Effects of bacterial extracellular vesicles from Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae for growth on breast cancer cell lines

Abstract

Introduction: Bacterial extracellular vesicles (EVs), which are typically 20-100 nm in diameter, contain nucleic acids and proteins within a phospholipid bilayer derived from the bacterial membrane. EVs have been known to play various roles in cancers. However, to date, there is little elucidation on the effects of bacterial EVs in breast cancer. Herein, the effects of two bacterial EVs were evaluated based on cell growth and drug efficacy. Materials and Methods: Breast cancer cells—MCF7, BT474, and MDA-MB-231—were cultured and treated with EVs derived from Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae. Cell cycles, as well as cyclins and tumor necrosis factor-alpha were observed by FACS, immunoblotting, and qRT-PCR in MDA-MB-231. To observe the anti-tumor effect of bacterial EVs, S. aureus and K. pneumoniae EVs were co-treated with tamoxifen and cyclins, and tumor necrosis factor-alpha was observed using immunoblotting and qRT-PCR. Results: Cell growth was decreased in MDA-MB-231 cells by co-treatment of S. aureus and K. pneumonia EVs. Its action mechanism was AKT-down regulation of S.aureus EV, and Tumor necrosis factor-alpha upregulation of K.pneumoniae EV. Response to tamoxifen was enhanced in MCF7 cells after treatment of S. aureus or K. pneumonia EVs. When estrogen receptor-positive breast cancer cells were co-treated with tamoxifen, each EVs were effective. S.aureus EV up-regulated the tumor necrosis factor-alpha expression and K.pneumoniae EV reduced the cyclin E2 expression. These results enhanced tamoxifen efficacy. Conclusions: Co-treatment of S.aureus and K.pneumoniae EVs decreased cell growth of MDA-MB-232 cells via AKT and p-AKT down regulation. Co-treatment of S.aureus and K.pneumoniae EVs enhanced the response to tamoxifen via increasing TNF-a and down regulation of cyclin E2. These findings suggest that specific EVs can have an effect on cell growth and drug efficacy. The major limitation of this study is the uncertainty of which molecules in EVs were responsible for the results observed. In a future study, molecules responsible for inducing changes in cell signaling should be investigated. ;연구 목적 직경 20-100 nm 인 세균의 세포밖 소포체 (EVs)는 박테리아 막으로부터 유래 된 인지질 이중 층 내에 핵산 및 단백질을 함유한다. 세포밖 소포체는 암에서 다양한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지 유방암에 세포밖 소포체가 미치는 영향에 대한 연구는 거의 없다. 이 연구에서는 2종류의 세균의 세포밖 소포체가 세포 성장 및 약물 효능에 미치는 영향에 대해 실험하였다. 재료 및 방법 유방암 세포 (MCF7, BT474, MDA-MB-231)를 배양하여 황색포도상구균 및 폐렴간균에서 유래 된 세포밖 소포체를 처리 하였다. MDA-MB-231 세포에 두 종류 세포밖 소포체를 처리시 세포 성장, 세포 주기, 세포신호 및 종양 괴사 인자-알파를 유세포 분석, Immunoblotting(면역블러팅) 및 실시간 중합효소연쇄반응 정량검사를 통해 관찰하였다. 세균 세포밖 소포체의 항종양 효과를 관찰하기 위해 황색포도상구균 및 폐렴간균 세포밖 소포체를 타목시펜과 동시에 처리하였고 Immunoblotting 및 실시간 중합효소연쇄반응 정량검사 를 시행하여 세포신호 및 종양 괴사 인자-알파를 확인 하였다. 결과 황색포도상구균 및 폐렴간균 세포밖 소포체의 병용으로 MDA-MB-231 세포에서 세포 성장이 감소되었다. 그 작용 메커니즘은 황색포도상구균 EV의 AKT 하향 조절 및 폐렴간균 세포밖 소포체의 종양 괴사 인자-알파 상향 조절이었다. MCF7 세포에서 황색포도상구균 및 폐렴간균 세포밖 소포체의 처리 후 타목시펜의 효능이 강화되었다. 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포에서 타목시펜과 세포밖 소포체를 함께 투여했을 때, 각각의 세포밖 소포체 모두 타목시펜의 효능을 강화시켰다. 황색포도상구균 세포밖 소포체는 종양 괴사 인자-알파 발현을 증가 시켰고 폐렴간균 세포밖 소포체는 cyclin E2 발현을 감소시켰는데 이러한 결과가 타목시펜 효능을 향상시킨 것으로 보인다. . 결론 황색포도상구균 및 폐렴간균 세포밖 소포체의 병용 처리는 AKT와 p-AKT 발현의 감소를 통해 MDA-MB-232 세포의 성장을 감소시켰다. 황색포도상구균 및 폐렴간균 세포밖 소포체 각각은 종양 괴사 인자-알파 발현 증가와 cyclin E2의 발현 감소를 통해 타목시펜에 대한 반응을 향상시켰다. 이러한 결과는 특정 세포밖 소포체가 세포 성장 및 약물 효능에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이 연구의 주요 한계점은 세포밖 소포체 내에 포함된 어떤 물질이 원인 이었는지에 대한 불확실성이다. 향후 연구에서 세포 신호 전달의 변화를 유발하는 물질에 대한 연구가 진행 되어야 할 것이다.