Expression of Cellular Chaperones and Co-Chaperones Associated with Heat Shock Proteins Hsp90 and Hsp70 in Human Fibrosarcoma HT1080 Cells That Do Not Synthesize Hsp90β

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Heat shock protein Hsp90 is an important cellular chaperone, it contributes to the folding, stabilization, and regulation of specific target proteins involved in many cellular processes. Mammalian cells contain two isoforms of Hsp90 – the inducible isoform of Hsp90α and the constitutive isoform of Hsp90β. Recently, we showed that knockout of the HSP90AB1 gene encoding the constitutive isoform of Hsp90β in human fibrosarcoma HT1080 cells (Hsp90β-KO cells) did not affect cell proliferation and resistance to heat shock and oxidative stress, and slightly reduced cell migration. This indicates the adaptation of cells and the cellular chaperone machinery to the loss of one of the key cellular chaperones, Hsp90β. In this work, using real-time quantitative PCR and Western blotting, we found that knockout of the gene encoding Hsp90β was accompanied by changes in the expression and content of individual chaperones and co-chaperones associated with Hsp90 and Hsp70 chaperone machinery. In the HSP90 family of chaperones/co-chaperones, an increase in the expression and content of the cytosolic isoform of Hsp90α remaining in the cell and up-regulation of a number of important Hsp90 co-chaperones (FKBP4, HOP) were observed. In the HSP70 family of chaperones/co-chaperones, the expression and content of key chaperones, inducible Hsp70, constitutive Hsc70 and mitochondrial GRP75, were significantly increased. As a result, some mechanisms of adaptation of Hsp90 and Hsp70 chaperone machineries in response to the loss of one of the key chaperones, Hsp90β, by cells have been established for the first time. The Hsp90b-KO cells we created that do not express Hsp90β can be considered as a cellular model of pharmacological inhibition of Hsp90β function by promising Hsp90β-specific inhibitors created for tumor therapy. The revealed changes in Hsp90- and Hsp70-associated chaperones and co-chaperones in response to the loss of Hsp90β demonstrate probable changes in the cellular chaperone machine caused by the suppression of Hsp90β by such inhibitors and can be taken into account when developing combined therapeutic strategies using Hsp90β-specific inhibitors.

About the authors

V. S Petrenko

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: 79182797935@yandex.ru
Pushchino, Moscow Region, Russia

V. V Vrublevskaya

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

O. S Morenkov

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

Y. Y Skarga

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

M. A Zhmurina

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

References

  1. Taipale M., Jarosz D. F., and Lindquist S. HSP90 at the hub of protein homeostasis, emerging mechanistic insights. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol., 11, 515–528 (2010).doi: 10.1038/nrm2918
  2. Finka A. and Goloubinoff P. Proteomic data from human cell cultures refine mechanisms of chaperone-mediated protein homeostasis. Cell Stress Chaperones, 18, 591–605 (2013). doi: 10.1007/s12192-013-0413-3
  3. Neckers L., Mollapour M., and Tsutsumi S. The complex dance of the molecular chaperone Hsp90. Trends Biochem. Sci., 34, 223 (2009).doi: 10.1016/j.tibs.2009.01.006
  4. Biebl M. M. and Buchner J. Structure, function, and regulation of the Hsp90 machinery. Perspect. Biol., 11 (9), a034017 (2019). doi: 10.1101/cshperspect.a034017
  5. Wandinger S. K., Richter K., and Buchner J. The Hsp90 chaperone machinery. J. Biol. Chem., 283, 18473 (2008). doi: 10.1038/nrm.2017.20
  6. Jafari A., Rezaei-Tavirani M., Farhadihosseinabadi B., Taranejoo S., and Zali H. HSP90 and Co-chaperones: Impact on tumor progression and prospects for molecular-targeted cancer therapy. Cancer Invest., 38, 310–328 (2020). doi: 10.1080/07357907.2020.1752227
  7. Hoter A., El-Sabban M. E., and Naim H. Y. The HSP90 family: Structure, regulation, function, and implications in health and disease. Int. J. Mol. Sci., 19 (9), 2560 (2018). doi: 10.3390/ijms19092560
  8. Ciocca D. R., Arrigo A. P., and Calderwood S. K. Heat shock proteins and heat shock factor 1 in carcinogenesis and tumor development: An update. Arch. Toxicol., 87, 19 (2013). doi: 10.1007/s00204-012-0918-z
  9. Dernovsek J. and Tomasic T. Following the design path of isoform-selective Hsp90 inhibitors: Small differences, great opportunities. Pharmacol. Ther., 245, 108396 (2023). doi: 10.1016/j.pharmthera.2023.108396
  10. Sanchez J., Carter T. R., Cohen M. S., and Blagg B. S. Old and new approaches to target the Hsp90 chaperone. Curr. Cancer Drug Targets., 20 (4), 253 (2020).doi: 10.2174/1568009619666191202101330
  11. Miyata Y., Nakamoto H., and Neckers L. The therapeutic target Hsp90 and cancer hallmarks. Curr. Pharm. Des., 19 (3), 347 (2013). DOI: 10.2174/ 138161213804143725
  12. Gupta R. S. Phylogenetic analysis of the 90 kD heat shock family of protein sequences and an examination of the relationship among animals, plants, and fungi species. Mol. Biol. Evol., 12, 1062–1073 (1995).doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040281
  13. Zuehlke A. D., Beebe K., Neckers L., and Prince T. Regulation and function of the human HSP90AA1 gene. Gene, 570, 8–16 (2015). doi: 10.1016/j.gene.2015.06.018
  14. Maiti S. and Picard D. Cytosolic Hsp90 isoform-specific functions and clinical significance. Biomolecules, 12, 1166 (2022). doi: 10.3390/biom12091166
  15. Chang C., Tang X., Woodley D. T., Chen M., and Li W. The distinct assignments for Hsp90α and Hsp90β: More than skin deep. Cells, 12, 277 (2023).doi: 10.3390/cells12020277
  16. Jing R., Duncan C. B., and Duncan S. A. A small-molecule screen reveals that HSP90β promotes the conversion of induced pluripotent stem cell-derived endoderm to a hepatic fate and regulates HNF4A turnover. Development, 144, 1764–1774 (2017). doi: 10.1242/dev.146845
  17. Petrenko V., Vrublevskaya V., Bystrova M., Masulis I., Kopylova E., Skarga Y., Zhmurina M., and Morenkov O. Proliferation, migration, and resistance to oxidative and thermal stresses of HT1080 cells with knocked out genes encoding Hsp90α and Hsp90β. Biochem. Biophys. Res. Commun., 674, 62 (2023).doi: 10.1016/j.bbrc.2023.06.076
  18. Voss A. K., Thomas T., and Gruss P. Mice lacking HSP90β fail to develop a placental labyrinth. Development, 127, 1–11 (2000). doi: 10.1242/dev.127.1.1
  19. Echeverria P. C., Briand P. A., and Picard D. A remodeled Hsp90 molecular chaperone ensemble with the novel cochaperone Aarsd1 is required for muscle differentiation. Mol. Cell. Biol., 36, 1310–1321 (2016).doi: 10.1128/MCB.01099-15
  20. McCormick R. and Vasilaki A. Age-related changes in skeletal muscle: Changes to life-style as a therapy. Biogerontology, 19, 519–536 (2018).doi: 10.1007/s10522-018-9775-3
  21. Jing E., Sundararajan P., Majumdar I. D., Hazarika S., Fowler S., Szeto A., Gesta S., Mendez A. J., VishnudasV. K., and Sarangarajan R. Hsp90β knockdown in DIO mice reverses insulin resistance and improves glucose tolerance. Nutr. Metab., 15, 11 (2018).doi: 10.1186/s12986-018-0242-6
  22. Zheng Z. G., Zhang X., Liu X. X., Jin X. X., Dai L., Cheng H. M., Jing D., Thu P. M., Zhang M., and Li H. Inhibition of HSP90 Improves Lipid Disorders by Promoting Mature SREBPs Degradation via the Ubiquitinproteasome System. Theranostics, 9, 5769–5783 (2019). doi: 10.7150/thno.36505
  23. Liu B. and Qian D. Hsp90α and cell death in cancers: A review. Discov. Oncol., 15 (1), 151 (2024).doi: 10.1007/s12672-024-01021-0.
  24. Kim S. H., Ji J. H., Park K. T., Kang K. W., Park J. H., Hwang S. W., and Lee E. H. High-level expression of Hsp90β is associated with poor survival in resectable nonsmall-cell lung cancer patients. Histopathology, 67, 509– 519 (2015). doi: 10.1111/his.12676
  25. Meng J., Liu Y., Han J., Tan Q., and Chen S. Hsp90β promoted endothelial cell-dependent tumor angiogenesis in hepatocellular carcinoma. Mol. Cancer, 16, 72 (2017). doi: 10.1186/s12943-017-0639-2
  26. Meng J., Chen S., Lei Y. Y., Han J. X., Zhong W. L., Wang X. R., Liu Y. R., Gao W. F., Zhang Q., Tan Q., Liu H. J., Zhou H. G., Sun T., and Yang C. Hsp90β promotes aggressive vasculogenic mimicry via epithelialmesenchymal transition in hepatocellular carcinoma. Oncogene, 38, 228–243 (2019).doi: 10.1038/s41388-018-0428-4
  27. Heck A. L., Mishra S., and Prenzel T. Selective HSP90β inhibition results in TNF and TRAIL mediated HIF1α degradation. Immunobiology, 226, 152070 (2021).doi: 10.1016/j.imbio.2021.152070
  28. Sato S., Li K., Sakurai N., Hashizume M., Baidya S., Nonaka H., Noguchi K., Ishikawa K., Obuse C., and Takaoka A. Regulation of an adaptor protein STING by Hsp90β to enhance innate immune responses against microbial infections. Cell. Immunol., 356, 104188 (2020). doi: 10.1016/j.cellimm.2020.104188
  29. Eustace B. K., Sakurai T., Stewart J. K., Yimlamai D., Unger C., Zehetmeier C., Lain B., Torella C., Henning S. W., Beste G., Scroggins B. T., and Neckers L. Functional proteomic screens reveal an essential extracellular role for hsp90α in cancer cell invasiveness. Nat. Cell Biol., 6, 507–514 (2004). doi: 10.1038/ncb1131
  30. Becker B., Multhoff G., Farkas B., Wild P. J., Landthaler M., and Stolz W. Induction of Hsp90 protein expression in malignant melanomas and melanoma metastases. Exp. Dermatol., 13, 27–32 (2004).doi: 10.1111/j.0906-6705.2004.00114.x
  31. Cheng C. and Li W. Secretion of heat shock protein-90 (Hsp90) by normal cells under stress or by tumor cells during invasion, why? Cancer Ther., 6, 765–772 (2008).
  32. Li W., Sahu D., and Tsen F. Secreted heat shock protein90 (Hsp90) in wound healing and cancer. Biochim. Biophys. Acta, 1823, 730–741 (2012).doi: 10.1016/j.bbamcr.2011.09.009
  33. Dong H., Zou M., Bhatia A., Jayaprakash P., Hofman F., Ying Q., Chen M., Woodley D., and Li W. Breast cancer MDA-MB-231 cells use secreted heat shock protein-90alpha (Hsp90α) to survive a hostile hypoxic environment. Sci. Rep., 6, 20605 (2016). doi: 10.1038/srep20605
  34. Livak K. J. and Schmittgen T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method. Methods, 25, 402–408 (2001). doi: 10.1006/meth.2001.1262
  35. Fernandez-Fernandez M. R. and Valpuesta J. M. Hsp70 chaperone: A master player in protein homeostasis. F1000Res, 7, 1497 (2018).doi: 10.12688/f1000research.15928.1
  36. Rosenzweig R., Nillegoda N. B., Mayer M. P., and Bukau B. The Hsp70 chaperone network. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 20, 665–680 (2019).doi: 10.1038/s41580-019-0133-3
  37. Kim D., Langmead B., and Salzberg S.L. HISAT: a fast spliced aligner with low memory requirements. Nat. Methods, 12, 357–360 (2015). doi: 10.1038/nmeth.3317
  38. Ben-David U., Siranosian B., Ha G., Tang H., Oren Y., Hinohara K., Strathdee C. A., Dempster J., Lyons N. J., Burns R., Nag A., Kugener G., Cimini B., Tsvetkov P., Maruvka Y. E., O'Rourke R., Garrity A., Tubelli A. A., Bandopadhayay P., Tsherniak A., Vazquez F., Wong B., Birger C., Ghandi M., Thorner A. R., Bittker J. A., Meyerson M., Getz G., Beroukhim R., and Golub T. R. Genetic and transcriptional evolution alters cancer cell line drug response. Nature, 560 (7718), 325–330 (2018).doi: 10.1038/s41586-018-0409-3
  39. Wang L., Wang S., and Li W. RSeQC: quality control of RNA-seq experiments. Bioinformatics, 28, 2184–2185 (2012). doi: 10.1093/bioinformatics/bts356
  40. Shelton L. B., Koren J., and Blair L. J. Imbalances in the Hsp90 chaperone machinery: Implications for tauopathies. Front. Neurosci., 11, 724 (2017).doi: 10.3389/fnins.2017.00724
  41. Anders S., Pyl P. T. and Huber W. HTSeq—a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics, 31, 166–169 (2015).doi: 10.1093/bioinformatics/btu638
  42. Andrews S. FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc (2010).
  43. Casden N. and Behar O. An approach for accelerated isolation of genetically manipulated cell clones with reduced clonal variability. J. Cell Sci., 132, jcs217661 (2019).doi: 10.1242/jcs.217661
  44. Krueger F. A wrapper tool around Cutadapt and FastQC to consistently apply quality and adapter trimming to FastQ files, with some extra functionality for MspI-digested RRBS-type (Reduced Representation Bisufite-Seq) libraries. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/trim_galore (2012).
  45. Orellana C. A., Marcellin E., Palfreyman R. W., MunroT. P., Gray P. P., and Nielsen L. K. RNA-Seq highlights high clonal variation in monoclonal antibody producing CHO cells. Biotechnol. J., 13, e1700231 (2018). doi: 10.1002/biot.201700231
  46. Ran F. A., Hsu P. D., Lin C. Y., Gootenberg J. S., Konermann S., Trevino A. E., Scott D. A., Inoue A., Matoba S., Zhang Y., and Zhang F. Double nicking by RNA-guided CRISPR Cas9 for enhanced genome editing specificity. Cell, 154 (6), 1380–1389 (2013).doi: 10.1016/j.cell.2013.08.021
  47. Петренко В. С., Моренков О. С., Скарга Ю. Ю., Жмурина М. А. и Врублевская В. В. Роль двух изоформ белка теплового шока Hsp90 в обеспечении устойчивости клеток фибросаркомы человека HT1080 к ингибиторам HSP90 и цитотоксическим препаратам. Биофизика, 69 (6), 1214–1223 (2024). doi: 10.31857/S0006302924060086
  48. Lykke-Andersen S. and Jensen T. H. Nonsense-mediated mRNA decay: an intricate machinery that shapes transcriptomes. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 16, 665–677 (2015). doi: 10.1038/nrm4063
  49. Albanese V., Yam A. Y., Baughman J., Parnot C., and Frydman J. Systems analyses reveal two chaperone networks with distinct functions in eukaryotic cells. Cell, 124, 75–88 (2006). doi: 10.1016/j.cell.2005.11.039
  50. Kajiwara C., Kondo S., Uda S., Dai L., Ichiyanagi T., Chiba T., Ishido S., Koji T., and Udono H. Spermatogenesis arrest caused by conditional deletion of Hsp90α in adult mice. Biol. Open, 1, 977–982 (2012).doi: 10.1242/bio.2012646
  51. Qian S. B., McDonough H., Boellmann F., Cyr D. M., and Patterson C. CHIP-mediated stress recovery by sequential ubiquitination of substrates and Hsp70. Nature, 440, 551–555 (2006). doi: 10.1038/nature04600
  52. Shi Z. Z., Zhang J. W., and Zheng S. What we know about ST13, a co-factor of heat shock protein, or a tumor suppressor? J. Zhejiang Univ. Sci. B, 8, 170–176 (2007).doi: 10.1631/jzus.2007.B0170
  53. Shankavaram U. T., Reinhold W. C., Nishizuka S., Major S., Morita D., Chary K. K., Reimers M. A., Scherf U., Kahn A., Dolginow D., Cossman J., Kaldjian E. P., Scudiero D. A., Petricoin E., Liotta L., Lee J. K., and Weinstein J. N. Transcript and protein expression profiles of the NCI-60 cancer cell panel: an integromic microarray study. Mol. Cancer Ther., 6 (3), 820– 832 (2007). doi: 10.1158/1535-7163.MCT-06-0650
  54. Fournier M. L., Paulson A., Pavelka N., Mosley A. L., Gaudenz K., Bradford W. D., Glynn E., Li H., Sardiu M. E., Fleharty B., Seidel Ch., Florens L., and Washburn M. P. Delayed correlation of mRNA and protein expression in rapamycin-treated cells and a role for Ggc1 in cellular sensitivity to rapamycin. Mol. Cell. Proteomics, 9, 271–284 (2010).doi: 10.1074/mcp.M900415-MCP200
  55. Jiang D., Cope A. L., Zhang J., and Pennell M. On the Decoupling of Evolutionary Changes in mRNA and Protein Levels. Mol. Biol. Evol., 40, msad180 (2023).doi: 10.1093/molbev/msad180
  56. Kurashova N. A., Madaeva I. M., and Kolesnikova L. I. Expression of HSP70 Heat-Shock Proteins under Oxidative Stress. Adv. Gerontol., 10, 20–25 (2020).doi: 10.1134/S2079057020010099
  57. Evans C. G., Chang L., and Gestwicki J. E. Heat Shock Protein 70 (Hsp70) as an Emerging Drug Target. J. Med. Chem., 53, 4585–4602 (2010). doi: 10.1021/jm100054f
  58. Backe S. J., Sager R. A., Woodford M. R., Makedon A. M., and Mollapour M. Post-translational modifications of Hsp90 and translating the chaperone code. J. Biol. Chem., 295, 11099–11117 (2020).doi: 10.1074/jbc.REV120.011833

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».