Analyse der Genregulation in der ATP-Synthase der mitochondrialen Elektronentransportkette bei Patienten mit einem klarzelligen Nierenzellkarzinom

Abstract

Mitochondrien zeigen eine veränderte Aktivität beim Nierenzellkarzinom. Ziel der Studie ist ein besseres Verständnis der Veränderungen innerhalb der mitochondrialen Elektronentransportkette (ETK) durch Untersuchung der Expression der ATP-Synthase-Untereinheiten beim klarzelligen Nierenzellkarzinom (ccRCC).<br /> Zunächst erfolgte eine Analyse der Expression aller ATP-Synthase-Untereinheiten mittels Literaturrecherche von Microarray Expressionsprofiling Studien mithilfe der NextBio Datenbank. Im Anschluss erfolgte eine Validierung der RNA-Expression ausgewählter Mitglieder der ETK, sowie die Durchführung von Western Blot und Immunhistochemie.<br /> Die Metaanalyse der publizierten Microarrays zeigte, dass zahlreiche Untereinheiten der ATP-Synthase eine Dysregulation der RNA aufweisen. Zunächst wurde in einer Kohorte mit 10 normal und 18 ccRCC Geweben eine Untersuchung von 12 potentiell dysregulierten RNAs (ATP5A1, ATP5B, ATPAF1, ATP5C1, ATP5D, ATP5O, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5I, ATP5S) mittels PCR durchgeführt; es konnten konkordant zur Microarray Analyse alle 12 RNAs als differentiell exprimiert erkannt werden. Zur weiteren internen Validierung wurden 8 RNAs (ATP5A1, ATP5B, ATPAF1, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5S) in einer ergänzenden unabhängigen Kohorte (36 Normal- und 74 ccRCC Gewebe) mittels PCR untersucht. Auch hier konnte bei allen 8 RNAs eine Dysregulation im Sinne einer verminderten Expression nachgewiesen werden. Zur weiterführenden Diagnostik auf Proteinebene mittels Western Blot und Immunohistochemie (Tissue Microarray) wurden 5 Untereinheiten (ATP5A1, ATPAF1 und ATP5G1/G2/G3) ausgewählt. Auch auf Proteinebene zeigte sich eine Herabregulation im ccRCC im Vergleich zum benignen Gewebe.<br /> Diese Ergebnisse unterstützen unsere Hypothese, dass die Aktivität der mitochondrialen ETK durch Herabregulation ihrer Untereinheiten reduziert wird, was zu einer verminderten oxidativen Phosphorylierung führt. Gleichzeitig könnten sie als Grundlage für zukünftige Studien in Bezug auf gezielte therapeutische Maßnahmen, als auch auf der Suche nach Biomarkern in RCC dienen.

<strong>Systematic Analysis of the Expression of the Mitochondrial ATP Synthase (Complex V) Subunits in Clear Cell Renal Cell Carcinoma</strong><br /> Mitochondrial dysfunction is common in cancer and the mitochondrial electron transport chain is often affected in carcinogenesis. To date. little is known about the expression of the ATP synthase subunits in clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). The NextBio database was used to determine an expression profile of the ATP synthase subunits based on published microarray studies. We observed down-regulation of 23 out of 29 subunits of the ATP synthase. Differential expression was validated exemplarily for 12 genes (A7P5A1. A7P58, A7PAF1, ATP5C1, ATP5D, ATP50, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5/, ATP5S; screening cohort ccRCC n = 18 and normal renal tissue n = 10) using real-time PCR. Additional eight genes (ATP5A1, A7P58. ATPAF1. ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, A7P5S) were internally validated within an enlarged cohort (ccRCC n = 74; normal renal tissue n = 36). Furthermore. down-regulation of ATP5A 1, ATPAF1, ATP5G1/G2/G3 was confirmed on the protein level using Western Blot and immunohistochemistry. We observed that altered expression of ATPAF1 and ATP5G1/G2/ G3 was correlated with overall survival in patients with ccRCC. In conclusion, down-regulation of many ATP Synthase subunits occurs in ccRCC and is the basis for the reduced activity of the mitochondrial electron chain. Alteration of the expression of ATP5A1, ATPAF1, and ATP5G1/G2/G3 is characteristic for ccRCC and may be prognostic for ccRCC patients' outcome.