The human organic cation transporter OCT1 mediates high affinity uptake of the anticancer drug daunorubicin

Les anthracyclines tels que la doxorubicin et la daunorubicin sont une famille de médicaments anticancéreux hydrophiles qui doivent être transportés dans les cellules afin d’exercer leur action par intercalation à l’ADN dans le noyau cellulaire. Ceci mène à la perturbation du métabolisme de l’ADN et entraine la mort cellulaire. Les anthracyclines sont utilisés pour le traitement d’une variété de cancers incluant la leucémie, les lymphomes, le cancer du sein, le cancer des poumons et le cancer des ovaires. Étant donné que le transport actif des anthracyclines dans les cellules a partiellement été démontré, le transporteur spécifique impliqué dans ce processus n’est pas encore connu. En utilisant un modèle de cancer des ovaires, la lignée cellulaire TOV2223G, nous avons démontré que des substrats spécifiques au transporteur de cations organiques 1 (OCT1), notamment la ergothionéine, la thiamine et la phenformin, ont partiellement inhibé l’absorption de la daunorubicin en différence de la carnitine qui est un substrat de haute affinité des transporteurs CT2 et OCTN2. Ces résultats suggèrent que les transporteurs organiques spécifiques au transport de la carnitine ne sont pas impliqués dans le transport des anthracyclines. Ainsi, nos résultats ont démontré que l’absorption de la daunorubicin est orchestrée par le transporteur OCT1 dans les cellules TOV2223G (Km ~ 5 μM) et des concentrations micromolaires de choline ont complètement abolies l’absorption de la drogue. De plus, un ARN sh dirigé contre OCT1 a réprimé son expression protéique, ce qui a été confirmé par la technique d’immuno-buvardage en utilisant un anti-OCT1 anticorps. Les cellules déficientes en OCT1 n’ont pas été capables d’absorber la daunorubicin et ont été plus résistantes à l’action de la drogue par rapport aux cellules contrôle. La transfection des cellules HEK293T avec un plasmide construit de façon à faire exprimer OCT1 comme protéine de fusion avec la protéine fluorescente EYFP a montré que celle-ci est localisée dans la membrane plasmique. Les cellules transfectées ont été capables d’absorber cinq fois plus de daunorubicin comparé aux cellules contrôles. Cette étude est, selon nous, la première à démontrer que OCT1 est un transporteur de haute affinité des anthracyclines. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que des défauts de OCT1 peuvent contribuer à l’efficacité de la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie avec les anthracyclines.

Anthracyclines such as doxorubicin and daunorubicin are hydrophilic anticancer agents that must be transported into cells. These drugs accumulate in the nucleus where they intercalate with DNA, thereby interfering with DNA replication in turn leading to cell death. Anthracyclines are used for treating a variety of cancers including leukemia, lymphomas, breast, lung, and ovarian. Despite evidence for active uptake of anthracyclines, the specific transporter has not been identified. Using the ovarian cancer cell line TOV2223G, we show that substrates reported for the organic cation transporter OCT1, such as ergothioneine, thiamine and phenformin, partially compete with uptake of daunorubicin, but not of L-carnitine, i.e., a high affinity substrate transported by hCT2 and OCTN2. These findings exclude the involvement of the L-carnitine organic cation family of transporters in anthracycline uptake. Moreover, we show that OCT1 actively mediates high affinity (Km ~ 5 μM) transport of daunorubicin into TOV2223G cells, whereas micromolar amounts of choline completely abolish drug uptake. shRNA-mediated downregulation of OCT1 causes defective uptake of daunorubicin, as well as significant resistance to the drug, as compared to the vector control. Transfection of HEK293T cells with a plasmid expressing OCT1 as a GFP fusion protein revealed that OCT1-EYFP was predominantly localized to the plasma membrane. These transfected cells manifested nearly 5-fold increased uptake of daunorubicin compared to the empty vector control. In summary, we show for the first time that human OCT1 is a high affinity transporter for anthracyclines. As such, we postulate that OCT1 status represents a critical determinant in the response of cancer cells to chemotherapy with anthracyclines