ヒト肺腺癌A549細胞におけるアミノ酸バリアのクローディン-1媒介形成による化学療法耐性の強化

Claudin-1（CLDN1）は、ヒト肺腺癌由来A549細胞で高度に発現し、化学療法耐性の増強に関与しています。ただし、化学療法のメカニズムは完全には理解されていません。腫瘍微小環境では、癌細胞は低酸素や栄養失調などのストレス状態にさらされています。ここでは、A549細胞を使用したアミノ酸（AA）フラックスおよび化学療法に対するCLDN1発現の効果を調査しました。L型AAトランスポーターであるLAT1およびLAT3の発現は、A549スフェロイドのCLDN1サイレンシングによって減少しました。細胞外AA濃度の減少は、2次元（2D）培養細胞におけるこれらのAAトランスポーターの発現を増加させました。Ser、Thr、Tyr、ALA、およびGlyを除く傍細胞AAフラックスは、CLDN1サイレンシングによって強化されました。これらの結果は、CLDN1がいくつかのAASに対して傍細胞障壁を形成し、スフェロイドのLAT1/3発現の標高につながることを示唆しています。ミトコンドリアおよびサイトゾルにおける反応性酸素種の産生は、スフェロイドでのCLDN1サイレンシングによって減少し、核因子赤血球2関連因子2（NRF2）とその標的抗酸化遺伝子の発現のダウンレギュレーションをもたらしました。CLDN1サイレンシングは、ドキソルビシンやシスプラチンを含む抗がん剤の細胞毒性を強化しました。これは、NRF2シグナル伝達の誘導剤であるスルフォラファンによってブロックされました。同様に、抗がん誘発性毒性は、NRF2サイレンシングによって強化されました。2D培養細胞では、抗がん誘発性毒性がAA欠乏症とスルフォラファンによって減衰しました。CLDN1はスフェロイドにAAバリアを形成し、A549細胞でNRF2依存性化学療法耐性の増強につながることを示唆しています。

Claudin-1 (CLDN1) is highly expressed in human lung adenocarcinoma-derived A549 cells and is involved in the augmentation of chemoresistance. However, the mechanism of chemoresistance is not fully understood. In the tumor microenvironment, cancer cells are exposed to stress conditions such as hypoxia and malnutrition. Here, we investigated the effect of CLDN1 expression on amino acid (AA) flux and chemoresistance using A549 cells. The expression of L-type AA transporters, LAT1 and LAT3, was decreased by CLDN1 silencing in A549 spheroids. A reduction in extracellular AA concentration increased the expression of these AA transporters in two-dimensional (2D) cultured cells. The paracellular AA flux except for Ser, Thr, Tyr, Ala, and Gly was enhanced by CLDN1 silencing. These results suggest that CLDN1 forms a paracellular barrier to some AAs, leading to the elevation of LAT1/3 expression in spheroids. The production of reactive oxygen species in the mitochondria and cytosol was decreased by CLDN1 silencing in spheroids, resulting in downregulation of the expression of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) and its target antioxidant genes. CLDN1 silencing enhanced the cytotoxicity of anticancer drugs including doxorubicin and cisplatin, which was blocked by sulforaphane, an inducer of Nrf2 signaling. Similarly, the anticancer-induced toxicity was enhanced by Nrf2 silencing. In 2D cultured cells, the anticancer-induced toxicity was attenuated by AA deficiency and sulforaphane. We suggest that CLDN1 forms an AA barrier in spheroids, leading to the augmentation of Nrf2-dependent chemoresistance in A549 cells.