Влияние ингибитора обратной транскриптазы эфавиренза на индуцированную 5-азацитидином экспрессию длинных диспергированных повторов LINE1 и генетическую нестабильность в клетках острого миелоидного лейкоза

Введение. использование гипометилирующих агентов в терапии острого миелоидного лейкоза позволило увеличить общую выживаемость пациентов на 12 %. Однако, наряду с мощным противоопухолевым эффектом, эти агенты оказывают негативное влияние на стабильность генома из-за транспозиции активированных LINE1, чем обусловлена малая продолжительность ремиссии. поскольку для ретротранспозиции LINE1 необходима кодируемая ими обратная транскриптаза ORF2 LINE1, гомологичная ферменту ретровирусов, мы предложили использовать гипометилирующие агенты в комбинации с ненуклеозидным ингибитором этого фермента, чтобы снизить генотоксическое действие 5-азацитидина.

Цель исследования – оценить влияние эфавиренза на эффекты 5-азацитидина в отношении культивируемых клеток острого миелоидного лейкоза: цитотоксическую активность, экспрессию длинных диспергированных повторов LINE1 и уровень генетической нестабильности. Материалы и методы. исследование проведено на клетках острого миелоидного лейкоза THP-1 и KG-1. В качестве гипометилирующих агентов и ингибитора обратной транскриптазы использованы 5-азацитидин и эфавиренз соот ветственно. Цитотоксическое действие препаратов и их комбинаций определяли с помощью резазуринового теста, долю апоптотических и некротических клеток оценивали с использованием проточной цитофлуориметрии, экспрессию LINE1 – с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени. Для оценки уровня повреждения ДНК применяли метод ДНК-комет.

Результаты. Выявлено отсутствие влияния эфавиренза на цитотоксичность 5-азацитидина. С помощью иммунофлуо ресцентного окрашивания 2-го кодируемого LINE1 белка – ORF1 – и проточной цитометрии продемонстрировано отсутствие воздействия эфавиренза на уровень экспрессии LINE1. В то же время данные теста ДНК-комет свидетельствуют о снижении генотоксического эффекта 5-азацитидина при его использовании в комбинации с эфавирензом.

Заключение. Результаты нашего исследования впервые показали перспективность развития нового подхода к терапии острого миелоидного лейкоза с использованием гипометилирующих агентов путем их комбинации с ингибиторами обратной транскриптазы.

1. Granatkin M.A., Nikitin E.A., Mikhailov E.S. et al. Combination of azacitidine and venetoclax in first-line therapy in elderly patients with acute myeloid leukemia: first experience. Clin Oncohematol 2022;15(3):282–8. DOI: 10.21320/2500-2139-2022-15-3-282-288

2. Докшина И.А., Минаева Н.В., Поздеев Н.М. и др. Азацитидин – препарат выбора при лечении больных миелодиспластическим синдромом. Гематология и трансфузиология 2017;62(2):60–4. DOI: 10.18821/0234-5730-2017-62-2-60-64

3. Jani C.T., Ahmed A., Singh H. et al. 1990–2019: estimates from the global burden of disease study. JCO Glob Oncol 2023;9:e2300229. DOI: 10.1200/GO.23.00229

4. Seymour J.F., Döhner H., Butrym A. et al. Azacitidine improves clinical outcomes in older patients with acute myeloid leukaemia with myelodysplasia-related changes compared with conventional care regimens. BMC Cancer 2017;17(1):852. DOI: 10.1186/s12885-017-3803-6

5. Christman J. 5-azacytidine and 5-aza-2’-deoxycytidine as inhibitors of DNA methylation: mechanistic studies and their implications for cancer therapy. Oncogene 2002;21:5483–95. DOI: 10.1038/sj.onc.1205699

6. Gu X., Tohme R., Tomlinson B. et al. Decitabine- and 5-azacytidine resistance emerges from adaptive responses of the pyrimidine metabolism network. Leukemia 2021;35(4):1023–36. DOI: 10.1038/s41375-020-1003-x

7. Brocks D., Schmidt C.R., Daskalakis M. et al. DNMT and HDAC inhibitors induce cryptic transcription start sites encoded in long terminal repeats. Nat Genet 2017;49(7):1052–60. DOI: 10.1038/ng.3889

8. Daskalakis M., Brocks D., Sheng Y.H. et al. Reactivation of endogenous retroviral elements via treatment with DNMT- and HDAC-inhibitors. Cell Cycle 2018;17(7):811–22. DOI: 10.1080/15384101.2018.1442623

9. Chiappinelli K.B., Strissel P.L., Desrichard A. et al. Inhibiting DNA methylation causes an interferon response in cancer via dsRNA including endogenous retroviruses. Cell 2015;162(5):974–86. DOI: 10.1016/j.cell.2015.07.011

10. Власова О.А., Антонова И.А., Магомедова Х.М. и др. Потенциальные возможности использования в онкологии ингибиторов обратной транскриптазы вирусов. Успехи молекулярной онкологии 2024;11(2):8–28. DOI: 17650/2313-805X-2024-11-2-8-28

11. Singh A.K., Kumar A., Arora S. et al. Current insights and molecular docking studies of HIV-1 reverse transcriptase inhibitors. Chem Biol Drug Des 2024;103(1):e14372. DOI: 10.1111/cbdd.14372

12. Lander E.S., Linton L.M., Birren B. et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 2001;409(6822):860–921. DOI: 10.1038/35057062

13. Cordaux R., Batzer M.A. The impact of retrotransposons on human genome evolution. Nat Rev Genet 2009;10(10):691–703. DOI: 10.1038/nrg2640

14. Orgel L.E., Crick F.H. Selfish DNA: the ultimate parasite. Nature 1980;284(5757):604–7. DOI: 10.1038/284604a0

15. Ardeljan D., Taylor M.S., Ting D.T., Burns K.H. The human long interspersed element-1 retrotransposon: an emerging biomarker of neoplasia. Clin Chem 2017;63(4):816–22. DOI: 10.1373/clinchem.2016.257444

16. Howard G., Eiges R., Gaudet F. et al. Activation and transposition of endogenous retroviral elements in hypomethylation induced tumors in mice. Oncogene 2008;27(3):404–8. DOI: 10.1038/sj.onc.1210631

17. Payer L.M., Burns K.H. Transposable elements in human genetic disease. Nat Rev Genet 2019;20(12):760–72. DOI: 10.1038/s41576-019-0165-8

18. Scott E.C., Devine S.E. The role of somatic L1 retrotransposition in human cancers. Viruses 2017;9(6):131. DOI: 10.3390/v9060131

19. Burns K.H. Transposable elements in cancer. Nat Rev Cancer 2017;17(7):415–24. DOI: 10.1038/nrc.2017.35 20. Rodriguez-Martin B., Alvarez E.G., Baez-Ortega A. et al. Pan cancer analysis of whole genomes identifies driver rearrangements promoted by LINE-1 retrotransposition. Nat Genet 2020;52(3):306–19. DOI: 10.1038/s41588-019-0562-0

20. Торопов С.Э., Рудакова А.В., Захарова Н.Г. и др. Фармакоэко номический анализ первой линии антиретровирусной терапии. ВИЧ-инфекция и иммуносупрессии 2015;7(1):29–39. DOI: 10.22328/2077-9828-2015-7-1-29-39

21. Costa B., Vale N. Efavirenz: history, development and future. Biomolecules 2022;13(1):88. DOI: 10.3390/biom13010088

22. Hecht M., Harrer T., Körber V. et al. Cytotoxic effect of efavirenz in BxPC-3 pancreatic cancer cells is based on oxidative stress and is synergistic with ionizing radiation. Oncol Lett 2018;15(2):1728–36. DOI: 10.3892/ol.2017.7523

23. Houédé N., Pulido M., Mourey L. et al. A phase II trial evaluating the efficacy and safety of efavirenz in metastatic castration-resistant prostate cancer. Oncologist 2014;19(12):1227–8. DOI: 10.1634/theoncologist.2014-0345

24. Heaton B.J., Jensen R.L., Line J. et al. Exposure of human immune cells, to the antiretrovirals efavirenz and lopinavir, leads to lower glucose uptake and altered bioenergetic cell profiles through interactions with SLC2A1. Biomed Pharmacother 2022;150:112999. DOI: 10.1016/j.biopha.2022.112999

25. Tang H., Yang J., Xu J. et al. The transcription factor PAX5 activates human LINE1 retrotransposons to induce cellular senescence. EMBO Rep 2024;25(8):3263–75. DOI: 10.1038/s44319-024-00176-9

26. Tan Z., Jia X., Ma F. et al. Increased MMAB level in mitochondria as a novel biomarker of hepatotoxicity induced by efavirenz. PLoS One 2017;12(11):e0188366. DOI: 10.1371/journal.pone.0188366

27. Martinez-Arroyo O., Gruevska A., Victor V.M. et al. Mitophagy in human astrocytes treated with the antiretroviral drug efavirenz: lack of evidence or evidence of the lack. Antiviral Res 2019;168:36–50. DOI: 10.1016/j.antiviral.2019.04.015

28. Ganta K.K., Mandal A., Chaubey B. Depolarization of mitochondrial membrane potential is the initial event in non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor efavirenz induced cytotoxicity. Cell Biol Toxicol 2017;33(1):69–82. DOI: 10.1007/s10565-016-9362-9 Вклад авторов

29. Apostolova N., Gomez-Sucerquia L.J., Gortat A. et al. Autophagy as a rescue mechanism in efavirenz-induced mitochondrial dysfunction: a lesson from hepatic cells. Autophagy 2011;7(11):1402–4. DOI: 10.4161/auto.7.11.17653

30. Blas-García A., Apostolova N., Ballesteros D. et al. Inhibition of mitochondrial function by efavirenz increases lipid content in hepatic cells. Hepatology 2010;52(1):115–25. DOI: 10.1002/hep.23647

31. Apostolova N., Funes H.A., Blas-Garcia A. et al. Involvement of nitric oxide in the mitochondrial action of efavirenz: a differential effect on neurons and glial cells. J Infect Dis 2015;211(12):1953–8. DOI: 10.1093/infdis/jiu825

32. Imaizumi N., Kwang Lee K., Zhang C., Boelsterli U.A. Mechanisms of cell death pathway activation following drug induced inhibition of mitochondrial complex I. Redox Biol 2015;4:279–88. DOI: 10.1016/j.redox.2015.01.005

33. Li M., Sopeyin A., Paintsil E. Combination of tenofovir and emtricitabine with efavirenz does not moderate inhibitory effect of efavirenz on mitochondrial function and cholesterol biosynthesis in human T lymphoblastoid cell line. Antimicrob Agents Chemother 2018;62(9):e00691–18. DOI: 10.1128/AAC.00691-18

34. Khan R., Schmidt-Mende J., Karimi M. et al. Hypomethylation and apoptosis in 5-azacytidine-treated myeloid cells. Exp Hematol 2008;36(2):149–57. DOI: 10.1016/j.exphem.2007.10.002

35. Kim D.Y., Cheong H.T., Ra C.S. et al. Effect of 5-azacytidine (5-aza) on UCP2 expression in human liver and colon cancer cells. Int J Med Sci 2021;18(10):2176–86. DOI: 10.7150/ijms.56564

36. Derdak Z., Mark N.M., Beldi G. et al. The mitochondrial uncoupling protein-2 promotes chemoresistance in cancer cells. Cancer Res 2008;68(8):2813–9. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-0053

37. Dalla Pozza E., Fiorini C., Dando I. et al. Role of mitochondrial uncoupling protein 2 in cancer cell resistance to gemcitabine. Biochim Biophys Acta 2012;1823(10):1856–63. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2012.06.007

38. Boada M., Grille S. Myelodysplastic syndrome in patients living with HIV infection. Hematol Transfus Cell Ther 2023;45(1):119–23. DOI: 10.1016/j.htct.2021.06.006

39. Forghieri F., Nasillo V., Bettelli F. et al. Acute myeloid leukemia in patients living with HIV infection: several questions, fewer answers. Int J Mol Sci 2020;21(3):1081. DOI: 10.3390/ijms21031081