Производные 3-гидроксихиназолина, аналоги эрастина, индуцируют ферроптоз в клетках карциномы молочной железы

Введение. программы раннего выявления опухоли заметно повысили выживаемость больных раком молочной железы, однако итоги лекарственной терапии данной патологии не всегда эффективны. обнаруженная недавно железозависимая гибель клетки – ферроптоз – позволяет надеяться на продление ремиссии заболевания.
Цель исследования – изучение индукции ферроптоза в клетках рака молочной железы MCF7 производными 3-гидроксихиназолина, синтезированными в научно-исследовательском институте экспериментальной диагностики и терапии опухолей национального медицинского исследовательского центра онкологии им. н.н. Блохина минздрава россии, и оценка его противоопухолевой активности на перевиваемой карциноме молочной железы са-755.
Материалы и методы. в экспериментах in vitro использовали 2D-культивирование клеток, фазово-контрастную и флуоресцентную микроскопию. исследования in vivo проведены на модели экспериментального роста карциномы молочной железы у самок гибридов иммунокомпетентных мышей F1 (C57Bl/6 × DBA/2).
Результаты. в работе были исследованы 5 производных 3-гидроксихиназолина – аналогов эрастина. Чистота всех соединений составила более 95 %. Гибель опухолевых клеток по типу ферроптоза идентифицировали по уровню перекисного окисления липидов при IC₅₀: 1/3 и 1/5. Уровень перекисного окисления липидов в клетках MCF7, индуцируемый соединением 3, был сравним с активностью эрастина как при 1/3, так и при 1/5 IC₅₀. Активность остальных 4 производных 3-гидроксихиназолина составляла 50–70 % активности эрастина. в экспериментах in vivo на карциноме молочной железы са-755 при использовании соединения 3 в дозе 30 мг/кг его противоопухолевый эффект был выше, чем у эрастина, применяемого в той же дозе.
Заключение. полученные предварительные результаты позволяют предположить, что соединение 3 может рассматриваться в качестве перспективного противоопухолевого средства для лечения рака молочной железы.

1. Harbeck N., Gnant M. Breast cancer. Lancet 2017;389(10074):1134–50. DOI: 10.1016/S0140-6736(16)31891-8.

2. Waks A.G., Winer E.P. Breast cancer treatment: a review. JAMA 2019;321(3): 288–300. DOI: 10.1001/jama.2018.19323.

3. Dixon S.J., Lemberg K.M., Lamprecht M.R. et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell 2012;149(5):1060–72. DOI: 10.1016/j.cell.2012.03.042.

4. Viswanathan V.S., Ryan M.J., Dhruv H.D. et al. Dependency of a therapy-resistant state of cancer cells on a lipid peroxidase pathway. Nature 2017;547(7664):453–7. DOI: 10.1038/nature23007.

5. Li J., Cao F., Yin H.L., Huang Z.J. et al. Ferroptosis: past, present and future. Cell Death Dis 2020;11(2):88. DOI: 10.1038/s41419-020-2298-2.

6. Yang W.S., Stockwell B.R. Ferroptosis: death by lipid peroxidation. Trends Cell Biol 2016;26(3):165–76. DOI: 10.1016/j.tcb.2015.10.014.

7. Gaschler M.M., Stockwell B.R. Lipid peroxidation in cell death. Biochem Biophys Res Commun 2017;482(3):419–25. DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.086.

8. Marques O., da Silva B.M., Porto G. Iron homeostasis in breast cancer. Cancer Lett 2014;347(1):1–14. DOI: 10.1016/j.canlet.2014.01.029.

9. Chang V.C., Cotterchio M., Khoo E. Iron intake, body iron status, and risk of breast cancer: a systemic review and metaanalysis. BMC Cancer 2019;19(1):543–8. DOI: 10.1186/s12885-019-5642-0.

10. Bitonto V., Alberti D., Ruiu R. et al. L-ferritin: a theranostic agent of natural origin for MRI visualization and treatment of breast cancer. J Control Release 2020;319:300–10. DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.12.051.

11. Tang R., Xu J., Zhang B. et al. Ferroptosis, necroptosis, and pyroptosis in anticancer immunity. J Hematol Oncol 2020;13(1):110–6. DOI: 10.1186/s13045-020-00946-7.

12. Yu M., Gai C., Li Z. et al. Targeted exosome-encapsulated erastin induced ferroptosis in triple negative breast cancer cells. Cancer Sci 2019;110(10):3173–82. DOI: 10.1111/cas.14181.

13. Неганова М.Е., Александрова Ю.Р., Пухов С.А. и др. Механизмы цитотоксического действия ряда циклических гидроксамовых кислот. Биомедицинская химия 2020;66(4):332–8. [Neganova M.E., Alexandrova Y.R., Pukhov S.A. et al. Mechanisms of cytotoxic action of a number of cyclic hydroxamic acids. Biomedicinskaya himiya = Biomedical Chemistry 2020;66(4):332–8. (In Russ.)]. DOI: 10.18097/PBMC20206604332.

14. Борисова Л.М., Осипов В.Н., Гусев Д.В. и др. Производное 3-гидроксихиназолина, аналог эрастина, индуцирует ферроптоз в метастатических клетках меланомы. Российский биотерапевтический журнал 2021;20(1):67–73. [Borisova L.M., Osipov V.N., Gusev D.V. et al. A derivative of 3 hydroxyquinazoline, an analogue of erastin, induces apoptosis in metastatic melanoma cells. Rossijskij bioterapevticheskij zhurnal = Russian Biotherapeutic Journal 2021;20(1):67–73. (In Russ.)]. DOI: 10.17650/1726-9784-2021-20-1-67-73.

15. Руководство по содержанию и использованию лабораторных животных. 8-е изд. Пер. с англ. Под ред. И.В. Белозерцевой, Д.В. Блинова, М.С. Красильщиковой. M.: ИРБИС, 2017. 336 c. [Guide for the care and use of laboratory animals. 8th ed. Translated from English. Ed. by I.V. Belozertseva, D.V. Blinov, M.S. Krasilschikova. Moscow: IRBIS, 2017. 336 р. (In Russ.)].

16. Экспериментальная оценка противоопухолевых препаратов в СССР и США. Под ред. З.П. Софьина, А.Б. Сыркина, A. Голдина, И. Кляйн. М.: Медицина, 1980. 296 c. [Experimental evaluation ofantitumor drugsin the USSR and the USA. Ed. by Z.P. Sofina, A.B. Syrkin, A. Goldin, A. Klein. Moscow: Medicine, 1980. 296 p. (In Russ.)].

17. Трещалина Е.М., Жукова О.С., Герасимова Г.К. и др. Методические рекомендации по доклиническому изучению противоопухолевой активности лекарственных средств. В кн.: Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Ч. 1. М.: Гриф и К., 2012. С. 642–657. [Treschalina E.M., Zhukova O.S., Gerasimova G.K. et al. Methodical recommendations for the preclinical study of the antitumor activity of drugs. In: Guidelines for conducting preclinical studies of drugs. Part 1. Moscow: Grif and K., 2012. Рp. 642–57. (In Russ.)].

18. Ji X., Lu Y., Tian H. et al. Chemoresistance mechanisms of breast cancer and their countermeasures. Biomed Pharmacother 2019;114:108800. DOI: 10.1016/j.biopha.2019.108800.

19. Weiwer M., Bittker J.A., Lewis T.A. et al. Development of small-molecule probes that selectively kill cells induced to express mutant RAS. Bioorg Med Chem Lett 2012;22(4):1822–6. DOI: 10.1016/j.bmcl.2011.09.047.

20. Lee H., Zandkarimi F., Zhang Y.et al. Energy-stress-mediated AMPK activation inhibits ferroptosis. Nat Cell Biol 2020;22(2):225–34. DOI: 10.1038/s41556-020-0461-8.

21. Shibata Y., Yasui H., Higashikawa K. Erastin, a ferroptosis-inducing agent, sensitized cancer cells to X-ray irradiation via glutathione starvation in vitro and in vivo. PLoS One 2019;14(12): e0225931. DOI: 10.1371/journal.pone.0225931.

22. Hecht F., Pessoa C.F., Gentile L.B. et al. The role of oxidative stress on breast cancer development and therapy. Tumour Biol 2016;37(4):4281–91. DOI: 10.1007/s13277-016-4873-9.

23. 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. DOI: 10.3389/fphar.2014.00124.

24. 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.

25. Orth M., Schapira A.H. Mitochondria and degenerative disorders. Am J Med Genet 2001;106(1):27–36. DOI: 10.1002/ajmg.1425.

26. Doroshow J.H. Prevention of doxorubicininduced killing of MCF-7 human breast cancer cells by oxygen radical scavengers and iron chelating agents. Biochem Biophys Res Commun 1986;135(1):330–5. DOI: 10.1016/0006-291x(86)90981-2.

27. Buranrat B., Connor J.R. Cytoprotective effects of ferritin on doxorubicin induced breast cancer cell death. Oncol Rep 2015;34(5):2790–6. DOI: 10.3892/or.2015.4250.

28. Gammella E., Maccarinelli F., Buratti P. et al. The role of iron in anthracycline cardiotoxicity. Front Pharmacol 2014;5:25–9. DOI: 10.3389/fphar.2014.00025.