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Characterization of miR-574-5p decoy to CUGBP1 in human lung cancer cells using a mass spectrometry proteomics approach

Emmerich, Anne Caterina (2020):
Characterization of miR-574-5p decoy to CUGBP1 in human lung cancer cells using a mass spectrometry proteomics approach.
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.25534/tuprints-00009140,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Characterization of miR-574-5p decoy to CUGBP1 in human lung cancer cells using a mass spectrometry proteomics approach
Language: English
Abstract:

The bioactive lipid mediator prostaglandin (PG) E2 is generated by the enzyme microsomal prostaglandin E2 synthase-1 (mPGES-1). Especially in lung tumors, mPGES-1 was shown to be significantly overexpressed which contributes to a pro-tumorigenic microenvironment. Current medication interfering with the negative effects of PGE2 comprise only non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). While these have effective analgesic properties and are commonly used as pain killers, treatment of tumor growth is still inconclusive. Probably, only subgroups of cancer patients exhibit an abnormal prostanoid profile. Therefore, a reliable biomarker is necessary to identify patients who could benefit from said treatment. In a recent study, it was discovered that a specific microRNA (miR) can induce mPGES-1 gene expression. The miR-574-5p prevents binding of the inhibitory CUG-RNA binding protein 1 (CUGBP1) to the 3´ untranslated region (UTR) of mPGES-1. This non-canonical decoy function of miR-574-5p leads to an increased mPGES-1 protein level. Following, an induction of PGE2 formation triggers the progression of lung tumor growth in vivo. Interestingly, the entire influence on tumor progression could be blocked with the addition of a specific mPGES-1 inhibitor, confirming the huge influence of miR-574-5p on (patho-) physiological mPGES-1 functions. In this study, a proteomics approach was conducted in order to further characterize this decoy mechanism in human lung cancer cells. The aim was to gather global insights into the proteome changes related to miR-574-5p and CUGBP1, especially in a compartment specific manner. Further, it was aimed to identify new CUGBP1 targets and find out if they are also affected by the decoy function of miR-574-5p. Two new CUGBP1 targets were validated herein: NADH-Ubiquinone Oxidoreductase Core Subunit S2 (NDUFS2) and Mothers against decapentaplegic homolog 2 (SMAD2). However, both NDUFS2 and SMAD2 are independent from miR-574-5p levels. In a bioinformatical 3’UTR analysis of potential CUGBP1 targets, it was shown that the specific splicing pattern of mPGES-1 is unique, comprising two long CUGBP1 binding motifs with a 3’UTR intron in between. Only 11 other transcripts harbor a similar but not identical pattern in their sequence. Hence, it is assumable that this novel decoy mechanism is specifically regulating mPGES-1 in A549 lung cancer cells. This might be caused by the unique splice pattern of mPGES-1. However, further experiments are needed to confirm this hypothesis. Nevertheless, specificity of the decoy mechanism would open up new opportunities for lung cancer patients. By using miR-574-5p as a biomarker, one could stratify those patients with high mPGES-1 levels who have a higher chance to benefit from the anti-tumorigenic potential of NSAID therapy.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Der biologisch aktive Lipidmediator Prostaglandin (PG) E2 wird enzymatisch von der mikrosomalen Prostaglandin E2 Synthase (mPGES-1) generiert. Es konnte gezeigt werden, dass mPGES-1 speziell in Tumoren der Lunge stark angereichert ist. Durch die damit verbundene vermehrte Bildung von PGE2 kommt es zu einer kanzerogenen Tumorumgebung. Hier setzen sogenannte non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) an. Während diese effektive analgetische Eigenschaften aufweisen und häufig als Schmerzmittel genutzt werden, ist die Behandlung von Tumoren dennoch umstritten. Es wird vermutet, dass nur eine Subpopulation von Krebspatienten ein entartetes Prostanoidprofil aufweist. Daher wäre ein verlässlicher Biomarker vonnöten, mit dem man diese Patienten identifizieren kann, die dann von einer NSAID-Therapie profitieren könnten. Kürzlich wurde eine spezielle mikroRNA (miR) identifiziert, die die mPGES-1 Genexpression induzieren kann. Die miR-574-5p verhindert die Bindung des inhibitorischen CUG RNA Bindeprotein 1 (CUGBP1) an den 3‘ untranslatierten Bereich (UTR) von mPGES-1. Diese nicht-kanonische Decoy Funktion von miR-574-p führt zu einem erhöhten mPGES-1 Proteinlevel. Dadurch kommt es zur vermehrten PGE2 Synthese, welche daraufhin das Tumorwachstum in vivo begünstigt. Durch die zeitgleiche Gabe eines spezifischen mPGES-1 Inhibitors konnte jedoch der gesamte Einfluss auf das Voranschreiten des Tumors verhindert werden. Dadurch konnte der immense Einfluss der miR-574-5p auf die (patho-) physiologischen Funktionen von mPGES-1 gezeigt werden. In dieser Studie wurde nun der Decoy Mechanismus mit Hilfe einer Proteomik-Studie in humanen Lungenkarzinomzellen weiter charakterisiert. Das Ziel war es globale Kompartment-spezifische Einsichten in die miR-574-5p- und CUGBP1-vermittelten Änderungen des Proteoms zu erhalten. Des Weiteren sollten neue CUGBP1-regulierte Transkripte identifiziert werden, um herauszufinden, ob diese ebenfalls durch den Decoy Mechanismus der miR 574 5p beeinflusst werden. Zwei neue CUGBP1-regulierte Transkripte konnten dabei validiert werden: die NADH-Ubiquinone Oxidoreductase Core Subunit S2 (NDUFS2) sowie das Signalmolekül Mothers against decapentaplegic homolog 2 (SMAD2). Die Regulation beider Zielgene war jedoch unabhängig von miR-574-5p. In einer bioinformatischen Analyse aller 3’UTRs von möglichen CUGBP1-regulierten Transkripten stellte sich heraus, dass das spezifische mPGES-1 Spleißmuster einzigartig ist. Es umfasst zwei lange CUGBP1 Bindesequenzen, getrennt durch ein 3’UTR Intron. Ein ähnliches, wenn auch nicht identisches Muster, konnte in nur 11 weiteren Transkripten gefunden werden. Daher ist es annehmbar, dass der Decoy Mechanismus spezifisch nur die mPGES-1 Expression in A549 Lungenkarzinomzellen reguliert. Dies könnte potenziell auf das spezifische Spleißmuster zurückzuführen sein, obwohl weitere Experimente nötig sind, um diese Hypothese zu bestätigen. Nichtsdestotrotz könnte die Spezifität des Decoy Mechanismus neue Möglichkeiten für Lungenkrebspatienten darstellen. MiR-574-5p könnte als Biomarker genutzt werden, um jene Patienten mit hohen mPGES-1 Leveln zu identifizieren. Diese könnten dann von den inhibitorischen Effekten einer NSAID-Behandlung auf das Tumorwachstum profitieren.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 10 Department of Biology > Molecular Genetics
Date Deposited: 02 Apr 2020 08:27
Last Modified: 02 Apr 2020 08:28
DOI: 10.25534/tuprints-00009140
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-91406
Referees: Saul, Dr. Meike Julia and Süß, Prof. Beatrix and Löwer, Prof. Alexander and Steinhilber, Prof. Dieter
Refereed: 28 February 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/9140
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