UBE2C fördert die Proliferation von Brustkrebs über den AKT/mTOR-Signalweg

Brustkrebs (BC) bleibt eine der häufigsten Ursachen für krebsbedingte Mortalität bei Frauen weltweit. Trotz Fortschritten in der Früherkennung und Behandlung bedürfen die molekularen Mechanismen, die das Fortschreiten von BC antreiben, einer tieferen Erforschung. Aktuelle Studien heben die Rolle des Ubiquitin-konjugierenden Enzyms E2C (UBE2C) in der Tumorgenese bei verschiedenen Krebsarten hervor, doch seine spezifischen Beiträge zur Pathogenese von BC sind noch unzureichend untersucht. Diese Untersuchung beleuchtet die molekularen Mechanismen, durch die UBE2C die Proliferation von BC beeinflusst, mit einem Fokus auf seine Regulation des AKT/mTOR-Signalwegs.

Datenerfassung und Identifikation differenziell exprimierter Gene

Die Studie integrierte Datensätze aus dem Gene Expression Omnibus (GEO) und The Cancer Genome Atlas (TCGA), um BC-assoziierte Gene zu identifizieren. Drei GEO-Datensätze (GSE21422, GSE45827, GSE70947), bestehend aus 292 Tumor- und 164 Normalproben, wurden zusammen mit TCGA-Daten analysiert. Die differentielle Expressionsanalyse mit Schwellenwerten von |log2 fold change| > 2 und einer falschen Entdeckungsrate (FDR) < 0,05 ergab 151 differenziell exprimierte Gene (DEGs). Davon waren 55 hochreguliert und 96 herunterreguliert in BC-Geweben. Eine Venn-Diagramm-Analyse zeigte überlappende DEGs zwischen den Datensätzen, wodurch der Fokus auf Gene gerichtet wurde, die konsistent im Fortschreiten von BC verändert waren.

Funktionelle und Pathway-Enrichment-Analyse

Die Gen-Ontologie (GO)-Analyse kategorisierte DEGs in biologische Prozesse (BP), molekulare Funktionen (MF) und zelluläre Komponenten (CC). Angereicherte BP-Terme umfassten mitotische Kernteilung, Lipidspeicherung und Kernteilung. Bei CC gruppierten sich DEGs in Lipidtröpfchen, Mittelkörper und Membranflöße. Die MF-Analyse hob organische Säurebindung und Wachstumsfaktorbindung als signifikant hervor. Die Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)-Pathway-Analyse verband DEGs mit PPAR-Signalweg, Regulation der Lipolyse in Adipozyten und bikarbonatabhängige Rückresorption im proximalen Tubulus, was auf eine metabolische Reprogrammierung als Kennzeichen von BC hindeutet.

Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk und Identifikation von Hub-Genen

Ein Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk (PPI), das mit STRING erstellt und in Cytoscape visualisiert wurde, identifizierte drei Hub-Gene: FOXM1, UBE2C und CDKN3. Diese Gene zeigten die höchsten Konnektivitätswerte, was auf ihre zentrale Rolle in der Pathogenese von BC hinweist. Eine Überlebensanalyse mittels Kaplan-Meier-Plotter ergab, dass eine erhöhte UBE2C-Expression mit einem schlechteren rezidivfreien Überleben (RFS) bei BC-Patienten korrelierte (Hazard Ratio [HR] = 1,83, P < 0,05), was seine prognostische Relevanz unterstreicht.

Experimentelle Validierung von UBE2C in BC-Zellen

Um die bioinformatischen Erkenntnisse zu validieren, wurde UBE2C in MCF-7- und MDA-MB-231-BC-Zelllinien mittels kleiner interferierender RNA (siRNA) stillgelegt. Quantitative Reverse-Transkriptions-PCR (RT-qPCR) und Western Blot bestätigten signifikante Reduktionen der UBE2C-mRNA (MDA-MB-231: P < 0,001; MCF-7: P < 0,01) und Proteinlevel (P < 0,05) nach dem Knockdown. Funktionelle Assays zeigten, dass die UBE2C-Suppression die Zellproliferation und Invasion deutlich hemmte.

Proliferationsassays
Cell Counting Kit-8 (CCK-8)-Assays zeigten eine zeitabhängige Wachstumshemmung in UBE2C-stillgelegten Zellen. Nach 72 Stunden verringerte sich die Proliferation von MDA-MB-231 um 45% (P < 0,001), während MCF-7-Zellen eine Reduktion von 38% (P < 0,01) im Vergleich zu den Kontrollen aufwiesen.

Invasionsassays
Transwell-Assays mit Matrigel-beschichteten Kammern zeigten eine 60%ige Reduktion der Invasivität von MDA-MB-231 (P < 0,001) und eine 52%ige Abnahme bei MCF-7-Zellen (P < 0,01) nach UBE2C-Knockdown, was seine Rolle im metastatischen Potenzial unterstreicht.

Mechanistische Einblicke in die Regulation des AKT/mTOR-Signalwegs durch UBE2C

Die Western-Blot-Analyse untersuchte den Einfluss von UBE2C auf wichtige Signalwege. Der UBE2C-Knockdown erhöhte die phosphorylierten Phosphatase-und-Tensin-Homolog (p-PTEN)-Level (P < 0,05), ein Tumorsuppressor, der die AKT-Aktivierung hemmt. Gleichzeitig verringerten sich die phosphorylierten AKT (p-AKT)- und mTOR (p-mTOR)-Level (P < 0,05), was auf eine Inaktivierung des Signalwegs hindeutet. Hypoxie-induzierbarer Faktor-1α (HIF-1α), ein Downstream-Ziel von mTOR, das mit Tumorangiogenese und Metastasierung verbunden ist, wurde ebenfalls herunterreguliert (P < 0,05). Diese Befunde legen nahe, dass UBE2C das Fortschreiten von BC fördert, indem es PTEN unterdrückt und den AKT/mTOR-Signalweg aktiviert.

Diskussion

UBE2C, ein Mitglied der Familie der Ubiquitin-konjugierenden Enzyme, ist in die Zellzyklusregulation über seine Rolle in der Ubiquitin-vermittelten Proteolyse involviert. Eine Überexpression von UBE2C wurde bei Magen-, Lungen- und Eierstockkrebs dokumentiert, wo es Proliferation und Chemoresistenz antreibt. Diese Studie erweitert diese Erkenntnisse auf BC und zeigt, dass die Stilllegung von UBE2C das Tumorwachstum und die Invasivität durch Modulation der PTEN/AKT/mTOR-Achse hemmt.

Der AKT/mTOR-Signalweg ist ein zentraler Regulator für Zellüberleben, Proliferation und Metabolismus. PTEN, ein negativer Regulator dieses Signalwegs, ist in Krebs häufig inaktiviert, was zu einer konstitutiven AKT-Aktivierung führt. Hier erhöhte der UBE2C-Knockdown p-PTEN, was darauf hindeutet, dass UBE2C PTEN destabilisieren oder dessen Abbau fördern könnte. Die anschließenden Reduktionen von p-AKT und p-mTOR unterstreichen die Rolle von UBE2C in der Signalwegaktivierung, während die Herunterregulierung von HIF-1α UBE2C mit hypoxischen Stressreaktionen verbindet, die für die Tumoranpassung entscheidend sind.

Bemerkenswert ist, dass die UBE2C-Expression zwischen BC-Subtypen variierte, mit höheren Leveln in aggressiven MDA-MB-231-Zellen im Vergleich zu weniger invasiven MCF-7-Zellen. Dies steht im Einklang mit klinischen Daten, die eine UBE2C-Überexpression mit fortgeschrittenen BC-Stadien und schlechter Prognose verbinden. Die Integration von bioinformatischen und experimentellen Ansätzen in dieser Studie stärkt die Schlussfolgerung, dass UBE2C ein vielversprechendes therapeutisches Ziel darstellt.

Fazit

Diese Studie etabliert UBE2C als ein Schlüssel-Onkogen in BC, das Proliferation und Invasion über die Aktivierung des AKT/mTOR-Signalwegs antreibt. Durch die Erhöhung der PTEN-Phosphorylierung und die Hemmung nachgeschalteter onkogener Signale stellt die Stilllegung von UBE2C eine vielversprechende Strategie für die BC-Behandlung dar. Zukünftige Studien sollten diese Befunde in vivo validieren und UBE2C-Inhibitoren in präklinischen Modellen untersuchen.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000001708