Role of BCL-2 associated athanogene - 1 (BAG-1) in Acute Myeloid Leukemia (AML): protein with hundred faces

Bcl-2 associated AthanoGene-1 (BAG-1) is a multifunctional protein competent to delay cell death by a synergistic action with Bcl-2. BAG-1, as well as Bcl-2, has been reported as deregulated in diverse cancer types. During PhD study, we confirmed BAG-1 protein as over-expressed in a cohort of leukemic cell lines and heterogeneously expressed in patients affected by de novo acute myeloid or lymphoid leukemia. Silencing approach, used for a determination of BAG-1’s role in AML, suggested a correlation between BAG-1 down-regulation and decreased expression of certain proteins, which contribution to a proliferative advantage of leukemic cells has already been documented. BAG-1 expression in leukemic cells was demonstrated to be reciprocally regulated with the expression of BAG-3, gene from the same family which shows functional similarities with BAG-1. In correspondence, major impact on leukemic cell faith was verified by co-silencing both of this genes. The increased cell death, confirmed after co-silencing of leukemic cell lines and primary AML, was sustained by caspase-3 and PARP cleavage and release of cytochrome c and Smac/DIABLO. Key effect of BAG-1 and BAG-3 co-silencing was seen at the levels of anti-apoptotic proteins Bcl-2, Mcl-1 and Bcl-XL, survival protein ERK1/2 and cyclin D1, which all resulted as decreased. Our results indicated that BAG-1 might take an important place in a protection of native Bcl-2 and Mcl-1 proteins from a proteasome derived degradation, since proteins became removed from cell more intensively after transient BAG-1;3 silencing. In consequence, BAG-1, sustained by BAG-3, occurred to be a novel protein able to affect leukemic cells faith when highly expressed, in major part by provoking in these cells a block of apoptosis induction. It is most likely that described role BAG-1 accomplishes either directly or indirectly. In fact, BAG-1 interacts directly with Bcl-2 and most likely with Usp9X, influencing thereby indirectly the expression of Mcl-1, protein of great importance for leukemic blasts survival, and in consequence impairing the apoptosis induction. Finally, BAG-1 and BAG-3 seem to be new molecules capable to sustain AML. Therefore, identification of their molecular targets, such as Bcl-2, Mcl-1 and Usp9X, significant for leukemia development, gives a meaning to the novel pathways which could be of importance for paediatric AML development and opens a possibility for the future studies for a new therapeutic targets.

Bcl-2 associated AthanoGene-1 (BAG-1) è una proteina multifunzionale competente per ritardare la morte cellulare mediante un'azione sinergica principalmente con Bcl-2. BAG-1 così come Bcl-2, è stato segnalato essere molto spesso deregolato in diversi tipi di cancro. Durante il dottorato di ricerca, abbiamo trovato che la proteina BAG-1 è sovra-espressa in una coorte di linee cellulari leucemiche e si esprime in modo eterogeneo in pazienti affetti da leucemia acuta mieloide o linfoide all’esordio. L’approccio del silenziamento genico è stato utilizzato per determinare il ruolo che BAG-1 svolge principalmente nelle leucemie acute mieloidi (LAM), permettendoci di scoprire che l’indotta sotto-espressione di BAG-1 comporta una ridotta espressione di alcune proteine molto importanti per conferire un vantaggio proliferativo alle cellule tumorali. L’espressione di BAG-1 nelle cellule leucemiche è stata dimostrata essere inversamente proporzionale all’espressione di BAG-3, gene della stessa famiglia genica con funzione altamente simile a quella di BAG-1, e questo fenomeno di compensazione genica è stato dimostrato svolgere un ruolo di forte impatto sulla sopravivenza delle cellule leucemiche soprattutto se entrambi i geni venivano silenziati insieme. Un aumento della morte cellulare, confermata dopo il co-silenziamento di BAG-1;3 in linee leucemiche e in colture primarie di LAM è stata osservata, così come l’attivazione delle proteine caspasi-3 e PARP e il rilascio delle molecole pro-apoptotiche citocromo c e Smac/DIABLO. L’elemento chiave del co-silenziamento di BAG-1 e BAG-3 è stato individuato essere soprattutto a livello di repressione dell’espressione proteica di elementi anti-apoptotici, quali Bcl-2, Mcl-1 e Bcl-XL, così come di alcuni regolatori della proliferazione come ERK1/2 e ciclina D1. La nostra ipotesi è che BAG-1 possa rivestire un ruolo importante nella protezione della degradazione di alcune di queste proteine che normalmente vengono degradate via proteasoma. Infatti, dato che queste proteine risultavano diminuite dopo il silenzia mento transitorio di BAG-1;3, la mancanza di questi fattori noti per regolare il turnover proteico, dunque supportava il loro contributo alla aumentata degradazione proteica oservata. E’ molto probabile che il ruolo di BAG-1/-3 avvenga direttamente o indirettamente. Infatti, BAG-1 è noto interagire direttamente con particolari fattori, e noi abbiamo dimostrato che così avviene per Bcl-2, fenomeno già descritto in altri tessuti, e con una proteina di recente interesse la Usp9X, mai prima identificata tra i target diretti di BAG-1. L’abbassamento di BAG-1;3, molto probabilmente tramite Usp9X, ha influenzato l’espressione di Mcl-1, un altro fattore importante nell’apoptosi delle LAM, dimostrando che silenziamento era in grado di influenzare le cellule leucemiche provocando un blocco di induzione dell’apoptosi. Infine, BAG-1 e BAG-3 si candidano a nuove molecole con un potenziale ruolo nel mantenimento delle LAM. L’identificazione dei loro principali targets molecolari, quali Bcl-2, Mcl-1 e Usp9X, affetti particolarmente da BAG-1, portano novità sul ruolo di nuovi pathway che potrebbero essere considerati nelle LAM pediatriche e per futuri sviluppi di targets terapeutici.