The pleiotropic lipid mediator sphingosine-1-phosphate (S1P) can act intracellularly independently of its cell surface receptors through unknown mechanisms. Sphingosine kinase 2 (SphK2), one of the isoenzymes that generates S1P, was associated with histone H3 and produced S1P that regulated histone acetylation. S1P specifically bound to the histone deacetylases HDAC1 and HDAC2 and inhibited their enzymatic activity, preventing the removal of acetyl groups from lysine residues within histone tails. SphK2 associated with HDAC1 and HDAC2 in repressor complexes and was selectively enriched at the promoters of the genes encoding the cyclin-dependent kinase inhibitor p21 or the transcriptional regulator c-fos, where it enhanced local histone H3 acetylation and transcription. Thus, HDACs are direct intracellular targets of S1P and link nuclear S1P to epigenetic regulation of gene expression.

Inflammatory bowel disease is an important risk factor for colorectal cancer. We show that sphingosine-1-phosphate (S1P) produced by upregulation of sphingosine kinase 1 (SphK1) links chronic intestinal inflammation to colitis-associated cancer (CAC) and both are exacerbated by deletion of Sphk2. S1P is essential for production of the multifunctional NF-κB-regulated cytokine IL-6, persistent activation of the transcription factor STAT3, and consequent upregulation of the S1P receptor, S1PR1. The prodrug FTY720 decreased SphK1 and S1PR1 expression and eliminated the NF-κB/IL-6/STAT3 amplification cascade and development of CAC, even in Sphk2−/− mice, and may be useful in treating colon cancer in individuals with ulcerative colitis. Thus, the SphK1/S1P/S1PR1 axis is at the nexus between NF-κB and STAT3 and connects chronic inflammation and CAC.

The potent lipid mediator sphingosine-1-phosphate (S1P) regulates diverse physiological processes by binding to 5 specific GPCRs, although it also has intracellular targets. Here, we demonstrate that S1P, produced in the mitochondria mainly by sphin-gosine kinase 2 (SphK2), binds with high affinity and specificity to prohibitin 2 (PHB2), a highly conserved protein that regulates mitochondrial assembly and function. In contrast, S1P did not bind to the closely related protein PHB1, which forms large, multimeric complexes with PHB2. In mitochondria from SphK2-null mice, a new aberrant band of cytochrome-c oxidase was detected by blue native PAGE, and interaction between subunit IV of cytochrome-c oxidase and PHB2 was greatly reduced. Moreover, depletion of SphK2 or PHB2 led to a dysfunction in mitochondrial respiration through cytochrome-c oxidase. Our data point to a new action of S1P in mitochondria and suggest that interaction of S1P with homomeric PHB2 is important for cytochrome-c oxidase assembly and mitochondrial respiration.—Strub, G. M., Paillard, M., Liang, J., Gomez, L., Allegood, J. C., Hait, N. C., Maceyka, M., Price, M. M., Chen, Q., Simpson, D. C., Kordula, T., Milstien, S., Lesnefsky, E. J., Spiegel, S. Sphingosine-1-phos-phate produced by sphingosine kinase 2 in mitochondria interacts with prohibitin 2 to regulate complex IV assembly and respiration. FASEB J. 25, 600–612 (2011). www.fasebj.org

Abstract Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a pleiotropic bioactive lipid mediator that promotes breast cancer progression by diverse mechanisms that remain somewhat unclear. Here we report pharmacologic evidence of a critical role for sphingosine kinase 1 (SphK1) in producing S1P and mediating tumor-induced hemangiogenesis and lymphangiogenesis in a murine model of breast cancer metastasis. S1P levels increased both in the tumor and the circulation. In agreement, serum S1P levels were significantly elevated in stage IIIA human breast cancer patients, compared with age/ethnicity-matched healthy volunteers. However, treatment with the specific SphK1 inhibitor SK1-I suppressed S1P levels, reduced metastases to lymph nodes and lungs, and decreased overall tumor burden of our murine model. Both S1P and angiopoietin 2 (Ang2) stimulated hemangiogenesis and lymphangiogenesis in vitro, whereas SK1-I inhibited each process. We quantified both processes in vivo from the same specimen by combining directed in vivo angiogenesis assays with fluorescence-activated cell sorting, thereby confirming the results obtained in vitro. Notably, SK1-I decreased both processes not only at the primary tumor but also in lymph nodes, with peritumoral lymphatic vessel density reduced in SK1-I–treated animals. Taken together, our findings show that SphK1-produced S1P is a crucial mediator of breast cancer–induced hemangiogenesis and lymphangiogenesis. Our results implicate SphK1 along with S1P as therapeutic targets in breast cancer. Cancer Res; 72(3); 726–35. ©2012 AACR.

Sphingosine 1-phosphate (S1P), a potent sphingolipid mediator produced by sphingosine kinase isoenzymes (SphK1 and SphK2), regulates diverse cellular processes important for breast cancer progression acting in an autocrine and/or paracrine manner. Here we show that SphK1, but not SphK2, increased S1P export from MCF-7 cells. Whereas for both estradiol (E2) and epidermal growth factor-activated SphK1 and production of S1P, only E2 stimulated rapid release of S1P and dihydro-S1P from MCF-7 cells. E2-induced S1P and dihydro-S1P export required estrogen receptor-α, not GPR30, and was suppressed either by pharmacological inhibitors or gene silencing of ABCC1 (multidrug resistant protein 1) or ABCG2 (breast cancer resistance protein). Inhibiting these transporters also blocked E2-induced activation of ERK1/2, indicating that E2 activates ERK via downstream signaling of S1P. Taken together, our findings suggest that E2-induced export of S1P mediated by ABCC1 and ABCG2 transporters and consequent activation of S1P receptors may contribute to nongenomic signaling of E2 important for breast cancer pathophysiology. Sphingosine 1-phosphate (S1P), a potent sphingolipid mediator produced by sphingosine kinase isoenzymes (SphK1 and SphK2), regulates diverse cellular processes important for breast cancer progression acting in an autocrine and/or paracrine manner. Here we show that SphK1, but not SphK2, increased S1P export from MCF-7 cells. Whereas for both estradiol (E2) and epidermal growth factor-activated SphK1 and production of S1P, only E2 stimulated rapid release of S1P and dihydro-S1P from MCF-7 cells. E2-induced S1P and dihydro-S1P export required estrogen receptor-α, not GPR30, and was suppressed either by pharmacological inhibitors or gene silencing of ABCC1 (multidrug resistant protein 1) or ABCG2 (breast cancer resistance protein). Inhibiting these transporters also blocked E2-induced activation of ERK1/2, indicating that E2 activates ERK via downstream signaling of S1P. Taken together, our findings suggest that E2-induced export of S1P mediated by ABCC1 and ABCG2 transporters and consequent activation of S1P receptors may contribute to nongenomic signaling of E2 important for breast cancer pathophysiology.

Abstract Liver failure secondary to nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) has become the most common cause for liver transplantation in many parts of the world. Moreover, the prevalence of NAFLD not only increases the demand for liver transplantation, but also limits the supply of suitable donor organs because steatosis predisposes grafts to ischemia-reperfusion injury (IRI). There are currently no pharmacological interventions to limit hepatic IR injury because the mechanisms by which steatosis leads to increased injury are unclear. To identify potential novel mediators of IR injury, we used liquid chromatography and mass spectrometry to assess temporal changes in the hepatic lipidome in steatotic and non-steatotic livers after warm IRI in mice. Our untargeted analyses revealed distinct differences between the steatotic and non-steatotic response to IRI and highlighted dynamic changes in lipid composition with marked changes in glycerolipids and glycerophospholipids. These findings enhance our knowledge of the lipidomic changes that occur following IRI and provide a foundation for future mechanistic studies. A better understanding of the mechanisms underlying such changes will lead to novel therapeutic strategies to combat IR injury.