibitors have been identified and these HDAC inhibitors induce growth arrest, differentiation and/or apoptosis of cancer cells in vitro and in vivo. This study aimed at investigating the antitumor activity of newly synthesized HDAC inhibitor, 3-(4-dimethylamino phenyl)-N-hydroxy-2-propenamide (IN-2001) using human breast cancer cells. Methods: We have synthesized a new HDAC inhibitor, IN-2001, and cell proliferation inhibition assay with this chemical in estrogen receptor-positive human breast cancer MCF-7 cells. Cell cycle analysis on MCF-7 cells treated with IN-2001 was carried out by flow cytometry and gene expression was measured by RT-PCR. Results: In MCF-7 cells IN-2001 showed remarkable anti-proliferative effects in a dose- and time-dependent manner. In MCF-7 cells, IN-2001 showed a more potent growth inhibitory effect than that of suberoylanilide hydroxamic acid. These growth inhibitory effects were related to the cell cycle arrest and induction of apoptosis. IN-2001 showed accumulation of cells at $G_2$/M phase and of the sub-$G_1$ population in a time-dependent manner, representing apoptotic cells. IN-2001-mediated cell cycle arrest was associated with HDAC inhibitor-mediated induction of CDK inhibitor expression. In MCF-7 cells, IN-2001 significantly increased $p21^{WAF1}$ expression. Conclusions: In summary, cyclin-dependent kinase (CDK) induced growth inhibition, possibly through modulation of cell cycle and apoptosis regulatory proteins, such as CDK inhibitors, and cyclins. Taken together, these results provide an insight into the utility of HDAC inhibitors as a novel chemotherapeutic regime for hormone-sensitive and insensitive breast cancer.
Richa, Sachan;Dey, Prasanta;Park, Chaeun;Yang, Jungho;Son, Ji Yeon;Park, Jae Hyeon;Lee, Su Hyun;Ahn, Mee-Young;Kim, In Su;Moon, Hyung Ryong;Kim, Hyung Sik
Biomolecules & Therapeutics
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v.28
no.2
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pp.184-194
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2020
Histone deacetylase (HDAC) inhibitors represent a novel class of anticancer agents, which can be used to inhibit cell proliferation and induce apoptosis in several types of cancer cells. In this study, we investigated the anticancer activity of MHY4381, a newly synthesized HDAC inhibitor, against human prostate cancer cell lines and compared its efficacy with that of suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), a well-known HDAC inhibitor. We assessed cell viability, apoptosis, cell cycle regulation, and other biological effects in the prostate cancer cells. We also evaluated a possible mechanism of MHY4381 on the apoptotic cell death pathway. The IC50 value of MHY4381 was lower in DU145 cells (IC50=0.31 µM) than in LNCaP (IC50=0.85 µM) and PC-3 cells (IC50=5.23 µM). In addition, the IC50 values of MHY4381 measured in this assay were significantly lower than those of SAHA against prostate cancer cell lines. MHY4381 increased the levels of acetylated histones H3 and H4 and reduced the expression of HDAC proteins in the prostate cancer cell lines. MHY4381 increased G2/M phase arrest in DU145 cells, and G1 arrest in LNCaP cells. It also activated reactive oxygen species (ROS) generation, which induced apoptosis in the DU145 and LNCaP cells by increasing the ratio of Bax/Bcl-2 and releasing cytochrome c into the cytoplasm. Our results indicated that MHY4381 preferentially results in antitumor effects in DU145 and LNCaP cells via mitochondria-mediated apoptosis and ROS-facilitated cell death pathway, and therefore can be used as a promising prostate cancer therapeutic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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