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

Acknowledgements

The authors wish to express theirgratitude to the Department of Science and Technology-Promotion ofUniversity Research and Scientific Excellence [DST-PURSE; SR/59/Z-23/2010/38(c)] and the University Grant Commission-Centre with Potentialfor Excellence in Particular Area [UGC-CPEPA; 8-2/2008(NS/PE)], NewDelhi for providing financial support. The authors also wish to expresstheir gratitude to the Department of Microbiology and Biotechnology,Bangalore University, Bengaluru for providing DST-FIST, UGC-SAP, anddepartment facilities.

Compliance with ethics guidelines

Kavya Krishnappa, Naveen Kumar Mallesh,Srikantaradhya Chidananda Sharma, Doddamane Manjulakumari declarethat they have no conflict of interest. This study did not employhuman or animal subjects for any experiments that were performed bythe authors.

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature