BRG1 Activates Proliferation and Transcription of Cell Cycle-Dependent Genes in Breast Cancer Cells

Abstract

Cancer malignancy is usually characterized by unlimited self-renewal. In some types of advanced tumors that are rapidly dividing, gene expression profiles depict elevations in pro-proliferative genes accompanied by coordinately elevated transcription of factors responsible for removal of DNA lesions. In our studies, fast proliferating breast cancer cell lines (MDA-MB-231 and MCF7), BRG1, a component of the SWI/SNF complex, emerges as an activator of functionally-linked genes responsible for activities such as mitotic cell divisions and DNA repair. Products of at least some of them are considerably overrepresented in breast cancer cells and BRG1 facilitates growth of MCF7 and MDA-MB-231 cell lines. BRG1 occurs at the promoters of genes such as CDK4, LIG1, and NEIL3, which are transcriptionally controlled by cell cycle progression and highly acetylated by EP300 in proliferating cells. As previously documented, in dividing cells BRG1 directly activates gene transcription by evicting EP300 modified nucleosomes from the promoters and, thereby, relaxing chromatin. However, the deficiency of BRG1 or EP300 activity for 48 h leads to cell growth arrest and to chromatin compaction, but also to the assembly of RB1/HDAC1/EZH2 complexes at the studied cell cycle-dependent gene promoters. Epigenetic changes include histone deacetylation and accumulation of H3K27me trimethylation, both known to repress transcription. Cell cycle arrest in G1 by inhibition of CDK4/6 phenocopies the effect of the long-term BRG1 inhibition on the chromatin structure. These results suggest that BRG1 may control gene transcription also by promoting expression of genes responsible for cell cycle progression in the studied breast cancer cells. In the current study, we show that BRG1 binding occurs at the promoters of functionally linked genes in proliferating breast cancer cells, revealing a new mechanism by which BRG1 defines gene transcription.

Udział kompleksów SWI/SNF opartych na aktywności BRG1 w determinowaniu fenotypu komórek nowotworowych

“…W połowie tych regionów zidentyfikowano ponadto motyw dla wiązania czynników transkrypcyjnych z rodziny E2F, które łączą aktywność transkrypcyjną genu ze statusem proliferacji komórek. W ludzkich makrofagach oraz komórkach nowotworu piersi dla CpG/E2F-dodatnich promotorów funkcjonalnie powiązanych genów opisano nową jednostkę regulatorową, w skład której wchodzi kompleks SWI/SNF oparty na aktywności BRG1 oraz enzymy -acetylotransferaza EP300 i deacetylaza HDAC1 kontrolujące stopień acetylacji histonów [10,11]. Pierwszy z nich acetyluje reszty histonowe, które w formie zmienionej zostają rozpoznane przez BRG1.…”

“…Jako przykład posłużyć mogą geny takie jak PARP1, CDK4 czy LIG1, których promotory również posiadają wyspę CpG oraz motyw dla E2F, a w odpowiedzi na zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie G1 są miejscem tworzenia kompleksów represorów, w skład których wchodzą czynniki transkrypcyjne E2F1, białko RB1, deacetylaza HDAC1, kompleks polikomb 2 (PCR2; ang. Polycomb Repressive Complex 2) z metylotransferazą EZH2 i dodatkowe podjednostki kompleksu SWI/SNF, w tym także BRG1 [11,16]. Wydaje się, że przynajmniej w przypadku omawianych genów kontrolowanych przez promotory CpG/E2F--zależne aktywność transkrypcyjna BRG1 determinowana jest przez status proliferacji komórek i stopień fosforylacji białek z rodziny retinoblastoma.…”

“…Co istotne przywrócenie ekspresji BRG1 jak i BRM skutkowało zatrzymaniem wzrostu komórek przez białka z rodziny RB [20]. Mutacje zwiększające aktywność czy prowadzące do nadekspresji BRG1 mogą również sprzyjać wzrostowi guzów, ponieważ enzym ten kontroluje transkrypcję genów odpowiedzialnych za proliferację i naprawę uszkodzeń DNA [11]. Analiza danych zdeponowanych w bazie amerykańskiego instytutu do badań nad nowotworami (TCGA; ang.…”

“…Na opublikowanej liście genów związanych z proliferacją, które ulegają nadekspresji w komórkach nowotworu piersi i charakteryzują się obecnością BRG1 w ich acetyloywanych promotorach znajdują się również białka tworzące kinetochor, polimerazy DNA i czynniki replikacji takie jak GINS1-4 i RFC3-4. W opisanym modelu BRG1 działa dwojako: (a) bezpośrednio reguluje ekspresję genów związanych z proliferacją usuwając z ich sekwencji promotorowych acetylowane nukleosomy; (b) stymulując podziały mitotyczne zapobiega tworzeniu się represyjnych kompleksów RB1-HDAC1-EZH2 w obrębie motywów E2F na ich promotorach, uniemożliwiając tym samym zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie G1 [11].…”

“…Rola systemów naprawy DNA w progresji nowotworów pozostaje kwestią sporną i wydaje się być uzależniona od rodzaju nowotworu [33]. W nowotworze piersi, zarówno w komórkach pierwotnych jak i liniach pozyskanych z przerzutów, wyraźna jest tendencja do wzrostu poziomu ekspresji genów związanych z wieloma systemami naprawy DNA wraz ze wzrostem stopnia agresywności i tempem proliferacji komórek [11]. Transkrypcyjna kontrola i zmiany epigenetyczne zachodzące w obrębie regionów regulatorowych genów związanych z usuwaniem uszkodzeń DNA były do niedawna stosunkowo słabo opisane w literaturze.…”