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5-Aza-2′-deoxycytidine increases hypoxia tolerance-dependent autophagy in mouse neuronal cells by initiating the TSC1/mTOR pathway - 18/09/19

Doi : 10.1016/j.biopha.2019.109219 
Ruifang Qi a, b, c, Xiaolu Zhang b, c, Yabin Xie b, c, Shuyuan Jiang b, c, You Liu b, c, Xiaolei Liu b, c, Wei Xie b, c, Xiaoe Jia b, c, Rengui Bade b, c, Ruili Shi b, c, Sijie Li c, Changhong Ren c, Kerui Gong d, Chunyang Zhang e, Guo Shao a, b, c,
a Department of Neurobiology and Center of Stroke, Beijing Institute for Brain Disorders, School of Basic Medical Science, Capital Medical University, Beijing, China 
b Inner Mongolia Key laboratory of Hypoxic Translational Medicine, Baotou Medical College, Inner Mongolia, China 
c Beijing key laboratory of Hypoxic Conditioning Translational Medicine, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing, China 
d Department of Oral and Maxillofacial Surgery, University of California San Francisco, San Francisco, USA 
e Department of neurosurgery, the First Affiliated Hospital of Baotou Medical College, Inner Mongolia, China 

Corresponding author at: Department of Neurobiology and Center of Stroke, Beijing Institute for Brain Disorders, School of Basic Medical Science, Capital Medical University, Beijing, China.Department of Neurobiology and Center of StrokeBeijing Institute for Brain DisordersSchool of Basic Medical ScienceCapital Medical UniversityBeijingChina

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Abstract

Background

Our previous study found that 5-Aza-2′-deoxycytidine (5-Aza-CdR) can repress the expression and activity of protein serine/threonine phosphatase-1γ (PP1γ) in mouse hippocampus. It is well known that PP1γ regulates cell metabolism, which is related to hypoxia/ischaemia tolerance. It has been reported that it can also induce autophagy in cancer cells. Autophagy is important for maintaining cellular homeostasis associated with metabolism. In this study, we examined whether 5-Aza-CdR increases hypoxia tolerance-dependent autophagy by initiating the TSC1/mTOR/autophagy signalling pathway in neuronal cells.

Methods

5-Aza-CdR was either administered to mice via intracerebroventricular injection (i.c.v) or added to cultured hippocampal-derived neuronal cell line (HT22 cell) in the medium for cell culture. The hypoxia tolerance of mice was measured by hypoxia tolerance time and Perl's iron stain. The mRNA and protein expression levels of tuberous sclerosis complex 1 (TSC1), mammalian target of rapamycin (mTOR) and autophagy marker light chain 3 (LC3) were measured by real-time PCR and western blot. The p-mTOR and p-p70S6k proteins were used as markers for mTOR activity. In addition, the role of autophagy was determined by correlating its intensity with hypoxia tolerance in a time-dependent manner. At the same time, the involvement of the TSC1/mTOR pathway in autophagy was also examined through transfection with TSC1 (hamartin) plasmid.

Results

5-Aza-CdR was revealed to increase hypoxia tolerance and induce autophagy, accompanied by an increase in mRNA and protein expression levels of TSC1, reduction in p-mTOR (Ser2448) and p-p70S6k (Thr389) protein levels, and an increase in the ratio of LC3-II/LC3-I in both mouse hippocampus and hippocampal-derived neuronal cell line (HT22). The fluorescence intensity of hamartin was enhanced in the hippocampus of mice exposed to 5-Aza-CdR. Moreover, HT22 cells that over-expressed TSC1 showed more autophagy.

Conclusions

5-Aza-CdR can increase hypoxia tolerance by inducing autophagy by initiating the TSC1/mTOR pathway.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Autophagy, 5-Aza-2′-deoxycytidine, Hypoxia tolerance, TSC1


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Vol 118

Article 109219- octobre 2019 Retour au numéro
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