Functional Role of Glycogen synthase Kinase-3β on Glucocorticoid-mediated signaling

Abstract

Glucocorticoids (GC) induce cell cycle arrest and apoptosis in different cell types and therefore are widely used to treat a variety of diseases including autoimmune disorders and cancer. This effect is mediated by the GC receptor (GR), a ligandactivated transcription factor that translocates into the nucleus where it modulates transcription of target genes in a promoter-specific manner. Glycogen synthase kinase-3 (GSK3) regulates GR response by genomic and nongenomic mechanisms, although the specific role of each isoform is not well defined. We used GSK3 pharmacological inhibitors and isoform-specific small interfering RNA to evaluate the role of GSK3 in the genomic regulation induced by GC. The study was made in cell lines from different origin. GSK3 inhibition reverted GC-induced apoptosis by preventing GC-dependent MCL-1 downregulation and caspase-3 and -9 activation. GSK3 inhibition also resulted in the reduction of GC-induced mRNA expression of GC-induced genes such as BIM, HIAP1, and GILZ. Knockdown of GSK3β but not GSK3α reduced endogenous GILZ induction in response to dexamethasone and GRdependent reporter gene activity. Interestingly, GSK3 inhibition did not affect GCinduced transrepression. Chromatin immunoprecipitation experiments revealed that GSK3 inhibition impaired the dexamethasone-mediated binding of GR and RNA polymerase II to endogenous GILZ promoter through a mechanism that affects GR protein localization by decreasing early GR nuclear levels. These results indicate that GSK3β is important for GR transactivation activity and that GSK3β inhibition suppresses GC-stimulated gene expression. Furthermore, we show that genomic regulation of the GR by GSK3 occurs through a mechanism not involving known GSK3β phosphorylation sites. We propose that GC-dependent transcriptional activation requires functional GSK3β signaling and that altered GSK3β activity influences cell response to GC.

Los glucocorticoides (GC) inducen la parada del ciclo celular y la apoptosis en diferentes tipos de células y por lo tanto se utilizan ampliamente para tratar una gran variedad de enfermedades incluyendo enfermedades autoinmunes y cáncer. Este efecto es mediado por el receptor de GC (GR), un factor de transcripción activado por ligando que transloca al núcleo donde modula la transcripción de genes diana de una manera específica de promotor. La glucógeno sintasa quinasa-3 (GSK3) regula la respuesta del GR por medio de mecanismos genómicas y no genómicas, aunque la función específica de cada isoforma no está bien definida. En este estudio se utilizaron inhibidores farmacológicos de la GSK3 y siRNAs específicos de cada isoforma para evaluar el papel de la GSK3 en la regulación génica inducida por los GC. La inhibición de la GSK3 resultó en la reducción de la expresión de ARNm inducida por GC de genes tales como BIM, HIAP1, y GILZ. El silenciamiento de la GSK3β pero no de la GSK3α redujo la inducción endógena de GILZ en respuesta a la dexametasona y la actividad luciferasa dependiente del GR. Curiosamente, la inhibición de la GSK3 no afectó la transrepresión inducida por GC. Los experimentos de inmunoprecipitación de la cromatina revelaron que la inhibición de la GSK3 afecta la unión mediada por la dexametasona del GR y la ARN polimerasa II en el promotor endógeno de GILZ a través de un mecanismo que afecta la localización de la proteína del GR por medio de la disminución sus niveles nucleares. Estos resultados indican que la GSK3 es importante para la actividad de transactivadora del GR y que la inhibición de la GSK3 suprime la expresión génica estimulada por los GC. Además, se demuestra que la regulación genómica del GR por la GSK3 ocurre a través de un mecanismo que no implica los sitios conocidos de fosforilación por la GSK3. Por lo tanto, proponemos que la activación transcripcional dependiente de GC requiere una señalización funcional de la GSK3ß y que la alteración de la actividad de la GSK3β influye en la respuesta celular a los GC.