GAPDH枯渇したヒト肺癌細胞の加速細胞老化表現型

グリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）は、極めて糖溶解酵素であり、ストレス因子と細胞アポトーシス機構の間の界面で作用するシグナル伝達分子です。以前、ヒト癌細胞株におけるGAPDHのノックダウンにより、細胞増殖停止とS相特異的な細胞毒性剤に対する化学療法が生じることがわかりました。GAPDH枯渇が細胞の増殖を停止するメカニズムを解明するために、ヒト癌細胞A549に対するGAPDHノックダウンの効果を調べました。我々の結果は、GAPDH枯渇細胞が、増殖停止、形態の変化、SA-β-ガラクトシダーゼ染色、および老化関連遺伝子の2倍以上のアップレギュレーションによって明らかにされたように、老化表現型を確立することを示しています。GAPDH枯渇後の老化の加速は、侵害された解溶分解とエネルギー危機から生じた結果、Thr172でのαサブユニットのリン酸化を介して持続的なAMPK活性化につながります。我々の発見は、GAPDHの枯渇が、DNA損傷がない場合、AMPKネットワークを介してヒト腫瘍細胞を老化表現型に切り替えることを示しています。代謝モデルと遺伝モデルを使用した救助実験により、GAPDHはエネルギー代謝と細胞周期ネットワークをリンクする重要な調節機能があることが確認されました。GAPDH枯渇を介したLKB1欠損非小細胞肺癌細胞における老化の誘導は、腫瘍細胞の増殖を制御するための新しい戦略を示唆しています。

Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) is a pivotal glycolytic enzyme, and a signaling molecule which acts at the interface between stress factors and the cellular apoptotic machinery. Earlier, we found that knockdown of GAPDH in human carcinoma cell lines resulted in cell proliferation arrest and chemoresistance to S phase-specific cytotoxic agents. To elucidate the mechanism by which GAPDH depletion arrests cell proliferation, we examined the effect of GAPDH knockdown on human carcinoma cells A549. Our results show that GAPDH-depleted cells establish senescence phenotype, as revealed by proliferation arrest, changes in morphology, SA-β-galactosidase staining, and more than 2-fold up-regulation of senescence-associated genes DEC1 and GLB1. Accelerated senescence following GAPDH depletion results from compromised glycolysis and energy crisis leading to the sustained AMPK activation via phosphorylation of α subunit at Thr172. Our findings demonstrate that GAPDH depletion switches human tumor cells to senescent phenotype via AMPK network, in the absence of DNA damage. Rescue experiments using metabolic and genetic models confirmed that GAPDH has important regulatory functions linking the energy metabolism and the cell cycle networks. Induction of senescence in LKB1-deficient non-small cell lung cancer cells via GAPDH depletion suggests a novel strategy to control tumor cell proliferation.