Study on the Physiological Function of TRADD in TRAIL-Signaling and DNA Damage Response

Abstract

TNF Receptor-Associated Death Domain (TRADD) is an essential mediator of TNF receptor1 (TNFR1)-mediated TNF signaling. TRADD has a critical function in TNFR1 signaling pathway by orchestrating the formation of the TNFR1 signaling complex as well as Toll-like receptor3 (TLR3) and TLR4 signaling. The cytoplasmic functions of TRADD in death receptor signaling have been intensively studied. However, the involvement of TRADD in TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) - and DNA damage-induced cell death is unclear. In this study, I investigated the role of TRADD in cell death induced under these two conditions. TRAIL is known to possess selective cytotoxicity towards cancer cells and therefore is considered as a promising anti-cancer therapeutic agent. One major obstacle in the clinical application of TRAIL as a cancer therapeutic agent is the acquisition of TRAIL resistance. Therefore, it is important to search for novel mechanisms underlying such resistance. In this study, I found that TRADD deficiency sensitizes cells to TRAIL-induced apoptosis. Enhanced cell death in TRADD-/- MEFs is associated with defective NF-B activation, indicating that the pro-survival function of TRADD in TRAIL signaling is mediated at least in part via NF-B activation. Consistently, siRNA knock-down of TRADD in cancer cells sensitizes them to TRAIL-induced apoptosis. Thus, our data clearly demonstrate the pro-survival role of TRADD in TRAIL signaling and targeting TRADD appears to be a logical approach in enhancing the killing effect of TRAIL and in overcoming TRAIL resistance in cancer therapy. On the other hand, it has been found that TRADD shuttles dynamically from the cytoplasm into the nucleus through its nuclear localization sequence (NLS) and nuclear export sequence (NES). However, the function of nuclear localization of TRADD remains elusive. In this study, I aimed to examine the physiological functions of TRADD in nucleus upon treatment with DNA damage agents. First, I found that TRADD deficiency increases the accumulation of double strand break (γH2AX) foci compared to wild type in response to DNA damage agent treatment. Second, I identified that DNA damage promotes translocation of TRADD from cytoplasm to the nucleus. Third, I found that nuclear localization of TRADD facilitates DNA repair through promotion of non homologous end-joining (NHEJ) repair rather than homologous recombination (HR) repair. Finally, I demonstrated that TRADD deficiency is able to sensitize MEFs to DNA damage-induced cell death through the persistent activation of JNK and accumulation of ROS. Taken together, data from this study collectively demonstrate that TRADD has a pro-survival role in TRAIL- and DNA damage- induced cell death. Thus, TRADD may be one of the key potential target for overcoming TRAIL resistance and DNA damage resistance in cancer therapy.

TNF Receptor-Associated Death Domain (TRADD)는 종양 괴사 인자 수용기 (TNFR1) 매개 신호 전달에서 필수적인 단백질이다. TRADD 는 종양 괴사 인자 수용기 신호 전달 복합체 형성에 중요할 뿐만 아니라 Toll-like receptor3 (TLR3) 그리고 TRL4 신호 전달경로에서도 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 죽음 수용체 신호 전달 경로에서 TRADD 의 세포질에서의 기능에 대해 집중적으로 연구가 되어 왔지만, TRAIL 또는 DNA 손상에 의한 세포 사멸에서 TRADD 의 기능에 대한 연구는 불명확하다. 본 연구에서는 TRAIL 및 DNA 손상으로 인한 세포사멸에서 TRADD 의 역할을 연구하였다. TRAIL 은 암세포 특이적 독성을 갖는 항암 약물로 알려져 있지만, 항암제로써 TRAIL 의 문제점은 다양한 암세포가 TRAIL 에 대한 저항성을 갖는다는 것이다. 그러므로 TRAIL 저항성을 이해하는 새로운 메커니즘을 규명하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서 TRADD 의 결실은 TRAIL 에 의한 세포 사멸을 증진시킨다는 것을 확인하였다. TRADD 의 결실에 의한 세포 사멸 증가는 NF-kB 활성화의 결함과 관련되어 있다. TRAIL 신호 전달 경로에서 TRADD 는 NF-kB 활성화를 활성화시킴으로써 저항성에 기여한다. 일관적으로, 암세포에서 TRADD 의 발현 감소는 TRAIL 에 의한 세포 사멸을 증진시켰다. 따라서 본 결과는 TRADD 가 TRAIL 신호 전달 경로에서 생존에 중요한 역할을 하고, TRADD 를 타깃으로 하는 것은 암 치료에 있어서 TRAIL 에 의한 사멸 효과를 증진시키고, 저항성을 극복할 수 있음을 보여주었다. 다른 한편으로는, TRADD 는 Nuclear Localization Sequence (NLS)와 Nuclear Export Sequence (NES)를 통해서 핵과 세포질을 이동할 수 있다고 알려져 있다. 하지만, TRADD 의 핵에서의 기능은 불명확하다. 본 연구에서는 DNA 손상 약물을 처리하였을 경우, TRADD 의 핵에서의 기능에 대하여 조사하였다. 첫 번째, DNA 손상 약물을 처리하였을 경우, TRADD 결실은 DNA 이중 나선 손상 표지자인 γH2AX foci 의 축척을 증가시켰다. 두 번째, DNA 손상은 세포질로부터 핵으로 TRADD 의 이동을 촉진하였다. 세 번째, 핵에 위치하는 TRADD 는 비상동적 말단 결합 (NHEJ)를 촉진함으로써 DNA 복구를 촉진하였다. 마지막으로, TRADD 결실 세포는 지속된 JNK 활성화와 증가된 ROS 를 통해서 DNA 손상 유도 약물에 의한 세포사멸이 촉진되었다. 종합하자면, 본 연구의 결과는 TRADD 가 TRAIL- 또는 DNA 손상 유도에 의한 세포사멸에서 생존에 중요한 역할을 한다는 것을 증명하였다. 따라서, TRADD 는 암 치료에서 TRAIL 저항성이나 DNA 손상 유도 약물에 저항성을 가지는 암세포를 극복하기 위한 하나의 타깃이 될 수 있다.