Arginine deprivation affects glioblastoma cell adhesion, invasiveness and actin cytoskeleton organization by impairment of β-actin arginylation

Abstract

A deficit of exogenous arginine affects growth and viability of numerous cancer cells. Although arginine deprivation-based strategy is currently undergoing clinical trials, molecular mechanisms of tumor cells’ response to arginine deprivation are not yet elucidated. We have examined effects of arginine starvation on cell motility, adhesion and invasiveness as well as on actin cytoskeleton organization of human glioblastoma cells. We observed for the first time that arginine, but not lysine, starvation affected cell morphology, significantly inhibited their motility and invasiveness, and impaired adhesion. No effects on glia cells were observed. Also, arginine deprivation in glioblastoma evoked specific changes in actin assembly, decreased β-actin filament content, and affected its N-terminal arginylation. We suggest that alterations in organization of β-actin resulted from a decrease of its arginylation could be responsible for the observed effects of arginine deprivation on cell invasiveness and migration. Our data indicate that arginine deprivation-based treatment strategies could inhibit, at least transiently, the invasion process of highly malignant brain tumors and may have a potential for combination therapy to extend overall patient survival.Electronic supplementary materialThe online version of this article (doi:10.1007/s00726-014-1857-1) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Identification of metabolites in plasma for predicting survival in glioblastoma

“…In addition to the prognostic role of arginine, it could be considered as a potential stratification biomarker for arginine depletion strategies. Arginine deprivation can impact glioblastoma cell adhesion, invasiveness and actin cytoskeleton organization and induce cytotoxic to human glioblastoma cells …”

“…29 In addition to the prognostic role of arginine, it could be considered as a potential stratification biomarker for arginine depletion strategies. Arginine deprivation can impact glioblastoma cell adhesion, invasiveness and actin cytoskeleton organization 30 and induce cytotoxic to human glioblastoma cells. 31,32 Similar to the positive prognostic impact of plasma arginine in glioblastoma, methionine, an essential neutral amino acid, was also found to be a positive prognosticator.…”

Effect of Arginine Deiminase From Streptococcus Pyogenes on Cytoskeleton Structure and Migration Activity of Human Endothelial Cells

“…19, 5 2017 дефицита аргинина на клетки глиобластомы че-ловека [16]. В этой модели культивирование кле-ток в среде без аргинина приводило к значитель-ному снижению их подвижности, адгезивности и инвазивности.…”

“…Описанные эффекты носили обратимый характер, так как добавление аргинина в среду для культивирования приводило к быстрому восстановлению морфологии и структуры ци-тоскелета уже через 3 часа. Авторы доказывают, что обнаруженные эффекты были обусловлены специфическими нарушениями организации ак-тинового цитоскелета, вызванными дефицитом аргинилирования бета-актина [16]. В нашем исследовании добавление экзогенно-го аргинина в культуральную среду с супернатан-тами приводило только к частичному восстанов-лению морфологии клеток и структуры ламеллы, а заметное восстановление размера и формы кле-ток происходило только в случае культивирова-ния их с АД.…”

“…Недостаток аргинилированных белков приводит к дефектам формирования актиновой сети, к резкому снижению уровня полимерного актина, укорочению актиновых фибрилл и фор-мированию агрегатов актина [10, 11,19]. Аргинин является физиологическим субстра-том для синтеза NO и полиаминов [13,15,16]. Возможно, цитопатические эффекты АД связаны со снижением продукции этих молекул.…”