Studies on the molecular mechanism underlying mRNA stabilization via the PIN1-YTHDF1 axis in breast cancer

Abstract

The post-transcriptional processing of N6-methyladenosine (m6A)-modified mRNA by YTH domain-containing family protein 1 (YTHDF1) plays a crucial role in the regulation of gene expression. Although YTHDF1 expression is frequently upregulated in breast cancer, the regulatory mechanisms for this remain unclear. In this study, we examined the role of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting 1 (PIN1) in regulating YTHDF1 stability in breast cancer cells. The WW domain of PIN1 interacted with YTHDF1 in a phosphorylation-dependent manner. Additionally, PIN1 overexpression increased YTHDF1 stability by preventing ubiquitin-dependent proteasomal degradation. Furthermore, using the MS2-tagged RNA pull-down assay, we identified Aurora kinase A (AURKA) mRNA as a bona fide substrate of YTHDF1. PIN1-mediated YTHDF1 stabilization increased the stability of AURKA mRNA in an m6A-dependent manner. Furthermore, YTHDF1 knockout reduced AURKA protein expression levels, resulting in anticancer effects in breast cancer cells, including decreased cell proliferation, cell cycle arrest at the G0/G1 phase, apoptotic cell death, and decreased spheroid formation. The anticancer effects induced by YTHDF1 knockout were reversed by AURKA overexpression. Similarly, the knockout of PIN1 produced comparable anticancer effects to those observed in YTHDF1-knockout cells, and these effects were reversed upon overexpression of YTHDF1. In conclusion, the findings of our study suggest that increased YTHDF1 stability induced by PIN1 promotes breast tumorigenesis via the stabilization of AURKA mRNA. Targeting the PIN1/YTHDF1 axis may represent a novel therapeutic strategy for breast cancer.|YTH 도메인 계열 단백질 1(YTHDF1)은 N6-메틸아데노신(m6A)으로 변형된 mRNA 의 전사 후 처리 과정에 있어 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 유방암에서 YTHDF1 단백질은 발현이 증가한 것으로 보고 되었으나, 이를 조절 하는 분자 메커니즘은 아직 규명된 바가 없다. 본 연구에서는 유방암 세포에서 YTHDF1 단백질의 안정성(stability)을 조절하는데 있어서 peptidylprolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting 1(PIN1)의 역할을 탐구하였다. 그 결과, PIN1 의 WW 도메인은 인산화 된 YTHDF1 과 결합하는 것으로 확인하였다. 또한, PIN1 의 과발현은 YTHDF1 의 안정성을 더욱 증가시켜 유비퀴틴 의존적 프로테아좀 분해를 억제하는 것으로 나타났다. 이와 더불어, MS2-tagged RNA pull-down assay 를 이용하여 YTHDF1 의 타겟 mRNA 가 AURKA 임을 규명하였다. 결과적으로 PIN1 에 의한 YTHDF1 의 안정화는 m6A 의존적 방식으로 AURKA mRNA 의 안정성을 증가시키는 것으로 나타났다. 유방암 세포에서 YTHDF1 유전자의 knock-out 시켰을 때 AURKA 단백질 발현 감소와 세포 증식 감소, G0/G1 단계에서의 세포 주기 정지, 세포 사멸 증가, 그리고 spheroid formation 이 감소하였다. 하지만 YTHDF1 의 knock-out 세포에 AURKA 단백질의 과발현하였을 때 이러한 항암효과는 억제되었다. 또한, PIN1 knockout 유방암세포에 YTHDF1 의 과발현 시켰을 때 세포 증식 감소, G0/G1 단계에서의 세포 주기 정지, 세포 사멸 증가, 그리고 spheroid formation 이 감소와 같은 항암효과가 억제되었다. 이 연구는 PIN1 과 YTHDF1 의 상호작용을 통하여 AURKA mRNA 의 안정성을 증가시키며, 이는 유방암 발생을 촉진하는 새로운 신호전달 과정을 보여주었다. 따라서, PIN1/YTHDF1 신호전달을 타겟으로 하는 치료 전략 유방암 치료의 새로운 가능성을 시사한다.