Диалог между аутофагией и железом при прогрессии меланомы

Введение. Аутофагия – катаболический процесс удаления отработанных органелл, долгоживущих белков и продуктов распада с помощью двухмембранных фагосом – в опухолевых клетках имеет патологически повышенную активность, и неэффективность химио- и радиотерапии во многом связывают с активацией аутофагии. Среди металлов, необходимых живому организму, железо занимает особое место. Стремительный рост злокачественной опухоли требует значительно большего расхода железа, нежели метаболизм нормальных клеток.

Цель исследования – выявление взаимосвязи между аутофагией и железом в прогрессии опухоли.

Материалы и методы. В работе были использованы 2D- и 3D-культивирование клеток меланомы c высокой экспрессией CD71 (mel P and mel Z) и с низкой экспрессией CD71 (mel Gus and mel Ibr), проточная цитофлуориметрия, флуоресцентная микроскопия.

Результаты. Захват железа опухолевой клеткой происходит посредством транслокации комплекса «трансферрин/CD71» в цитоплазму с последующей диссоциацией железа из комплекса. Хелатор железа в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71 снижал базовый уровень аутофагии, в то время как донор железа повышал базовый уровень аутофагии. В присутствии донора железа клетки меланомы формировали в 3D-культуре сосудистоподобные структуры с многочисленными разрывами в сети. Хелатор железа сохранял способность клеток меланомы мигрировать и узнавать друг друга, формирование сосу дистоподобных структур не наблюдалось. Аналогичная закономерность сохранялась и в клетках меланомы с низкой экспрессией CD71. В контрольных клетках меланомы экспрессия CD105 была значительно выше в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71. В таких клетках хелатор железа повышал экспрессию CD105 на 50 ± 5 %, в клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 хелатор железа повышал в 8 раз число клеток, экспрессирующих CD105. Донор железа также повышал экспрессию CD105 на 35 ± 4 % в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71. В клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 донор железа снижал экспрессию CD105 на 300 ± 3 %.

Заключение. Активация аутофагии способствует выживанию опухолевых клеток при генотоксическом стрессе, запуская ряд метаболически важных функций клетки с участием железа.

1. Mizushima N., Komatsu M. Autophagy: renovation of cells and tissues. Cell 2011;147(4):728–41. DOI:10.1016/j.cell.2011.10.026. PMID: 22078875.

2. Rabinowitz J.D., White E. Autophagy and metabolism. Science 2010;330(6009):1344–8. DOI:10.1126/science.1193497. PMID: 21127245.

3. Menzies F.M., Fleming A., Rubinsztein D.C. Compromised autophagy and neurodegenerative diseases. Nat Rev Neurosci 2015;16(6):345–57. DOI:10.1038/nrn3961. PMID: 25991442.

4. Sun K., Deng W., Zhang S. et al. Paradoxical roles of autophagy in different stages of tumorigenesis: protector for normal or cancer cells. Cell Biosci 2013;3(1):35–42. DOI:10.1186/2045-3701-3-35. PMID: 24016776.

5. Вартанян А.А., Бурова О.С., Уласов И.В., Барышникова М.А. Вовлечение аутофагии в васкулогенную мимикрию при меланоме. Российский биотерапевтическийжурнал 2017;16(2):66–73. DOI:10.17650/1726-9784-2017-16-2-66-73.

6. Вартанян А.А., Барышникова М.А.,Бурова О.С. и др. Блокатор васкулогенной мимикрии восстанавливает чувствительность резистентных клеток меланомы к ДНК-повреждающим агентам // Российский биотерапевтический журнал 2016;15(1):19–20.

7. Вартанян А.А., Хоченков Д.А., Бурова О.С. Взаимосвязь между аутофагией и железом в васкулогенной мимикрии // Российский биотерапевтический журнал 2018;17(спецвыпуск):15.

8. Reichert C.O., da Cunha J., Levy D. et al. Hepcidin: Homeostasis and Diseases Related to Iron Metabolism. Acta Haematol 2017;137(4):220–36. DOI:10.1159/000471838. PMID: 28514781.

9. Zhang D.L., Ghosh M.C., Rouault T.A. The physiological functions of iron regulatory proteins in iron homeostasis – an update. Front Pharmacol 2014;5:124–9. PMID: 24982634.

10. Munoz M., Villar I., Garcia-Erce J.A. An update on iron physiology. World J Gastroenterol 2009;15:4617–4626. PMID: 19787824.

11. Kleingardner J.G., Bren K.L. Biological significance and applications of heme proteins and peptides. Acc Chem Res 2015;48(7):1845–52. DOI:10.1021/acs.accounts.5b00106. PMID: 26083801.

12. Вартанян А.А. Метаболизм железа, ферроптоз, рак // Российский биотерапевтический журнал 2017;16(3):14–20. DOI:10.17650/1726-9784-2017-16-3-14-20

13. Михайлова И.Н, Лукашина М.И., Барышников А.Ю. и др. Клeточные линии меланомы как основа для создания противоопухолевых вакцин. Вестник Российской академии медицинских наук 2005;7:37–40.

14. Khiroya H., Turner A.M. The role of iron in pulmonary pathology. Multidiscip Respir Med 2015;10:34. DOI:10.1186/s40248-015-0031-2. PMID: 26629341.

15. Calzolari A., Oliviero I., Deaglio S. et al. Transfetin receptor is frequently expressed in human cancer. Blood Cells Mol Dis 2007;39(1):82–91. PMID: 17428703.

16. Hendrix M.J., Seftor E.A., Seftor R.E. et al. Tumor vasculogenic mimicry: Novel targeting opportunity in melanoma. Pharmacol Ther 2016;159:83–92. DOI:10.1016/j.pharmthera.2016.01.006. PMID: 26808163.

17. Vartanian A., Stepanova E., Grigorieva I. et al. Melanoma Vasculogenic Mimicry Capillary-Like Structure Formation Depends on Integrin and Calcium Signaling. Microcirculation 2011;18(5):390–9. DOI:10.1111/j.1549-8719.2011.00102.

18. Dallas N.A., Samuel S., Xia L. et al. Endoglin (CD105): a marker of tumor vasculature and potential target fort herapy. Clin Cancer Res 2008;14(7): 1931–7. DOI:10.1158/1078-0432.CCR-07-4478. PMID: 18381930.

19. Altomonte M., Montagner R., Fonsatti E. et al. Expression and structural features of endoglin (CD105), a transforming growth factor beta1 and beta3 binding protein, in human melanoma. Br J Cancer 1996;74(10):1586–91. PMID: 8932339.

20. Salgado K.B., Toscani N.V., Silva L.L. et al. Immunoexpression of endoglin in brain metastasis secondary to malignant melanoma Clin Exp Metastasis 2007;24(6):403–10. DOI:10.1007/s10585-007-9077-7. PMID: 17564791.

21. Daniels-Wells T.R., Penichet M.L. Transferrin receptor 1: a target for antibody-mediated cancer therapy. Immunotherapy 2016;8(9):991–4. DOI:10.2217/imt-20160-0050. PMID: 27373880.

22. Schonberg D.L., Miller T.E., Wu Q. et al. Preferential Iron Trafficking Characterizes Glioblastoma Stem-like Cells. Cancer Cell 2015;28:441–55. PMID: 26461092.