Modulation of Glucose Metabolism Inhibits Hypoxic Accumulation of Hypoxia-Inducible Factor-1α (HIF-1α)

Background and Purpose:

The hypoxic accumulation of the transcription factor subunit hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), a potential endogenous hypoxia marker and therapeutic target, has recently been shown to strongly depend on glucose availability. The aim of this study was to investigate the underlying mechanism of this effect.

Material and Methods:

HIF-1α protein levels were studied by Western blotting in HT 1080 human fibrosarcoma cells and in a hypoxia-responsive element green fluorescent protein (HRE-GFP) reporter assay in stably transfected HT 1080 cells treated with hypoxia (0.1% O₂, 12 h) and glycolysis inhibitors 2-deoxyglucose (2-DG) or iodoacetate (IAA). HIF-1α mRNA expression was quantified via real-time polymerase chain reaction (RT-PCR).

Results:

Both inhibitors drastically reduced hypoxic HIF-1α accumulation (2-DG + hypoxia 2% mean HIF-1α protein level vs. 59% hypoxia alone; IAA + hypoxia 13% mean HIF-1α protein level vs. 96% hypoxia alone), an effect not rescued by the addition of pyruvate and confirmed in an HRE-GFP reporter assay in stably transfected HT 1080 cells. RT-PCR under identical conditions showed no effect of glycolysis inhibition on HIF-1α mRNA levels, suggesting a translational or posttranslational mechanism.

Conclusion:

The effect of glycolysis modulation on the HIF-1α levels in tumor cells may provide a novel approach to therapeutically target HIF-1α.

Hintergrund und Ziel:

Die hypoxische Akkumulation des Hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), eines potentiellen Hypoxiemarkers und therapeutischen Targets, ist in hohem Maße von der Glucoseverfügbarkeit abhängig. Ziel dieser Arbeit war es, den zugrundeliegenden Mechanismus zu untersuchen.

Material und Methodik:

Das Protein HIF-1α wurde in humanen HT-1080-Fibrosarkomzellen nach Behandlung der Zellen mit den Glykolyseinhibitoren 2-Desoxy-D-Glucose (2-DG) und Iodacetat (IAA) unter hypoxischen Bedingungen (0,1% O₂, 12 h) mittels Western-Blot und mit einem HRE-GFP-(„hypoxia-responsive element green fluorescent protein“-)Reporter-Assay in stabil transfizierten HT-1080-Zellen detektiert. Die Expressionsrate der HIF-1α-mRNA wurde mit Real-Time-Polymerase-Kettenreaktion (RTPCR) gemessen.

Ergebnisse:

Nach Zugabe von Glykolyseinhibitoren zeigte sich eine deutlich verringerte hypoxische HIF-1α-Akkumulation (Abbildungen 1, 2 und 5: 2-DG + Hypoxie: 2% mittleres HIF-1α-Protein-Level vs. 59% Hypoxie ohne 2-DG; IAA + Hypoxie: 13% mittleres HIF-1α-Protein-Level vs. 96% Hypoxie ohne IAA), die durch die Zugabe von Pyruvat nicht rückgängig gemacht werden konnte (Abbildung 3). Diese Ergebnisse wurden mit einem HRE-GFP-Reporter-Assay in stabil transfizierten HT-1080-Zellen bestätigt (Abbildung 4). Die HIF-1α-RT-PCR zeigte keine veränderten Expressionsraten von HIF-1α-mRNA nach Zugabe von IAA bzw. 2-DG (Abbildung 6). Diese Daten deuten auf einen translationalen bzw. posttranslationalen Mechanismus der Inhibition der hypoxischen HIF-1a-Akkumulation durch Glykolyseinhibitoren hin.

Schlussfolgerung:

Der Einfluss einer Modulation der Glykolyse auf HIF-1α-Level in Tumorzellen könnte einen neuen Ansatz einer HIF-1α-gerichteten Therapie darstellen.