Детерминанты ферроптоза - потенциальные терапевтические мишени стволовых клеток глиобластомы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Терапия мультиформной глиобластомы остается малоэффективной из-за быстроразвивающихся рецидивов опухоли, обусловленных высоким туморогенным потенциалом, резистентностью к химиолучевой терапии и повышенной диссеминацией стволовых клеток глиобластомы. Актуальной становится идентификация потенциальных терапевтических мишеней, позволяющих более эффективно уничтожать данные клетки. в связи с этим большое значение приобретает изучение ферроптоза (ФП), способного вызывать гибель опухолевых клеток с высокозлокачественным фенотипом. Однако ФП и его регуляторные пути в стволовых клетках глиобластомы до конца не изучены. в настоящее время также не ясно, чем отличается ФП в стволовых и дифференцированных клетках глиобластомы.

Цель исследования - методом протеомной масс-спектрометрии высокого разрешения изучить экспрессию детерминант сигнального каскада ФП в CD133+-стволовых и CD133--дифференцированных клетках глиобластомы.

Материалы и методы. использовались протеомная масс-спектрометрия высокого разрешения и клеточные технологии.

Результаты. в целом идентифицированы 1970 белков, 15 из которых связаны с ФП и присутствуют в обеих популяциях клеток. Обнаружена положительная регуляция 12 детерминант ФП (ACSL1, ACSL3, COPZ1, FTH1, FTL, GPX1, GPX4, PCBP1, SLC3A2, TFRC, VDAC1, VDAC2) в CD133+-стволовых клетках глиобластомы по сравнению с CD133- -дифференцированными клетками глиобластомы, 10 из которых имели повышенную более чем в 2 раза экспрессию.

Заключение. Установлены важные закономерности в экспрессии детерминант ФП и протеинов, контролирующих этот процесс в стволовых клетках глиобластомы, которые могут использоваться при разработке новых подходов к обнаружению потенциальных мишеней для терапии мультиформной глиобластомы.

Об авторах

В. Е. Шевченко

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: vshev2015@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0401-9900

Шевченко Валерий Евгеньевич.

115478 Москва, Каширское шоссе, 24.

Россия

З. Н. Никифорова

ФГБУ «Всероссийский государственный центр качества и стандартизации»

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7657-3735

123022 Москва, Звенигородское шоссе, 5.

Россия

Т. И. Кушнир

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-9626-6847

115478 Москва, Каширское шоссе, 24.

Россия

И. A. Кудрявцев

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7588-1066

115478 Москва, Каширское шоссе, 24.

Россия

А. А. Митрофанов

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4125-7342

115478 Москва, Каширское шоссе, 24.

Россия

А. Х. Бекяшев

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4160-9598

115478 Москва, Каширское шоссе, 24.

Россия

Н. Е. Арноцкая

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0154-8604

115478 Москва, Каширское шоссе, 24.

Россия

Список литературы

  1. Huse J.T., Holland E.C. Targeting brain cancer: advances in the molecular pathology of malignant glioma and medulloblastoma. Nat Rev Cancer 2010;10(5):319-31. doi: 10.1038/nrc2818
  2. Chinnaiyan P., Won M., Wen P.Y. et al. A randomized phase II study of everolimus in combination with chemoradiation in newly diagnosed glioblastoma: results of NRG Oncology RTOG 0913. Neuro Oncol 2018;20(5):666-73. doi: 10.1093/neuonc/nox209
  3. Roos A., Ding Z., Loftus J.C., Tran N.L. Molecular and microenvironmental determinants of glioma stem-like cell survival and invasion. Front Oncol 2017;7:120. doi: 10.3389/fonc.2017.00120
  4. Chen J., McKay R.M., Parada L.F. Malignant glioma: lessons from genomics, mouse models and stem cells. Cell 2012;149(1):36-47. doi: 10.1016/j.cell.2012.03.009
  5. Muftuoglu Y., Pajonk F. Targeting glioma stem cells. Review Neuro-surg Clin N Am 2021; 32(2):283-9. doi: 10.1016/j.nec.2021.01.002
  6. 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
  7. Zaffagnini G., Martens S. Mechanisms of selective autophagy. J Mol Biol 2016;428(9):1714-24. doi: 10.1016/j.jmb.2016.02.004
  8. Winterbourn C.C. Toxicity of iron and hydrogen peroxide: the Fenton reaction. Toxicol Lett 1995;82-83:969-74. doi: 10.1016/0378-4274(95)03532-x
  9. Bogdan A.R., Miyazawa M., Hashimoto K. et al. Regulators of iron homeostasis: new players in metabolism, cell death, and disease. Trends Biochem Sci 2016;41(3):274-86. doi: 10.1016/j.tibs.2015.11.012
  10. Bryukhovetskiy A., Shevchenko V., Kovalev S. et al. To the novel paradigm of proteome-based cell therapy of tumors: through comparative proteome mapping of tumor stem cells and tissuespecific stem cells of humans. Cell Transplant 2014;23:151-70. doi: 10.3727/096368914X684907
  11. Fan Z., Wirth A.K., Chen D. et al. Nrf2-Keap1 pathway promotes cell proliferation and diminishes ferroptosis. Oncogenesis 2017;6(8):e371. doi: 10.1038/oncsis.2017.65
  12. Chen D., Fan Z., Rauh M. et al. ATF4 promotes angiogenesis and neuronal cell death and confers ferroptosis in a xCT-dependent manner. Oncogene 2017;36(40):5593-608. doi: 10.1038/onc.2017.146
  13. Buccarelli M., Marconi M., Pacioni S. et al. Inhibition of autophagy increases susceptibility of glioblastoma stem cells to temozolomide by igniting ferroptosis. Cell Death Dis 2018;9(8):841. doi: 10.1038/s41419-018-0864-7
  14. Dahlmanns M., Yakubov E., Dahlmanns J.K. Genetic profiles of ferroptosis in malignant brain tumors and off-target effects of ferroptosis induction. Front Oncol 2021;11:783067. doi: 10.3389/fonc.2021.783067
  15. Zhou N., Bao J. FerrDb: a manually curated resource for regulators and markers of ferroptosis and ferroptosis-disease associations. Database (Oxford) 2020;2020:baaa021. doi: 10.1093/database/baaa021
  16. Yang W.S., Kim K.J., Gaschler M.M. et al. Peroxidation of polyunsaturated fatty acids by lipoxygenases drives ferroptosis. Proc Natl Acad Sci USA 2016;113(34):E4966-75. doi: 10.1073/pnas.1603244113
  17. Hauck A.K., Bernlohr D.A. Oxidative stress and lipotoxicity. J Lipid Res 2016;57(11):1976-86. doi: 10.1194/jlr.R066597
  18. Zhang Q., Zhou W., Yu S. et al. Metabolic reprogramming of ovarian cancer involves ACSL1-mediated metastasis stimulation through upregulated protein myristoylation. Oncogene 2021;40: 97-111. doi: 10.1038/s41388-020-01516-4
  19. Ubellacker J.M., Tasdogan A., Ramesh V. et al. Lymph protects metastasizing melanoma cells from ferroptosis. Nature 2020;585:113-8. doi: 10.1038/s41586-020-2623-z
  20. Ma L.L., Liang L., Zhou D. et al. Tumor suppressor miR-424-5p abrogates ferroptosis in ovarian cancer through targeting ACSL4. Neoplasma 2021;68:165-73. doi: 10.4149/neo_2020_200707N705
  21. Cheng J., Fan Y.Q., Liu B.-H. et al. ACSL4 suppresses glioma cells proliferation via activating ferroptosis. Oncology Reports 2020;43:147-58. doi: 10.3892/or.2019.7419
  22. Yuan H., Li X., Zhang X. et al. Identification of ACSL4 as a biomarker and contributor of ferroptosis. Biochem Biophys Res Commun 2016;478:1338-43. doi: 10.1016/j.bbrc.2016.08.124
  23. Lachaier E., Louandre C., Godin C. et al. Sorafenib induces ferroptosis in human cancer cell lines originating from different solid tumors. Anticancer Res 2014;34(11):6417-22.
  24. Dixon S.J. Ferroptosis: bug or feature? Immunol Rev 2017;277(1):150-7. doi: 10.1111/imr.12533
  25. Meister A. Glutathione metabolism. Methods Enzymol 1995;251:3-7. doi: 10.1016/0076-6879(95)51106-7
  26. Ighodaro O.M., Akinloye O.A. First line defence antioxidants-superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPX): their fundamental role in the entire antioxidant defence grid. Alex J Med 2019;54(4):287-93. doi: 10.1016/j.ajme.2017.09.001
  27. Brigelius-Flohe R., Maiorino M. Glutathione peroxidases. Biochim Biophys Acta 2013;1830(5):3289-303. doi: 10.1016/j.bbagen.2012.11.020
  28. Yang W.S., SriRamaratnam R., Welsch M.E. et al. Regulation of ferroptotic cancer death by GPX4. Cell 2014;156(1-2):317-31. doi: 10.1016/j.cell.2013.12.010
  29. Bridges R.J., Natale N.R., Patel S.A. System xc(-)cystine/glutamate antiporter: an update on molecular pharmacology and roles within the CNS. Br J Pharmacol 2012;165(1):20-34. doi: 10.1111/j.1476-5381.2011.01480.x
  30. Takeuchi S., Wada K., Toyooka T. et al. Increased xCT expression correlates with tumor invasion and outcome in patients with glioblastoma. Neurosurgery 2013;72(1):33-41. doi: 10.1227/NEU.0b013e318276b2de
  31. Farinati F., Cardin R., Maria N.D. et al. Iron storage, lipid peroxidation and glutathione turnover in chronic anti-HCV positive hepatitis. J Hepatol 1995;22(4):449-56. doi: 10.1016/0168-8278(95)80108-1
  32. Thomas J.P., Maiorino M., Ursini F., Girotti A.W. Protective action of phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase against membrane-damaging lipid peroxidation. In situ reduction of phospholipid and cholesterol hydroperoxides. J Biol Chem 1990;265(1):454-61.
  33. Zhao H., Ji B., Chen J. et al. Gpx 4 is involved in the proliferation, migration and apoptosis of glioma cells. Pathol Res Pract 2017;213(6):626-33. doi: 10.1016/j.prp.2017.04.025
  34. Maldonado E.N., Sheldon K.L., DeHart D.N. et al. Voltagedependent anion channels modulate mitochondrial metabolism in cancer cells: regulation by free tubulin and erastin. J Biol Chem 2013;288(17):11920-9. doi: 10.1074/jbc.M112.433847
  35. Shoshan-Barmatz V., Ben-Hail D., Admoni L. et al. The mitochondrial voltage-dependent anion channel 1 in tumor cells. Biochim Biophys Acta 2015;1848(10):2547-75. doi: 10.1016/j.bbamem.2014.10.040
  36. Shoshan-Barmatz V., De Pinto V., Zweckstetter M. et al. VDAC, a multi-functional mitochondrial protein regulating cell life and death. Mol Aspects Med 2010;31(3):227-85. doi: 10.1016/j.mam.2010.03.002
  37. Feichtinger R.G., Weis S., Mayr J.A. et al. Alterations of oxidative phosphorylation complexes in astrocytomas. Glia 2014;62(4):514-25. doi: 10.1002/glia.22621
  38. Pedersen P.L. Voltage dependent anion channels (VDACs): a brief introduction with a focus on the outer mitochondrial compartment's roles together with hexokinase-2 in the “Warburg effect” in cancer. J Bioenerg Biomembr 2008;40(3):123-6. doi: 10.1007/s10863-008-9165-7
  39. Arzoine L., Zilberberg N., Ben-Romano R., Shoshan-Barmatz V. Voltage-dependent anion channel 1-based peptides interact with hexokinase to prevent its anti-apoptotic activity. J Biol Chem 2009;284(6):3946-55. doi: 10.1074/jbc.M803614200
  40. Yagoda N., Rechenberg M., Zaganjor E. et al. RAS-RAF-MEK-dependent oxidative cell death involving voltage-dependent anion channels. Nature 2007;447(7146):864-8. doi: 10.1038/nature05859
  41. Hentze M.W., Muckenthaler M.U., Galy B., Camaschella C. Two to tango: regulation of Mammalian iron metabolism. Cell 2010;142(1):24-38. doi: 10.1016/j.cell.2010.06.028
  42. Pignatello J.J., Oliveros E., MacKay A. Advanced oxidation processes for organic contaminant destruction based on the fenton reaction and related chemistry. Crit Rev Environ Sci Technol 2006;36(1):1-84. doi: 10.1080/10643380500326564
  43. Kasai H. Analysis of a form of oxidative DNA damage, 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, as a marker of cellular oxidative stress during carcinogenesis. Mutat Res 1997;387(3):147-63. doi: 10.1016/s1383-5742(97)00035-5
  44. Toyokuni S. Iron and carcinogenesis: from fenton reaction to target genes. Redox Rep 2002;7(4):189-97. doi: 10.1179/135100002125000596
  45. Toyokuni S., Ito F., Yamashita K. et al. Iron and thiol redox signaling in cancer: an exquisite balance to escape ferroptosis. Free Radic Biol Med 2017;108:610-26. doi: 10.1016/j.freeradbiomed. 2017. 04.024
  46. Torti S.V., Torti F.M. Iron and cancer: more ore to be mined. Nat Rev Cancer 2013;13(5):342-55. doi: 10.1038/nrc3495
  47. Daniels T.R., Delgado T., Rodriguez J.A. et al. The transferrin receptor part I: Biology and targeting with cytotoxic antibodies for the treatment of cancer. Clin Immunol 2006;121(2):144-58. doi: 10.1016/j.clim.2006.06.010
  48. Kurz T., Terman A., Gustafsson B. et al. Lysosomes in iron metabolism, ageing and apoptosis. Histochem. Cell Biol 2008;129:389-406. doi: 10.1007/s00418-008-0394-y
  49. Coffman L.G., Parsonage D., D'Agostino R. et al. Regulatory effects of ferritin on angiogenesis. Proc Natl Acad Sci USA 2009;106:570-5. doi: 10.1073/pnas.0812010106
  50. Liu X., Madhankumar A.B., Slagle-Webb B. et al. Heavy chain ferritin siRNA delivered by cationic liposomes increases sensitivity of cancer cells to chemotherapeutic agents. Cancer Res 2011;71:2240-9. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-1375
  51. Schonberg D.L., Miller T.E., Wu Q. et al. Preferential iron trafficking characterizes glioblastoma stem-like cells. Cancer Cell 2015;28(4):441-55. doi: 10.1016/j.ccell.2015.09.002
  52. Ryu M.S., Zhang D., Protchenko O. et al. PCBP1 and NCOA4 regulate erythroid iron storage and heme biosynthesis. J Clin Investig 2017;127(5):1786-97. doi: 10.1172/JCI90519
  53. Beck R., Ravet M., Wieland F.T., Cassel D. The COPI system: molecular mechanisms and function. FEBS Lett 2009;583(17):2701-9. doi: 10.1016/j.febslet.2009.07.032
  54. Protchenko O., Baratz E., Jadhav S. et al. Iron chaperone poly rC binding protein protects mouse liver from lipid peroxidation and steatosis. Hepatology 2021;73(3):1176-93. doi: 10.1002/hep.31328
  55. Razi M., Chan E.Y., Tooze S.A. Early endosomes and endosomal coatomer are required for autophagy. J Cell Biol 2009;185(2):305-21. doi: 10.1083/jcb.200810098
  56. Collinet C., Stoter M., Bradshaw C.R. et al. Systems survey of endocytosis by multiparametric image analysis. Nature 2010;464(7286):243-9. doi: 10.1038/nature08779
  57. Zhang Y., Kong Y., Ma Y. et al. Loss of COPZ1 induces NCOA4 mediated autophagy and ferroptosis in glioblastoma cell lines. Oncogene 2021;40(8):1425-39. doi: 10.1038/s41388-020-01622-3

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Шевченко В.Е., Никифорова З.Н., Кушнир Т.И., Кудрявцев И.A., Митрофанов А.А., Бекяшев А.Х., Арноцкая Н.Е., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 57560 от  08.04.2014.