抗レトロウイルス剤ジドブジンにさらされたヒト肝細胞細胞株における微分遺伝子発現

ジドブジン（3'-アジド-3'-デオキシチミジン; AZT）は、AIDS患者の治療とHIV-1の母子透過の予防のために最も広く使用されているヌクレオシド逆転写酵素阻害剤です。以前は、AZTは、不死化されたヒト肝細胞株Thle2と比較して、ヒト肝臓癌細胞株HepG2に対する著しく大きな成長阻害効果を有することを実証しました。現在、遺伝子発現プロファイリングを使用して、両方の細胞株の毒性に関連する分子経路を決定しました。HEPG2細胞を0、2、20、または100μMAZTで2週間インキュベートしました。THLE2細胞は、HEPG2細胞で使用されている細胞と同等の濃度である0、50、500、または2,500μMAZTで処理されました。治療後、総RNAを分離し、マイクロアレイ分析にかけました。誤検出率が0.01以下と1.5以上の倍率変化を伴う遺伝子発現のグローバル分析では、THLE2細胞と比較した場合、HEPG2細胞では6〜70倍多くの遺伝子がHepG2細胞で有意に濃度依存的に発現したことが示されました。比較分析により、これらの遺伝子の7％が両方の細胞株に共通していることが示されました。一般的な差次的に発現した遺伝子の中で、70％が同じ方向に変化し、そのほとんどは細胞死と生存、細胞周期、細胞の成長と増殖、およびDNAの複製、再結合、および修復に関連していました。[メチル - （3）H] AZTの取り込みによって決定されたように、総AZTの細胞内レベルは、HEPG2細胞よりもTHLE2細胞で約2倍高かった。AZTの代謝活性化と非活性化をそれぞれ調節するチミジンキナーゼ1（TK1）およびUDP-グルクロノシルトランスフェラーゼ2B7（UGT2B7）遺伝子の発現は、HEPG2細胞でそれぞれ増加しましたが、AZTで処理した後にTHLE2細胞で減少しました。AZT代謝におけるこの微分応答は、リアルタイムPCR、ウエスタンブロッティング、および/または酵素アッセイによって確認されました。これらのデータは、細胞死と生存、細胞周期、細胞周期、細胞の成長と増殖、およびDNAの複製、組換え、および修復に関与する分子経路が、両方のヒト細胞株のAZTに関連する毒性に関与し、発現の違いがあることを示しています。HEPG2細胞およびTHLE2細胞におけるAZT処理に応答したTK1およびUGT2B7は、HepG2細胞がAZTの毒性に対してTHLE2細胞よりも感度が高い理由を説明するかもしれません。

Zidovudine (3'-azido-3'-deoxythymidine; AZT) is the most widely used nucleoside reverse transcriptase inhibitor for the treatment of AIDS patients and prevention of mother-to-child transmission of HIV-1. Previously, we demonstrated that AZT had significantly greater growth inhibitory effects upon the human liver carcinoma cell line HepG2 as compared to the immortalized human liver cell line THLE2. We have now used gene expression profiling to determine the molecular pathways associated with toxicity in both cell lines. HepG2 cells were incubated with 0, 2, 20, or 100 μM AZT for 2 weeks; THLE2 cells were treated with 0, 50, 500, or 2,500 μM AZT, concentrations that were equi-toxic to those used in the HepG2 cells. After the treatment, total RNA was isolated and subjected to microarray analysis. Global analysis of gene expression, with a false discovery rate ≤0.01 and a fold change ≥1.5, indicated that 6- to 70-fold more genes were differentially expressed in a significant concentration-dependent manner in HepG2 cells when compared to THLE2 cells. Comparative analysis indicated that 7 % of these genes were common to both cell lines. Among the common differentially expressed genes, 70 % changed in the same direction, most of which were associated with cell death and survival, cell cycle, cell growth and proliferation, and DNA replication, recombination, and repair. As determined by the uptake of [methyl-(3)H]AZT, the intracellular levels of total AZT were approximately twofold higher in THLE2 cells than in HepG2 cells. The expression of thymidine kinase 1 (TK1) and UDP-glucuronosyltransferase 2B7 (UGT2B7) genes that regulate the metabolic activation and deactivation of AZT, respectively, was increased in HepG2 cells but decreased in THLE2 cells after treatment with AZT. This differential response in AZT metabolism was confirmed by real-time PCR, western blotting, and/or enzymatic assays. These data indicate that molecular pathways involved with cell death and survival, cell cycle, cell growth and proliferation, and DNA replication, recombination, and repair are involved in the toxicities associated with AZT in both human cell lines, and that the difference in expression of TK1 and UGT2B7 in response to AZT treatment in HepG2 cells and THLE2 cells might explain why HepG2 cells are more sensitive than THLE2 cells to the toxicity of AZT.