Ruolo di miR-221 e miR-222 in modelli cellulari di adenocarcinoma prostatico

MicroRNAs are short regulatory RNAs exerting their action by negatively modulating mRNA translation or by inducing degradation of their target mRNAs. Recently, an ever growing amount of evidence has been linking the specific modulation of microRNAs to several cancers, suggesting that they may play a role as a novel class of oncogenes or tumor suppressor genes. In our work we show that miR-221 and miR-222 are highly expressed in PC3, a human strongly aggressive prostate carcinoma cell line, whereas they are downregulated in the poorly tumorigenic prostate cancer cell lines LNCaP and 22Rv1. By bioinformatic prediction we have identified the cell cycle inhibitor p27kip1 as a molecular target of this couple of microRNAs, and we have demonstrated an inverse relationship between the miR-221/222 expression and p27 protein levels. Moreover, we have shown that the ectopic overexpression of these miRNAs in LNCaP induces a reduction of p27 levels (50%), whereas their knock-down in PC3 is able to induce the opposite effect, strongly increasing p27 expression. This relationship is mediated by direct interaction between these microRNAs and two specific p27 3’UTR region sites. We have also verified that the forced expression of miR-221 and miR-222 strongly affects the LNCaP growth potential by shifting the cells from the G1 to S phase of cell cycle (+ 12-14% vs. control cells), in agreement with p27 role as a regulator of G1/S transition. This property is accompanied by a powerful enhancement of LNCaP clonogenic potential in soft agar (28,6 ± 8 colonies for control vs.119, 6 ± 9 for miR-221 and 167 ± 20 for miR-222) and tumor formation capacity after injection in CB-17 SCID mice (107±58,2 of fold increase for miR-221 with respect to 4±2 for control). In conclusion, our findings show that miR-221 and miR-222 overexpression may contribute to the growth and progression of prostate carcinoma cell lines, suggesting that their expression pattern could be exploited as a novel prognostic method. Furthermore, the future progress of our work might provide new clues to develop innovative therapies, targeting specific tumor markers of prostate carcinoma, such as the overexpressed microRNAs.

I microRNA sono una abbondante classe di piccoli RNA non codificanti che funzionano come inibitori post-trascrizionali appaiandosi a RNA messaggeri specifici e inducendone la degradazione o impedendone la traduzione nel corrispondente prodotto proteico. Negli ultimi anni un numero crescente di evidenze sperimentali ha correlato la modulazione specifica di diversi microRNA a varie forme tumorali umane, suggerendo che queste molecole possano rappresentare una nuova classe di oncogeni ed oncosppressori. In questo lavoro abbiamo osservato che i microRNA 221 e 222 mostrano un’espressione differenziale nei modelli cellulari di carcinoma prostatico umano da noi analizzati; sono infatti abbondantemente espressi nella linea altamente aggressiva PC3, mentre al contrario sembrano essere assenti o scarsamente espressi in linee molto meno tumorigeniche come le LNCaP e le 22Rv1. Tramite predizione bioinformatica abbiamo identificato come bersaglio molecolare di questa coppia di microRNA un noto regolatore del ciclo cellulare, l’oncosoppressore p27Kip1, e successivamente abbiamo dimostrato una correlazione inversa fra l’espressione di miR-221 e 222 ed i livelli proteici di p27. L’espressione ectopica di uno o entrambi i microRNA in cellule LNCaP induce una sensibile riduzione (50%) della quantità proteica di p27, mentre la loro inibizione, induce l’effetto opposto nelle PC3 incrementando abbondantemente i livelli quantitativi della proteina. Con ulteriori analisi abbiamo confermato che questa relazione è mediata in maniera specifica dall’ interazione diretta fra i microRNA e due siti specifici nella regione 3’UTR dell’ mRNA di p27. Abbiamo inoltre fornito evidenze funzionali riguardo al ruolo di questi due microRNA nello sviluppo tumorale, dimostrando che cellule LNCaP overesprimenti i miR-221 e 222 mostrano un significativo aumento della popolazione nella fase S del ciclo cellulare (+ 12-14% rispetto ai campioni di controllo), in accordo col ruolo di p27 come regolatore specifico della transizione G1-S. Questa caratteristica è accompagnata da un sensibile incremento del tasso di crescita, del potenziale clonogenico in terreno di coltura semisolido (28,6 ± 8 colonie per il controllo contro 119,6 ± 9 per miR-221 e 167 ± 20 per miR-222), e della capacità di formare tumori quando iniettate sotto cute in topi SCID CB-17 (107±58,2 di incremento medio di crescita tumorale per miR-221 in confronto a 4±2 per il controllo). In conclusione i nostri risultati mostrano che la sovraespressione di miR-221 e miR-222 contribuisce alla proliferazione e tumorigenicità in vitro ed in vivo di modelli cellulari umani di carcinoma prostatico suggerendo per questi due microRNA un ruolo come possibili prognostici. Lo sviluppo futuro di questo lavoro prevede l’ideazione di nuove strategie terapeutiche volte ad inibire in vivo la crescita e progressione di questo specifico tipo di neoplasia.