Научная статья на тему 'Диалог между аутофагией и железом при прогрессии меланомы'

Диалог между аутофагией и железом при прогрессии меланомы Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
111
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АУТОФАГИЯ / ЖЕЛЕЗО / МЕЛАНОМА / CD71 / CD105 / AUTOPHAGY / IRON / MELANOMA

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Вартанян А. А., Бурова О. С., Хоченкова Ю. А., Барышникова М. А.

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 химиои 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 2Dи 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 сосудистоподобных 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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Вартанян А. А., Бурова О. С., Хоченкова Ю. А., Барышникова М. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Crosstalk between autophagy and iron in melanoma progression

Introduction. Autophagy, a catabolic process of protein and organelle recycling by transferring defective cytoplasm and organelles into double-membraned vesicles to degrade and regenerate materials, plays a critical role in maintaining energy homeostasis. Inefficiency chemo-and radiotherapy is largely associated with the activation of autophagy. Among the metals needed by the living organism, iron occupies a special place. The rapid growth of malignant tumors requires much more iron than the metabolism of normal cells. Objective. To elucidate the relationship between autophagy and iron in melanoma progression. Materials and methods. In this study we used 2Dand 3D-culturing of melanoma cells with high expression of CD71 (mel P and mel Z) and low expression of CD71 (mel Gus and mel Ibr), flow cytometry and fluorescence microscopy. Results. The uptake of iron in cancer cells occurs through translocation of the complex of transferrin/receptor (CD71) in the cytoplasm with subsequent dissociation of iron from the complex. Chelation of iron by deferroxamine in melanoma cells mel P and mel Z reduced the level of autophagy about 2-fold. In the presence of an iron donor ferrum ammonium citrate the level of autophagy increased 2.5-fold. The same correlation was observed in melanoma cells with low expression of CD71. Chelation of iron in melanoma cells with high CD71 expression blocked the formation of capillary-like structures. In the presence of an iron donor the formation of capillary-like structures was also not observed. The same correlation was observed in melanoma cells with low expression of CD71. There was an increase in CD105 expression about 50 ± 5 % and 800 ± 50 % under the condition of iron chelation in melanoma cells with high and low expression of CD71, respectively. Quite unexpectably, iron donor also increased expression of CD105 about 35 ± 4 % and 300 ± 3 % in melanoma cells with high and low expression of CD71, respectively. Conclusions. The activation of autophagy promotes the survival of tumor cells by triggering a number of metabolic functions with the participation of iron.

Текст научной работы на тему «Диалог между аутофагией и железом при прогрессии меланомы»

диалог между аугофашей и железом

при прогрессии меланомы

A.A. Бартанян, о.С. Бурова, Ю.А. Хоченкова, м.А. Барышникова

ФГБУ«НМИЦонкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478 Москва, Каширское ш., 24

Контакты: Амалия Арташевна Вартанян [email protected]

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 8раз число клеток, экспрессирующих CD105. Донор железа также повышал экспрессию CD105на 35 ± 4 % в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71. В клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 донор железа снижал экспрессию CD105на 300 ± 3 %.

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

Ключевые слова: аутофагия, железо, меланома, CD71, CD105

Introduction. Autophagy, a catabolic process of protein and organelle recycling by transferring defective cytoplasm and organelles into double-membraned vesicles to degrade and regenerate materials, plays a critical role in maintaining energy homeostasis. Inefficiency chemo-and radiotherapy is largely associated with the activation of autophagy. Among the metals needed by the living organism, iron occupies a special place. The rapid growth of malignant tumors requires much more iron than the metabolism of normal cells. Objective. To elucidate the relationship between autophagy and iron in melanoma progression.

Materials and methods. In this study we used 2D- and 3D-culturing of melanoma cells with high expression of CD71 (mel P and mel Z) and low expression of CD71 (mel Gus and mel Ibr), flow cytometry and fluorescence microscopy.

Results. The uptake of iron in cancer cells occurs through translocation of the complex of transferrin/receptor (CD71) in the cytoplasm with subsequent dissociation of iron from the complex. Chelation of iron by deferroxamine in melanoma cells mel P and mel Z reduced the level of autophagy about 2-fold. In the presence of an iron donor ferrum ammonium citrate the level of autophagy increased 2.5fold. The same correlation was observed in melanoma cells with low expression of CD71. Chelation of iron in melanoma cells with high CD71 expression blocked the formation of capillary-like structures. In the presence of an iron donor the formation of capillary-like structures was also not observed. The same correlation was observed in melanoma cells with low expression of CD71. There was an increase in CD105 expression about 50 ± 5 % and 800 ± 50 % under the condition of iron chelation in melanoma cells with high and low expression of CD71, respectively. Quite unexpectably, iron donor also increased expression of CD105 about 35 ± 4 % and 300 ± 3 % in melanoma cells with high and low expression of CD71, respectively.

DOI: 10.17650/1726-9784-2018-17-3-29-35

CROSSTALK BETWEEN AUTOPHAGY AND IRON IN MELANOMA PROGRESSION

A.A. Vartanian, O.S. Burova, Yu.A. Khochenkova, M.A. Baryshnikova

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of Russia; 24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478, Russia

Conclusions. The activation of autophagy promotes the .survival of tumor cells by triggering a number of metabolic functions with the participation of iron.

Key words: autophagy, iron, melanoma, CD71, CD105

Введение

Аутофагия — древнейший механизмам регуляции клеточного гомеостаза. Посредством аутофагии клетка избавляется от поврежденных органелл и долго-живущих белков, регулируя состав цитозоля и размеры эндоплазматической сети. Благодаря аутофагии становятся возможны расщепление собственных макромолекул и повторное их использование для поддержания нормальной жизнедеятельности клетки [1]. Непрерывно работающая система аутофагии поддерживает также концентрацию токсичных метаболитов клетки на безопасном уровне [2]. Аутофагия — процесс избирательный и строго регулируемый. Нарушенная регуляция или сниженная активность аутофагии приводят к неизбежным ошибкам, последствиями которых могут быть самые разнообразные патологии — от злокачественных заболеваний до нейродегенеративных расстройств [3]. При злокачественных заболеваниях на ранних стадиях опухолевой трансформации клетки активация аутофагии проявляет противоопухолевый эффект, способствуя развитию защитного механизма. На поздних стадиях заболевания, при гипоксии, лучевой терапии или действии цитотоксических противоопухолевых препаратов аутофагия используется опухолевой клеткой как механизм выживания и может стать причиной лекарственной устойчивости и быстрой прогрессии опухоли [4]. Результаты, полученные в нашей лаборатории, позволили идентифицировать ранее не описанную в литературе функцию аутофагии — участие в сигнальных путях, вовлекающихся в формирование сети васкулярных каналов опухолевыми клетками, васкулогенной мимикрии (ВМ), которая может частично компенсировать недостаточно быстрое развитие в опухоли кровеносной микроциркуляторной сети [5—7].

Стремительный рост злокачественной опухоли требует значительно большего расхода железа, нежели метаболизм нормальных клеток. У онкологических больных дефицит железа обнаруживается постоянно. Опухолевые клетки активно «изымают» из крови трансферрин (ТГ), переносчик железа [8]. CD71 — рецептор трансферрина, практически единственный белок, участвующий в транспорте железа в клетку. Взаимодействие комплекса железо—трансферрин с рецептором приводит к интернализации комплекса CD71/Tf/Fe3+ в клетку. В клетке железо диссоциирует из комплекса, а рецептор и трансферрин независимо возвращаются на поверхность клетки. Захват

железа тем значительнее, чем больше масса самой опухоли и чем более она злокачественна. Одной из причин такого активного поглощения железа опухолевыми клетками может стать необходимость этого металла как кофактора рибонуклеотид редуктазы, фермента, конвертирующего рибонуклеотид трифосфаты в дезоксирибонуклеотид трифосфаты, необходимые для биосинтеза дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) [9]. Железо является также активной частью дыхательных ферментов (при его недостатке ткани не могут усваивать кислород [10]) и участвует в генерации аде-нозинтрифосфата — источника биологической энергии в живых организмах [11]. Реалистичным выглядит сценарий, согласно которому одной из основных причин смертности от рака являются расстройства, вызванные нарушением обмена железа в организме [12].

Целью нашей работы стало получение экспериментального подтверждения существования взаимосвязи между аутофагией и железом при меланоме.

Материалы

Цитрат железа (II) аммония (FAC) (#F5879), де-фероксамин мезилат (DFO) (#D9533) и монодансил-кадаверин (monodansylcadaverine, MDC #D4008) были приобретены у Sigma-Aldrich Corporation (США). Антитела к CD105 FITC- или PE-конъюгированные были получены от Miltenui Biotec (Германия) и антитела к CD71 FITC-конъюгированные были получены от NOVUS Biological, LLC (США).

Методы

Культура клеток

В работе использованы клеточные линии мела-номы mel Z, mel Р, mel Gus и mel Ibr, выведенные из опухолевого материала пациентов, находившихся на лечении в НИИ клинической онкологии ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России [13]. Клетки культивировали в полной среде RPMI-1640, содержащей 10 % телячьей эмбриональной сыворотки, 2 ммоль/мл глутамина и 0,1 мг/мл гентамицина. Клетки поддерживали в логарифмической фазе роста постоянным пересевом культуры через 2—3 дня. Жизнеспособность клеток определяли методом МТТ. В экспериментах использовали клетки 70—75 % конфлюентности.

3В-культура

На дно 24-луночного планшета на льду быстро наносили 100 мкл матригеля (8,7 мг/мл), планшет

Оригинальные статьи 31

оставляли при комнатной температуре на 1 ч и затем вом специфического взаимодействия с липидами помещали в CO2 инкубатор на 30 мин. Клетки с не- мембран аутофагосом свидетельствует о переходе цитотоксическими концентрациями донора или хе- аутофагии в необратимую фазу. Ранее нами было латора железа добавляли в количестве 2 х 105 в полной показано, что экспрессия LC-3B в клетках мелано-среде RPMI-1640 на гелевую матрицу и продолжали мы, определенная методом иммунофлуоресценции инкубировать при 37 °C в СО2 инкубаторе. Форми- на проточном цитофлуориметре, строго коррелирует рование сосудистоподобных структур (СПС) наблю- с флуоресценцией MDC [5]. И потому в этом иссле-далось через 14—16 ч роста клеток на матригеле. довании за базовым уровнем аутофагии мы следили по флуоресценции MDC. В предварительных иссле-Окрашивание клеток MDC дованиях были подобраны концентрации донора Клетки меланомы в течение ночи инкубировали железа, FAC и хелатора железа, DFO, не индуциру-с донором (FAC) или хелатором железа (DFO). Утром ющие гибель клеток. На рис. 1 представлены резуль-среду замещали свежей и добавляли 0,05 ммоль MDC таты, свидетельствующие о влиянии не цитотокси-в RPMI-1640 без сыворотки, инкубировали 20—30 мин ческих концентраций донора железа (100 мкг/мл) при 37 °С в СО2 инкубаторе. Далее клетки 3 раза про- и хелатора железа (100 мкМ) на базовый уровень мывали ледяным натрий-фосфатным буфером и не- аутофагии в клетках меланомы, использованных медленно определяли флуоресценцию на флуорес- в данном исследовании. Базовый уровень аутофагии центном микроскопе IN Cell Analyzer (GE Healthcare, в клеточных линиях mel P и mel Z с высокой экспрес-США). сией CD71 (50 ± 3 и 64 ± 3 % соответственно) был значительно выше, чем в клеточных линиях mel Gus Определение экспрессии CD105 и CD71 и mel Ibr с низкой экспрессией CD71 (2,8 ± 0,05 Фенотипирование антигенов клеточной поверх- и 5,3 ± 1 % соответственно). Поскольку высокозло-ности проводили в реакции прямой иммунофлуорес- качественный фенотип коррелирует с высоким уров-ценции. 1 х 105 клеток трижды промывали PBS pH = нем аутофагии в клетках меланомы [5], полученные 7,5 и ресуспендировали в PBS. В каждую пробирку нами результаты позволяют предположить, что ионы с клетками добавляли моноклональные антитела, железа вовлекаются в процессы, поддерживающие меченные FITC или PE, и инкубировали в течение агрессивность клеток меланомы. Подтвердить это 30 мин при +4 °С. Клетки дважды промывали PBS от нам удалось исследованием вклада донора и хелато-несвязавшихся антител и ресуспендировали в 200 мкл ра железа в базовый уровень аутофагии. Донор желе-PBS, содержащем 1 % формалин. Экспрессию анти- за в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71 генов CD105 и CD71 на клеточной поверхности mel P и mel Z повышал базовый уровень аутофагии оценивали на проточном цитофлуориметре FACS в 2,5 раза, а хелатор железа понижал его в 2 раза (рис. CantoII (Becton Dickinson, США). В каждой пробе 1а—в). Аналогичная закономерность наблюдалась анализировали до 10 тыс. событий. Анализируемый и на 2 других клеточных линиях меланомы Mel Gus гейт устанавливали на основании комбинации све- и Mel Ibr с низкой экспрессией CD71 (рис. 1г—е). торассеивания и размера клеток. Полученные нами данные о снижении базового уровня аутофагии хелатором железа в клетках мелано-Результаты и обсуждение мы как с высокой, так и с низкой экспрессией CD71 В работе были использованы клеточные линии указывают на то, что железо является необходимым меланомы кожи mel P и mel Z с высокой экспресси- компонентом поддержания высокоагрессивного феей CD71, а также mel Ibr и mel Gus с низкой экспрес- нотипа клеток меланомы. Подтверждением нашей сией CD71. гипотезы послужили опубликованные недавно дан-Об уровне аутофагии в клетках меланомы судили ные о том, что в экспериментальной модели рака по изменениям, происходящим в необратимой ста- легкого на С57/В!аск-мышах рост рост опухоли за-дии аутофагии. Активация аутофагии сопровождает- метно снижался в ответ на бевацизумаб у мышей ся протеолитическим расщеплением белка LC-3 с низким содержанием сывороточного железа [14]. (Atg8) в изоформу LC-3A. Его конъюгация с фосфа- Низкий уровень железа в крови С57/Вкск-мышей тидилэтаноламином приводит к образованию LC-3B поддерживали железодефицитной диетой. формы, которая и встраивается в мембрану аутофа- По данным иммуногистохимического анализа, госомы. В процессе сборки аутофагосомы участвует низкая экспрессия CD71 на опухолевых клетках только LC-3B изоформа белка. Недавно был предложен коррелирует с меньшей частотой выявления мета-другой метод для мониторинга аутофагии — окра- стазов и более высокой общей и безрецидивной вышивание аутофагосом флуоресцентным красителем живаемостью больных [15]. Для выяснения роли монодансилкадаверином (MDC). Избирательное железа в прогрессии меланомы, в частности при пе-аккумулирование MDC в аутофагосомах посредст- реходе опухоли в фазу более агрессивного роста,

3'2018 том 17 | vol. 17 РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ | RUSSIAN JOURNAL OF BiOTHERAPY

мы г

\ DFO

Интенсивность флуоресценции, у. е.

Mel Gus I Met Gus

Mel Gus ■L

80 70 60 50 40 30 20 10 0

30 25 20 15 10 5 0

Контроль DFO

FAC

Интенсивность флуоресценции, у. е.

Контроль DFO FAC

Рис. 1. Влияние хелатора железа, DFO, 100мкМ (а, б, д), и донора железа FAC, 100мкг/мл (в, е), на базовый уровень аутофагии в клетках меланомы с высокой экспрессией СD71 — те1 Zи с низкой экспрессией СD71 — те1 Gus. Контроль — а, г. Базовый уровень аутофагии определяли интенсивностью флуоресценции красителя MDC х 20. Представленные данные отражают результаты 3 независимых экспериментов

е

нами была использована способность клеток меланомы формировать васкулярную сеть в опухоли. На сегодняшний день получены убедительные доказательства, подтверждающие, что васкулярные каналы формируют опухолевые клетки с высоко злокачественным фенотипом, слабоагрессивные опухолевые клетки таких структур не образуют [16]. В качестве in vitro теста ВМ используется формирование СПС в 3D-культуре, на гелевой матрице. Поведение клеток меланомы с высокой экспрессией CD71 и низкой экспрессией CD71 в 3D-культуре заметно отличалось. Mel P- и mel Z-клетки формировали СПС к 5—6 ч роста на матригеле, и эти структуры были стабильны в течение 20—24 ч. Mel Gus и mel Ibr формировали СПС к 3—4 ч роста на матригеле, к 6—7 ч роста клеток на матригеле наблюдался спонтанный распад СПС. По всей видимости, концентрация железа в среде (3 мкМ) при культивировании клеток полностью покрывает необходимость этого металла для пролиферации опухолевых клеток с низкой экспрессией CD71, но не обеспечивает достаточного поступления железа в клетку, необходимого для поддержания стабильности СПС. Донор железа изменял геометрию СПС, сформированных клетками меланомы с высокой экспрессией CD71 mel Z (рис. 2а, б). Когда mel Z росли в присутствии хелатора железа, клетки ненормально вытягивались, формирование СПС в 3D-культуре не наблюдалось (рис. 2в). Представленные результаты были воспроизведены на другой клеточной линии меланомы, активно экспрессиру-ющей CD71, — mel Р (данные не приводятся) и подтвердили выявленную закономерность: хелатор же-

леза и в несколько меньшей степени донор железа блокируют формирование СПС. Клетки меланомы с низкой экспрессией CD71 те1 Gus и те1 1Ьг в присутствии хелатора железа полностью теряли способность к коммуникации, необходимую для формирования СПС. Донор железа не восстанавливал способность этих клеток формировать СПС (рис. 2г—е). Формирование СПС в 3D-культуре происходит путем последовательных событий. Клетки останавливают пролиферацию, мигрируют, узнают друг друга, формируя контакты посредством УЕ-кадгерина, удлиняются, прикрепляются к внеклеточному матрик-су и формируют СПС. Нами и другими исследователями было показано, что становление ВМ зависит от Са2+-чувствительной перестройки актинового цитоскелета, включая как изменение формы клетки, так и создание адгезивных сайтов, необходимых для подвижности клетки, ее удлинения и формирования контактов между клеткой и внеклеточным матриксом [16, 17]. По всей видимости, дефицит железа отражается на доступности Са2+, необходимой для реорганизации актина и формирования васкулярной сети опухолевыми клетками. Полученные нами данные о блокировании формирования СПС хелатировани-ем железа открывают новые возможности ингибиро-вания кровоснабжения опухоли.

Было также изучено влияние железа на экспрессию эндоглина (CD105). CD105 является белком-рецептором суперсемейства TGF-p, регулирующим процессы ангиогенеза, независимые от VEGF. CD105 с высокой плотностью экспрессирован на эндотелии сосудов растущих опухолей и служит ключевым

Рис. 2. Влияние донора железа FAC, 100мкг/мл (а, б), и хелатора железа DFO, 100мкМ(а, в), на формирование сосудистоподобных структур на матригеле клетками меланомы те1 Z и те1 Gus (г, д) и (г, е), х20

Контроль

FAC

DFO

i CD1D5 89%

f 1 ra L

РЕ-А

Ш ^J

Tinft

CD105 3%

р?

-Г И I |||||-ГТ

ф

ifl1

СО

A 1%

i

Л

fitc-a

т 1i1 HUI I rl

fitc-a

Рис. 3. Влияние донора железа FAC, 100 мкг/мл (а, б и г, д), и хелатора железа DFO, 100 мкМ (а, в и г, е), на уровень экспрессии CD105 в клетках меланомы те1 Z и те1 Gus. Экспрессию CD105 определяли проточной цитофлуориметрией с использованием антител к CD105. В каждой пробе анализировали до 10 тыс. событий. Анализируемый гейт устанавливали на основании комбинации светорассеивания и размера клеток. Представленные данные отражают результаты 3 независимых экспериментов

б

а

в

д

г

е

элементом механизмов, определяющих состояния покоя или активации клеток эндотелия [18]. Наряду с эндотелием CD105 присутствует на мембранах клеток стромы опухолей и самих опухолевых клеток [19]. Было показано, что высокая экспрессия CD105 на клетках меланомы коррелирует с агрессивностью новообразований и неблагоприятным прогнозом [20].

Экспрессия CD105 была значительно выше в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71, чем в клетках с низкой экспрессией CD71. В этих клетках хе-латор железа повышал экспрессию CD105 на 50 ± 4 % (рис. 3а, б). В клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 хелатор железа активировал экспрессию CD105, в 8 раз увеличивалось число клеток

с экспрессией CD105. Следует отметить, что высокая экспрессия CD105 характерна для клеток меланомы, метастазирующих в мозг [20]. Несколько неожиданным оказалось поведение клеток меланомы в присутствии донора железа. Донор железа в клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 снижал экспрессию CD105 на 300 ± 20 %, в клетках же меланомы с высокой экспрессией CD71 наблюдалось повышение экспрессии CD105 на 60 ± 2 %. Мы предполагаем, что дефицит железа в клетках меланомы активирует ряд сигнальных путей, под контролем которых находится экспрессия CD105.

Заключение

В последние годы с развитием молекулярно-био-логических технологий понимание метаболизма железа значительно расширилось. Выяснилось, что опухолевые клетки репрограммируют метаболизм железа, активируя экспрессию рецептора трансфер-рина (CD71) и подавляя экспрессию ферритина, депонирующего железо в клетке. С другой стороны, одной из составляющих лекарственной резистентности является активация аутофагии. Для выяснения взаимосвязи между аутофагией и железом в прогрес-

сии меланомы мы использовали 2 типа клеток мела-номы — с высокой и низкой экспрессией CD71. Мы показали:

— что высокая экспрессия CD71 коррелирует с высоким базовым уровнем аутофагии;

— хелатирование железа изменяет цитоскелет клетки;

— дефицит железа в клетках меланомы сопровождается повышением экспрессии CD105. Полученные нами результаты согласуются с результатами ранее опубликованных работ о роли железа в метаболизме опухолевых клеток. Было показано, что использование терапевтических антител к CD71 или конъюгатов трансферрина, которые связывались с CD71 и интернализовались в клетку, способствовало повышению эффективности цито-токсической химиотерапии [21]. Другим подтверждением полученных нами результатов являются данные о том, что захват железа посредством комплекса CD71/трансферрин был заметно повышен у стволовых клеток глиобластомы по сравнению с нестволовыми клетками [22]. Все это подводит нас к идее, что железо, по всей видимости, может стать еще одной мишенью для терапии злокачественных заболеваний.

ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES

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 васкулоген-ную мимикрию при меланоме. Российский биотерапевтический журнал 2017;16(2):66-73.

DOI: 10.17650/1726-9784-2017-16-266-73. [Vartanian A.A., Burova O.S., Ulasov I.S., Baryshnikova M.A.

The involvement of autophagy in melanoma vasculogenic mimicry. Rossiysky Bioterpevtichesky Zhurnal = Russian Journal of Biotherapy 2017;16(2):66-73. DOI: 10.17650/ 1726-9784-2017-16-2-66-73. (In Russ.)].

6. Вартанян А.А., Барышникова М.А., Бурова О.С. и др. Блокатор васкуло-генной мимикрии восстанавливает чувствительность резистентных клеток меланомы к ДНК-повреждаю-щим агентам // Российский биотерапевтический журнал 2016;15(1):19—20. [Vartanian A.A., Baryshnikova M.A., Burova O.S. et al. Inhibitor of vasculogenic mimicry recovers the sensitivity

of drug-resistant melanoma cells to DNA-damaging agents. Rossiysky Bioterpevtichesky Zhurnal = Russian Journal of Biotherapy 2016;15(1):19-20 (In Russ.)].

7. Вартанян А.А., Хоченков Д. А., Бурова О.С. Взаимосвязь между ауто-фагией и железом в васкулогенной мимикрии // Российский биотерапевтический журнал 2018;17(спецвы-пуск):15. [Vartanian A.A., Khochenkov D.A., Burova O.S. Interaction between autophagy and iron in vasculogenic mimicry Rossiysky

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Bioterpevtichesky Zhurnal = Russian Journal of Biotherapy 2018;17(Special Issue):15 (In Russ.)].

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: 10.17650/1726-9784-2017-16-314-20 [Vartanian A.A. Iron metabolism, ferroptosis and cancer. Rossiysky Bioterpevtichesky Zhurnal = Russian Journal of Biotherapy 2017;16(3):14—20.

DOI: 10.17650/1726-9784-2017-16-314-20. (In Russ.)].

13. Михайлова И.Н, Лукашина М.И., Барышников А.Ю. и др. Клеточные линии меланомы как основа для создания противоопухолевых вакцин. Вестник Российской академии медицинских наук 2005;7:37-40. [Mikhailova I.N., Lukashina M.I., Baryshnikov A.Yu. et al. Melanoma cell lines as the basis for antitumor vaccine preparation. Vestnik Rossiyskoy Akademii Meditsinskih Nauk = Bulletin of Russian Academy of Medical Sciences 2005;7:37-40. (In Russ.)]. 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 expres-

sed 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 for therapy. 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 betal 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.

ORCID авторов / ORCID of authors

А.А. Вартанян / A.A. Vartanyan: https://orcid.org/0000-0001-9342-5523

О.С. Бурова / O.S. Burova: https://orcid.org/0000-0001-8897-0172

М.А. Барышникова / M.A. Baryshnikova: https://orcid.org/0000-0002-6688-8423

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.