UCP-3 Uncoupling Protein Confers Hypoxia Resistance to Renal Epithelial Cells and is Upregulated in Renal Cell Carcinoma

Abstract

Tumor cells can adapt to a hostile environment with reduced oxygen supply. The present study aimed to identify mechanisms that confer hypoxia resistance. Partially hypoxia/reoxygenation (H/R)-resistant proximal tubular (PT) cells were selected by exposing PT cultures to repetitive cycles of H/R. Thereafter, H/R-induced changes in mRNA and protein expression, inner mitochondrial membrane potential (Delta Psi m), formation of superoxide, and cell death were compared between H/R-adapted and control PT cultures. As a result, H/R-adapted PT cells exhibited lower H/R-induced hyperpolarization of Delta Psi m and produced less superoxide than the control cultures. As a consequence, H/R triggered Delta Psi m break-down and DNA degradation in a lower percentage of H/R-adapted than control PT cells. Moreover, H/R induced upregulation of mitochondrial uncoupling protein 3 (UCP-3) in H/R-adapted PT but not in control cultures. In addition, ionizing radiation killed a lower percentage of H/R-adapted compared to control cells suggestive of an H/R-radiation cross-resistance developed by the selection procedure. Knockdown of UCP-3 decreased H/R- and radioresistance of the H/R-adapted cells. Finally, UCP-3 protein abundance of PT-derived clear cell renal cell carcinoma and normal renal tissue was compared in human specimens indicating upregulation of UCP-3 during tumor development. Combined, our data suggest functional significance of UCP-3 for H/R resistance.

Tumorzellen können sich an ein hypoxisches Milieu anpassen. Die vorliegende Studie untersucht Mechanismen, die zu einer Resistenz gegenüber Hypoxie beitragen können. Partiell gegenüber Hypoxie/Reoxigenierung (H/R) unempfindliche proximale Tubuluszellen (PT) wurden durch repetitive Zyklen von Hypoxie und Reoxigenierung aus ursprünglichen PT-Kulturen herausselektioniert. Im Anschluss erfolgte eine Untersuchung der H/R induzierten Veränderungen hinsichtlich der mRNA- und Proteinexpression, des mitochondrialen Membranpotentials, der Bildung freier O2-Radikale und des induzierten Zelltodes verglichen mit den unselektionierten Kontrollkulturen. H/R-angepasste Zellen zeigten eine geringere H/R bedingte Hyperpolarisierung des mitochondrialen Membranpotentials und eine geringere Bildung freier O2-Radikale. In der Folge verursachte H/R bei den angepassten Zellen in einem geringeren Prozentsatz einen Zusammenbruch des Membranpotentials und der DNA-Degradierung. Zudem wurde durch H/R in den selektionierten Zellen das Uncoupling Protein 3 (UCP-3) im Vergleich zu den Kontrollzellen stärker exprimiert. Des Weiteren hatte Bestrahlung in den selektionierten Zellen eine geringere Wirkung als in den Kontrollzellen, was auf eine Kreuzresistenz durch den Selektionierungsprozess hindeutet. Eine Herunterregulation der UCP-3 Expression führte zu einer Verringerung der Resistenz gegenüber H/R und Bestrahlung. Zuletzt erfolgte ein Vergleich der UCP-3 Expression in aus Tubuluszellen enstehenden klarzelligen Nierenzellkarzinomen und normalem Nierengewebe menschlichen Ursprungs. Zusammenfassend weisen die vorliegenden Daten auf die Bedeutung von UCP-3 für die H/R Resistenz hin.