Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press41610.17650/2313-805X-2022-9-1-48-56RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ3-Hydroxyquinazoline derivatives, analogues of erastin, induced ferroptosis in breast cancer cellsПроизводные 3-гидроксихиназолина, аналоги эрастина, индуцируют ферроптоз в клетках карциномы молочной железыhttps://orcid.org/0000-0003-4613-4584BorisovaL. M.БорисоваЛ. М.
Russian Federation

Larisa Mikhailovna Borisova

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

Лариса Михайловна Борисова  

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

larib@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7726-4467OsipovV. N.ОсиповВ. Н.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-7263-7444GolubevaI. S.ГолубеваИ. С.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-4309-6722KiselevaM. P.КиселеваМ. П.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-5694-3492HochenkovD. A.ХоченковД. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0001-9342-5523VartanyanA. A.ВартанянА. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России150120229148561803202218032022Copyright ©; 2022, Borisova L.M., Osipov V.N., Golubeva I.S., Kiseleva M.P., Hochenkov D.A., Vartanyan A.A.Copyright ©; 2022, Борисова Л.М., Осипов В.Н., Голубева И.С., Киселева М.П., Хоченков Д.А., Вартанян А.А.2022Borisova L.M., Osipov V.N., Golubeva I.S., Kiseleva M.P., Hochenkov D.A., Vartanyan A.A.Борисова Л.М., Осипов В.Н., Голубева И.С., Киселева М.П., Хоченков Д.А., Вартанян А.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/416

Introduction. Early malignant tumor detection programs have significantly increased the survival rate of breast cancer patients but the results of drug therapy for this pathology are not always highly effective. Recently discovered iron-dependent cell death, ferroptosis, makes it a promising therapeutic target to reduce the recurrence rates.Objective – to study the induction of ferroptosis in breast cancer cells MCF-7 by quinazoline derivatives synthesized at the Research Institute of Experimental Diagnostics and Therapy of Tumors of the N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of Russia and to evaluate its antitumor activity on transplanted breast carcinoma Ca-755.Materials and methods. Derivatives of 3-hydroxyquinazoline were obtained by chemical synthesis and have a purity of at least 95 %. In this study 2D cultivation of MCF7 cells, phase-contrast and fluorescence microscopy, and a model of experimental growth of breast carcinoma Ca-755 in female hybrids of immunocompetent mice F1 (C57Bl/6 × DBA/2) were used.Results. Five derivatives of 3-hydroxyquinazoline, analogues of erastine, were studied in this work. The ferroptotic cell death was identified by the level of lipid peroxidation at the concentrations of 1/3 and 1/5 IC50. The level of lipid peroxidation induced by compound 3 was comparable with the activity of erastin in MCF7 cells at both 1/3 and 1/5 of IC50, the activity of the other four quinazoline derivatives was 50–70 % of the activity of erastin. In in vivo experiments at a dose of 30 mg/kg the antitumor efficacy of the compound 3 was higher than that of erastin at the same dose.Conclusion. The data obtained suggest that quinazoline derivative 3 might be considered as a promissisng antitumor agent to treat breast cancer.

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.

3-hydroxyquinazoline derivativesferroptosisbreast cancerantitumor activityпроизводные 3-гидроксихиназолинаферроптозрак молочной железыпротивоопухолевая активностьThe study was performed in the framework research work No. АААА-А19-119021890101-1 “Development of approaches for search of antitumor agents based on potential inducers of ferroptosis” (2019–2021).Исследование проведено в рамках государственного задания по теме «Разработка подходов к созданию противоопухолевых агентов на основе соединений – потенциальных индукторов ферроптоза» (№ АААА-А19-119021890101-1, 2019–2021 гг.).1. Harbeck N., Gnant M. Breast cancer. Lancet 2017;389(10074):1134–50. DOI: 10.1016/S0140-6736(16)31891-8.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.)].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.)].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.)].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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.