Acidic Environment Induces Pyroptosis of NLRP3 Inflammatory Vesicle-Mediated Nucleus Pulposus Cells Through Up-Regulation of POSTN Expression

SUMMARY: Intervertebral disc degeneration (IVDD) is induced by nucleus pulposus (NP) dysfunction as a result of massive loss of NP cells. It has been reported that the acidic microenvironment of the intervertebral disc (IVD) can induce NP cell pyroptosis, and that up-regulation of periostin (POSTN) expression has a negative effect on NP cell survival. However, the relationship between the acidic environment, POSTN expression level and NP cell pyroptosis is unclear. Therefore, the aim of this study was to explore the relationship between acidic environment and POSTN expression level in NP cells, as well as the effect of POSTN in acidic environment on NP cell pyroptosis. NP cells were obtained from the lumbar vertebrae of Sprague Dawley (SD) male rats. These cells were divided into normal and acidic groups according to whether they were exposed to 6 mM lactic acid solution. And NP cells in the acidic group were additionally divided into three groups: (1) Blank group: no transfection; (2) NC group: cells transfected with empty vector plasmid; (3) sh-POSTN group: cells transfected with sh-POSTN plasmid to knock down the expression level of POSTN. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and western blot was performed to assess the expression of POSTN at the mRNAand protein levels. CCK8 was used to evaluate cell survival. Western blot, in addition, was performed to examine acid-sensing ion channels (ASIC)-related proteins. And pyroptosis was detected by ELISA and western blot. The expression level of POSTN was significantly increased in NP cells in acidic environment. Knockdown of POSTN expression promoted the survival of NP cells in acidic environment and reduced the protein levels of ASIC3 and ASIC1a in NP cells. Moreover, knockdown of POSTN expression decreased the pyroptosis proportion of NP cells and the levels of pro-inflammatory cytokines interleukin (IL)-1β and IL-18. The levels of pyroptosis-related proteins NLRP3, ASC, cleaved-Caspase-1, and cleaved-GSDMD were also affected by the decreased POSTN expression. The extracellular acidic environment created by lactic acid solution activated NLRP3 inflammatory vesicle-induced caspase-1 to get involved in NP cell pyroptosis by up-regulating POSTN expression.

La degeneración del disco intervertebral (DDIV) es inducida por una disfunción del núcleo pulposo (NP) como resultado de una pérdida masiva de células NP. Se ha informado que el microambiente ácido del disco intervertebral (DIV) puede inducir la piroptosis de las células NP y que la regulación positiva de la expresión de periostina (POSTN) tiene un efecto negativo en la supervivencia de las células NP. Sin embargo, la relación entre el ambiente ácido, el nivel de expresión de POSTN y la piroptosis de las células NP es poco clara. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue explorar la relación entre el ambiente ácido y el nivel de expresión de POSTN en células NP, así como el efecto de POSTN en ambiente ácido sobre la piroptosis de las células NP. Las células NP se obtuvieron de las vertebras lumbares de ratas macho Sprague Dawley (SD). Estas células se dividieron en grupos normales y ácidos según se expusieron a una solución de ácido láctico 6 mM. Las células NP en el grupo ácido se dividieron adicionalmente en tres grupos: (1) Grupo en blanco: sin transfección; (2) grupo NC: células transfectadas con plásmido vector vacío; (3) grupo sh-POSTN: células transfectadas con plásmido sh-POSTN para reducir el nivel de expresión de POSTN. Se realizó una PCR cuantitativa en tiempo real (qRT-PCR) y una transferencia Western para evaluar la expresión de POSTN en los niveles de ARNm y proteína. Se utilizó CCK8 para evaluar la supervivencia celular. Además, se realizó una transferencia Western para examinar las proteínas relacionadas con los canales iónicos sensibles al ácido (ASIC). La piroptosis se detectó mediante ELISA y Western blot. El nivel de expresión de POSTN aumentó significativamente en células NP en ambiente ácido. La eliminación de la expresión de POSTN promovió la supervivencia de las células NP en un ambiente ácido y redujo los niveles de proteína de ASIC3 y ASIC1a en las células NP. Además, la eliminación de la expresión de POSTN disminuyó la proporción de piroptosis de las células NP y los niveles de citocinas proinflamatorias interleucina (IL) - 1β e IL-18. Los niveles de proteínas relacionadas con la piroptosis NLRP3, ASC, Caspasa-1 escindida y GSDMD escindida también se vieron afectados por la disminución de la expresión de POSTN. El ambiente ácido extracelular creado por la solución de ácido láctico activó la caspasa-1 inducida por vesículas inflamatorias NLRP3 para involucrarse en la piroptosis de las células NP mediante la regulación positiva de la expresión de POSTN.

Role of heat-shock proteins in infection of human adenocarcinoma cell line MCF-7 by tumor-adapted rotavirus isolates / Papel de las proteínas de choque térmico en la infección de la línea celular de adenocarcinoma humano MCF-7 por aislados de rotavirus adaptados a tumores

Abstract Background: Viruses are being used as alternative and complementary tools for treating cancers. Oncolytic viruses exhibit tumor tropism, ability to enhance anti-tumor immunity and ability to be used in combination with conventional chemotherapy and radiotherapy. We have recently selected some rotavirus isolates which are adapted to efficiently infect and kill tumor cell lines. Aim: We tested five tumor cell-adapted rotavirus isolates for their ability to infect the human adenocarcinoma cell line MCF-7. Methods: Cell surface membrane-associated proteins mediating virus particle attachment were characterized using ELISA, immunoprecipitation, FACS analysis, and antibody blocking. Results: It was found that heat shock proteins (HSPs) such as Hsp90, Hsp70, Hsp60, and Hsp40 are expressed on the cell surface forming complexes with protein disulfide isomerase (PDI), integrin β3, and heat shock cognate protein 70 (Hsc70) in lipid raft microdomains. Interaction of rotavirus isolates with these cellular proteins was further confirmed by a competition assay and an inhibition assay involving the HSPs tested. Conclusion: Our findings suggest that the tumor cell-adapted rotavirus isolates studied here offer a promising tool for killing tumor cells, thus encouraging further research into this topic, including animal models.

Resumen Antecedentes: Los virus se utilizan como herramientas alternativas y complementarias para el tratamiento del cáncer. Los virus oncolíticos exhiben tropismo por tumores, capacidad para intensificar la inmunidad antitumoral y la capacidad para utilizarse en combinación con quimioterapia y radioterapia convencionales. Recientemente, hemos seleccionado algunos aislamientos de rotavirus que están adaptados para infectar y eliminar de manera eficiente líneas de células tumorales. Objetivo: Se ensayaron cinco aislamientos de rotavirus adaptados a células tumorales para determinar su capacidad para infectar la línea celular de adenocarcinoma humano MCF-7. Métodos: Las proteínas asociadas a la membrana de la superficie celular que median la unión de partículas de virus se caracterizaron mediante ELISA, inmunoprecipitación, análisis FACS y bloqueo de anticuerpos. Resultados: Se encontró que las proteínas de choque térmico (HSPs) como Hsp90, Hsp70, Hsp60 y Hsp40 se expresan en la superficie celular formando complejos con la proteína disulfuro isomerasa (PDI), la integrina β3 y la proteína análoga de choque térmico 70 (Hsc70) en microdominios lipídicos (rafts). La interacción de los aislamientos de rotavirus con estas proteínas celulares se confirmó adicionalmente mediante un ensayo de competición y un ensayo de inhibición que incluía las HSP ensayadas. Conclusión: Nuestros hallazgos sugieren que los aislamientos de rotavirus adaptados a las células tumorales estudiados aquí ofrecen una herramienta prometedora para eliminar las células tumorales, lo que estimula más investigaciones sobre este tema, incluidos los modelos animales.