Effect of heme oxygenase-1 expression level on pigmentation of murine melanoma cells

Aktywność enzymów antyoksydacyjnych pełni ważną rolę w rozwoju nowotworów. Jednym z takich enzymów jest oksygenaza hemowa-1 (HO-1), odpowiedzialna za rozkład hemu do tlenku węgla, jonów żelaza (Fe2+) i biliwerdyny. Wcześniejsze prace pokazały, że nadekspresja HO-1 w komórkach czerniaka działa cytoprotekcyjnie i zwiększa agresywność nowotworu, w tym oporność na stres oksydacyjny i zdolność do przerzutowania. Zmniejsza jednocześnie wrażliwość komórek na różne formy terapii. Zmniejszenie wrażliwości obserwowano również przy nasilonej syntezie melaniny, natomiast hamowaniu melanogenezy towarzyszył wzrost wrażliwości. Ponieważ są publikacje sugerujące wpływ HO-1 na fizjologiczną melanogenezę, celem prezentowanej pracy było sprawdzenie, na ile HO-1 może wpływać na melanogenezę w komórkach czerniaka. Badania wykonano na stabilnych liniach komórkowych mysiego czerniaka B16(F10) o różnych poziomach HO-1: obniżonym (po transdukcji retrowirusowej shRNA-HO1, linia shHO-1), endogennym (po transdukcji retrowirusowej shRNA-scrambled, linia scrambled oraz linia WT) oraz podwyższonym (po transdukcji retrowirusowej cDNA-HO-1, linia HO-1). Pierwszą obserwacją były różnice w pigmentacji komórek, przy czym poziom pigmentacji korelował z ekspresją HO-1. Najniższy był w linii shHO-1, a najwyższy w komórkach z nadekspresją HO-1. Mimo różnic w pigmentacji, nie zaobserwowano między liniami różnic w ekspresji genów melanogenezy, zarówno na poziomie mRNA, jak i białka. Badane linie różniły się natomiast aktywnością tyrozynazy, która również korelowała z poziomem HO-1 w komórkach. Stymulacja komórek B16(F10) do produkcji melaniny pokazała, że linia shHO 1 ma mniejszą zdolność do intensywnej pigmentacji w porównaniu z komórkami WT i HO-1. Pomiar zawartości melaniny w pożywce wykazał, że komórki shHO-1 silniej wydzielają melaninę, a efekt ten jest odwracany przez witaminę B3, inhibitor transportu melanosomów. Podsumowując, aktywność HO-1 w komórkach mysiego czerniaka zwiększa pigmentację komórek poprzez nasilenie produkcji melaniny i podniesienie aktywności tyrozynazy.

The activity of antioxidant enzymes plays an important role in the development of cancer. One of such enzymes is heme-1 oxygenase (HO-1), which is responsible for the degradation of heme to carbon monoxide, divalent iron ions (Fe2+) and biliverdin. Earlier studies have shown that overexpression of HO-1 in melanoma cells is cytoprotective and increases tumor aggressiveness, including resistance to oxidative stress and metastasis. At the same time, it reduces the sensitivity of cells to various forms of therapy. A decrease in sensitivity was also observed with increased melanin synthesis, while inhibition of melanogenesis was accompanied by an increase in sensitivity. Because there are studies suggesting the impact of HO-1 on physiological melanogenesis, the aim of this study was to see how much HO-1 can affect melanogenesis in melanoma cells.The tests were performed on stable B16(F10) murine melanoma cell lines with different HO-1 levels: reduced (after shRNA-HO1 retroviral transduction; shHO-1 cell line), endogenous (after shRNA-scrambled retroviral transduction; scrambled cell line and WT cell line) and elevated (after retroviral transduction of cDNA-HO-1; HO-1 cell line). The first observation was differences in cell pigmentation, with the level of pigmentation correlating with HO-1 expression. The lowest was in the shHO-1 cells, and the highest in HO-1 overexpressing cells. Despite differences in pigmentation, no differences in melanogenesis gene expression lines were observed at both mRNA and protein levels. However, the tested lines differed in tyrosinase activity, which also correlated with the level of HO-1 in the cells. Induction of melanin production in B16(F10) cells showed that the shHO-1 cells have decreased pigmentation capacity compared to WT and HO-1 cells. Measurement of melanin content in the medium showed that shHO-1 cells secrete melanin more strongly, and this effect is reversed by vitamin B3, an inhibitor of melanosome transport.In summary, HO-1 activity in mouse melanoma cells increases cell pigmentation by enhancing melanin production and increasing tyrosinase activity.