RESUMO
Glycerol-3-phosphate acyltransferase-2 is a member of "cancer-testis gene" family. Initially linked to lipid metabolism, this gene has been recently found involved also in PIWI-interacting RNAs biogenesis in germline stem cells. To investigate its role in piRNA metabolism in cancer, the gene was silenced in MDA-MB-231 breast cancer cells and small RNA sequencing was applied. PIWI-interacting RNAs and tRNA-derived fragments expression profiles showed changes following GPAT2 silencing. Interestingly, a marked shift in length distribution for both small RNAs was detected in GPAT2-silenced cells. Most downregulated PIWI-interacting RNAs are single copy in the genome, intragenic, hosted in snoRNAs and previously found to be upregulated in cancer cells. Putative targets of these PIWI-interacting RNAs are linked to lipid metabolism. Downregulated tRNA derived fragments derived from, so-called 'differentiation tRNAs', whereas upregulated ones derived from proliferation-linked tRNAs. miRNA amounts decrease after Glycerol-3-phosphate acyltransferase-2 silencing and functional enrichment analysis of deregulated miRNA putative targets point to mitochondrial biogenesis, IGF1R signaling and oxidative metabolism of lipids and lipoproteins. In addition, miRNAs known to be overexpressed in breast cancer tumors with poor prognosis where found downregulated in GPAT2-silenced cells. In conclusion, GPAT2 silencing quantitatively and qualitatively affects the population of PIWI-interacting RNAs, tRNA derived fragments and miRNAs which, in combination, result in a more differentiated cancer cell phenotype.
RESUMO
El primer paso en la síntesis de novo de glicerolípidos es la acilación del glicerol-3-fosfato, la cual es catalizada por la enzima glicero-3-fosfato aciltransferasa (GPAT). En mamíferos han sido descriptas hasta el momento cuatro isoformas de GPAT, las cuales pueden diferenciarse por su localización tisular y subcelular, y por su sensibilidad a reactivos que reaccionan con los grupos sulfhidrilos. El objetivo de este trabajo fue estudiar la localización y función de GPAT2, una isoforma mitocondrial que se expresa principalmente en testículo utilizando como modelo células CHO-K1 que sobreexpresan GPAT2. Se observó que esta isoforma utiliza como sustrato específicamente al ácido araquidónico, estimula la síntesis de triacilgliceroles (TAG) con alto contenido de ácido araquidónico, y favorece la incorporación de [1-14C] ácido araquidónico en los TAG. Utilizando modelos animales se observó por un lado que el ARNm de GPAT2 se expresa sólo en los espermatocitos primarios, mientras que la expresión de la proteína se mantiene a lo largo de la espermatogénesis; y por otro lado que la expresión de GPAT2 varía durante el desarrollo sexual, alcanzando un máximo de expresión y actividad a los 30 días de edad en la rata. A esta edad se observó también un máximo en el contenido de TAG y de AA esterificado en los TAG del testículo. Se concluye que los resultados sugieren que GPAT2 sería la enzima responsable de esterificar el ácido araquidónico en los TAG de las células de la línea espermática.
De novo glycerolipid synthesis begins with the acylation of glycerol-3 phosphate catalyzed by glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAT). In mammals, at least four GPAT isoforms have been described, differing in their cell and tissue locations and sensitivity to sulfhydryl reagents. The objective of the present work was to study localization and function of GPAT2, a mitochondrial isoform that is mainly expressed in testis, using as a model CHO-K1 cells that overexpress GPAT2. Incubation of GPAT2-transfected CHO-K1 cells with arachidonoyl-CoA increased GPAT activity 2-fold and the incorporation of [1-14C] arachidonate into TAG. Consistently, arachidonic acid was present in the TAG fraction of cells that overexpressed GPAT2, but not in control cells, corroborating GPAT2's role in synthesizing TAG that is rich in arachidonic acid. In rat and mouse testis, Gpat2 mRNA was expressed only in primary spermatocytes; the protein was also detected in late stages of spermatogenesis. During rat sexual maturation, both the testicular TAG content and the arachidonic acid content in the TAG fraction peaked at 30 d, matching the highest expression of Gpat2 mRNA and protein. These results strongly suggest that GPAT2 expression is linked to arachidonoyl-CoA incorporation into TAG in spermatogenic germ cells.
O primeiro avanço na síntese de novo de glicerolipídios é a acidulação do glicerol-3-fosfato, a qual é catalisada pela enzima glicerol-3-fosfato aciltransferase (GPAT). Em mamíferos tem sido descritas até o momento quatro isoformas de GPAT, as quais se podem distinguir pela sua localização tissular e subcelular, e pela sua sensibilidade aos reagentes que reagem com os grupos sulfidrilos. O objetivo deste trabalho foi estudar a localização e função de GPAT2, uma isoforma mitocondrial que se expressa principalmente no testículo, utilizando como modelo células CHO-K1 que superexpressam GPAT2. Observou-se que esta isoforma utiliza como substrato especificamente o ácido araquidônico, estimula a síntese de triacilgliceróis (TAG) com alto conteúdo de ácido araquidônico, e favorece a incorporação de [1-14C] ácido araquidônico nos TAG. Utilizando modelos animais se observou de um lado que o ARNm de GPAT2 se expressa apenas nos espermatócitos primários, enquanto que a expressão da proteína se mantém ao longo da espermatogênese; e do outro que a expressão de GPAT2 varia durante o crescimento sexual, atingindo um máximo de expressão e atividade aos 30 dias de idade no camundongo. Nessa idade foi observado também um máximo no conteúdo de TAG e de AA esterificado nos TAG do testículo. Conclui-se que os resultados sugerem que GPAT2 seria a enzima responsável por esterificar o ácido araquidônico nos TAG das células da linha espermática.