Midostaurin inhibits hormone-refractory prostate cancer PC-3 cells by modulating nPKCs and AP-1 transcription factors and their target genes involved in cell cycle

Abstract

BACKGROUND: The development of prostate cancer from a clinically localized, hormone-naive state to a hormone-refractory phenotype involves a complex interplay of protein kinase C (PKC) and activator protein-1 (AP-1). Therefore, the present study aimed to uncover the roles of PKC and AP-1 through midostaurin-mediated regulation—a multi-target protein kinase inhibitor.

METHODS: Androgen Receptor-negative, hormone-refractory prostate cancer cells (PC-3) were used as an in-vitro model system. The effect of midostaurin on cell viability was assessed by an MTT assay. Expression studies on PKC-α, PKC-d, different AP-1 transcription factors, and AP-1 regulating genes were analyzed by semiquantitative RT-PCR, and protein levels of Bcl-2 were evaluated by western blotting.

RESULTS: Midostaurin decreased the viability of hormone-refractory PC-3 cells. Furthermore, midostaurin significantly induced the transcripts of apoptotic-mediated PKC-d, tumor suppressor p53, cell cycle inhibitor p21^cip1/waf1, death receptor TNF-α, pro-apoptotic Bax, and Caspase-8, and eventually inhibited the expression of pro-survival PKC-ε, pro-oncogene c-Jun, c-Fos, Fra-1, positive growth regulator cyclin D1, and anti-apoptotic Bcl-2. In addition, midostaurin also decreased the protein expression of anti-apoptotic Bcl-2.

CONCLUSION: The present study provided evidence that midostaurin suppresses tumor growth and induces apoptosis in hormone-refractory PC-3 cells via modulation of PKC-d and PKC-ε expression, and regulation of PMA-altered c-Jun, c-Fos, and Fra-1 AP-1 transcription factors and their target genes involved in cell cycle regulation (cyclin D1, p53, p21, Bcl-2, and TNF-α). Thus, pharmacological targeting of PKC and AP-1 factors may have therapeutic potential against hormone-refractory prostate cancer.

Keywords

protein kinase C / AP-1 factors / midostaurin / semi-qRT-PCR / western blotting

References

[1] Angel P, Imagawa  M, Chiu R,  Stein B,  Imbra R J,  Rahmsdorf H J,  Jonat C,  Herrlich P,  Karin M (1987). Phorbol ester-inducible genes contain a common cis element recognized by a TPA-modulated trans-acting factor. Cell, 49(6): 729–739

[2] Aziz M H, Manoharan  H T, Church  D R, Dreckschmidt  N E, Zhong  W, Oberley T D,  Wilding G,  Verma A K (2007). Protein kinase Cepsilon interacts with signal transducers and activators of transcription 3 (Stat3), phosphorylates Stat3Ser727, and regulates its constitutive activation in prostate cancer. Cancer Res, 67(18): 8828–8838

[3] Babu R L, Naveen Kumar  M, Patil R H,  Devaraju K S,  Ramesh G T,  Sharma S C (2013). Effect of estrogen and tamoxifen on the expression pattern of AP-1 factors in MCF-7 cells: role of c-Jun, c-Fos, and Fra-1 in cell cycle regulation. Mol Cell Biochem, 380(1-2): 143–151

[4] Bahlis N J, Miao  Y, Koc O N,  Lee K, Boise  L H, Gerson  S L (2005). N-benzoylstaurosporine (PKC412) inhibits Akt kinase inducing apoptosis in multiple myeloma cells. Leuk Lymphoma, 46(6): 899–908

[5] Basu A, Sivaprasad  U (2007). Protein kinase Cepsilon makes the life and death decision. Cell Signal, 19(8): 1633–1642

[6] Blumberg P M, Jaken  S, König B,  Sharkey N A,  Leach K L,  Jeng A Y,  Yeh E (1984). Mechanism of action of the phorbol ester tumor promoters: specific receptors for lipophilic ligands. Biochem Pharmacol, 33(6): 933–940

[7] Bradford M M (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem, 72(1-2): 248–254

[8] Brodie C, Blumberg  P M (2003). Regulation of cell apoptosis by protein kinase c delta. Apoptosis, 8(1): 19–27

[9] Carter C A, Kane  C J M (2004). Therapeutic potential of natural compounds that regulate the activity of protein kinase C. Curr Med Chem, 11(21): 2883–2902

[10] da Rocha A B,  Mans D R A,  Regner A,  Schwartsmann G (2002). Targeting protein kinase C: new therapeutic opportunities against high-grade malignant gliomas? Oncologist, 7(1): 17–33

[11] Edwards J, Bartlett  J M S (2005). The androgen receptor and signal-transduction pathways in hormone-refractory prostate cancer. Part 2: Androgen-receptor cofactors and bypass pathways. BJU Int, 95(9): 1327–1335

[12] El Fitori J, Su  Y, Büchler P,  Ludwig R,  Giese N A,  Büchler M W,  Quentmeier H,  Hines O J,  Herr I, Friess  H (2007). PKC 412 small-molecule tyrosine kinase inhibitor: single-compound therapy for pancreatic cancer. Cancer, 110(7): 1457–1468

[13] Fabbro D, Ruetz  S, Bodis S,  Pruschy M,  Csermak K,  Man A, Campochiaro  P, Wood J,  O’Reilly T,  Meyer T (2000). PKC412--a protein kinase inhibitor with a broad therapeutic potential. Anticancer Drug Des, 15(1): 17–28

[14] Fischer T, Stone  R M, Deangelo  D J, Galinsky  I, Estey E,  Lanza C,  Fox E, Ehninger  G, Feldman E J,  Schiller G J,  Klimek V M,  Nimer S D,  Gilliland D G,  Dutreix C,  Huntsman-Labed A,  Virkus J,  Giles F J (2010). Phase IIB trial of oral Midostaurin (PKC412), the FMS-like tyrosine kinase 3 receptor (FLT3) and multi-targeted kinase inhibitor, in patients with acute myeloid leukemia and high-risk myelodysplastic syndrome with either wild-type or mutated FLT3. J Clin Oncol, 28(28): 4339–4345

[15] Griner E M, Kazanietz  M G (2007). Protein kinase C and other diacylglycerol effectors in cancer. Nat Rev Cancer, 7(4): 281–294

[16] Hegde S M, Kumar  M N, Kavya  K, Kumar K M K,  Nagesh R,  Patil R H,  Babu R L,  Ramesh G T,  Sharma S C (2016). Interplay of nuclear receptors (ER, PR, and GR) and their steroid hormones in MCF-7 cells. Mol Cell Biochem, 422(1-2): 109–120

[17] Hess J, Angel  P, Schorpp-Kistner M (2004). AP-1 subunits: quarrel and harmony among siblings. J Cell Sci, 117(Pt 25): 5965–5973

[18] Kavya K, Kumar  M N, Patil  R H, Hegde  S M, Kiran Kumar  K M, Nagesh  R, Babu R L,  Ramesh G T,  Chidananda Sharma S (2017). Differential expression of AP-1 transcription factors in human prostate LNCaP and PC-3 cells: role of Fra-1 in transition to CRPC status. Mol Cell Biochem, 433(1–2): 13–26

[19] Kawai M, Nakashima  A, Kamada S,  Kikkawa U (2015). Midostaurin preferentially attenuates proliferation of triple-negative breast cancer cell lines through inhibition of Aurora kinase family. J Biomed Sci, 22: 

[20] Koren R, Ben Meir D, Langzam L, Dekel Y, Konichezky M, Baniel J, Livne P M, Gal R, Sampson S R (2004). Expression of protein kinase C isoenzymes in benign hyperplasia and carcinoma of prostate. Oncol Rep, 11(2): 321–326

[21] Meshki J, Caino  M C, von Burstin  V A, Griner  E, Kazanietz M G (2010). Regulation of prostate cancer cell survival by protein kinase Cepsilon involves bad phosphorylation and modulation of the TNFalpha/JNK pathway. J Biol Chem, 285(34): 26033–26040

[22] Nakagawa M, Oliva  J L, Kothapalli  D, Fournier A,  Assoian R K,  Kazanietz M G (2005). Phorbol ester-induced G1 phase arrest selectively mediated by protein kinase Cdelta-dependent induction of p21. J Biol Chem, 280(40): 33926–33934

[23] Ouyang X, Jessen  W J, Al-Ahmadie  H, Serio A M,  Lin Y, Shih  W J, Reuter  V E, Scardino  P T, Shen  M M, Aronow  B J, Vickers  A J, Gerald  W L, Abate-Shen  C (2008). Activator protein-1 transcription factors are associated with progression and recurrence of prostate cancer. Cancer Res, 68(7): 2132–2144

[24] Patil R H, Babu  R L, Naveen Kumar  M, Kiran Kumar K M,  Hegde S M,  Nagesh R,  Ramesh G T,  Sharma S C (2016). Anti-inflammatory effect of apigenin on LPS-induced Pro-inflammatory mediators and AP-1 factors in human lung epithelial cells. Inflammation, 39(1): 138–147

[25] Propper D J, McDonald  A C, Man  A, Thavasu P,  Balkwill F,  Braybrooke J P,  Caponigro F,  Graf P, Dutreix  C, Blackie R,  Kaye S B,  Ganesan T S,  Talbot D C,  Harris A L,  Twelves C (2001). Phase I and pharmacokinetic study of PKC412, an inhibitor of protein kinase C. J Clin Oncol, 19(5): 1485–1492

[26] Schenk P W, Snaar-Jagalska  B E (1999). Signal perception and transduction: the role of protein kinases. Biochim Biophys Acta, 1449(1): 1–24

[27] Seger R, Krebs  E G (1995). The MAPK signaling cascade. FASEB J, 9(9): 726–735

[28] Shaulian E, Karin  M (2001). AP-1 in cell proliferation and survival. Oncogene, 20(19): 2390–2400

[29] Teicher B A (2006). Protein kinase C as a therapeutic target. Clin Cancer Res, 12(18): 5336–5345

[30] Wu D, Foreman  T L, Gregory  C W, McJilton  M A, Wescott  G G, Ford  O H, Alvey  R F, Mohler  J L, Terrian  D M (2002). Protein kinase cepsilon has the potential to advance the recurrence of human prostate cancer. Cancer Res, 62(8): 2423–2429

[31] Xiao L, Eto  M, Kazanietz M G (2009). ROCK mediates phorbol ester-induced apoptosis in prostate cancer cells via p21Cip1 up-regulation and JNK. J Biol Chem, 284(43): 29365–29375

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature