Альфа-токоферилсукцинат индуцирует стресс ЭПР, нарушение метаболизма липидов и апоптоз в культуре нормальных и опухолевых клеток эпидермального происхождения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Сукцинат витамина Е (СВЕ) – потенциальный противоопухолевый агент, известный своим направленным воздействием на митохондрии опухолевых клеток. Однако данные о проапоптозном механизме действия СВЕ неоднозначны, а воздействие СВЕ на нормальные нетуморогенные клетки изучено недостаточно полно. Ранее удалось показать индукцию апоптоза по митохондриальному механизму при действии СВЕ на клетки эпидермоидной карциномы человека А431. Цель нашей работы – исследовать влияние СВЕ на нетуморогенные клетки и выявить общие механизмы, которые характерны как для нормальных, так и для опухолевых клеток, и механизмы, проявляющиеся только в одной из категорий клеток. Для достижения этой цели изучали действие СВЕ на такие органеллы, как эндоплазматический ретикулум (ЭПР) и аппарат Гольджи, анализировали экспрессию генов, связанных со стрессом ЭПР, а также оценивали содержание АФК и накопление липидных капель в цитоплазме в клетках эпидермоидной карциномы человека А431 и иммортализованных кератиноцитах человека НаСаТ. Показано, что в клетках обеих линий присутствуют признаки стресса ЭПР, возрастает содержание АФК и липидных включений, увеличивается число апоптотических клеток. При этом ключевое различие механизмов индукции апоптотической гибели клеток А431 и НаСаТ при действии СВЕ лежит в реакции митохондрий: в клетках А431 запуск апоптотической гибели осуществляется по митохондриальному механизму, в то время как клетки линии HaCaT вступают в апоптоз без участия митохондрий. Таким образом, мишени воздействия СВЕ на нормальные и опухолевые клетки могут различаться и, возможно, способны дополнять друг друга при индукции апоптоза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Савицкая

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nakomis@mail.ru

Кафедра клеточной биологии и гистологии

Россия, Москва, 119234

И. И. Захаров

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nakomis@mail.ru

Кафедра клеточной биологии и гистологии

Россия, Москва, 119234

А. А. Саидова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nakomis@mail.ru

Кафедра клеточной биологии и гистологии

Россия, Москва, 119234

Е. А. Смирнова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nakomis@mail.ru

Кафедра клеточной биологии и гистологии

Россия, Москва, 119234

Г. Е. Онищенко

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: nakomis@mail.ru

Кафедра клеточной биологии и гистологии

Россия, Москва, 119234

Список литературы

  1. Савицкая М.А., Вильданова М.С., Кисурина-Евгеньева О.П., Смирнова Е.А., Онищенко Г.Е. 2012. Митохондриальный путь апоптоза в клетках эпидермоидной карциномы человека А431 при действии α-токоферилсукцината. ActaNaturae. Т. 4. С. 93. (Savitskaya M.A., Vildanova M.S., Kisurina-Evgenieva O.P., Smirnova E.A., Onischenko G.E. 2012. Mitochondrial pathway of α-tocopheryl succinate-induced apoptosis in human epidermoid carcinoma A431 cells. ActaNaturae. V. 4. P. 88.)
  2. Савицкая М.А., Онищенко Г.Е. 2016. α-Токоферилсукцинат влияет на жизнеспособность, пролиферацию и дифференцировку опухолевых клеток. Биохимия. Т. 81. № 8. С. 1036. (Savitskaya M.A., Onischenko G.E. 2016. α-Tocopherylsuccinate affects malignant cell viability, proliferation, and differentiation. Biochemistry (Moscow). V. 8. P. 806.)
  3. Badamchian M., Spangelo B.L., Bao Y., Hagiwara Y., Hagiwara H., Ueyama H., Goldstein A.L. 1994. Isolation of a vitamin E analog from a green barley leaf extract that stimulates release of prolactin and growth hormone from rat anterior pituitary cells in vitro. J. NutrBiochem. V. 5. P. 145. https://doi.org/10.1016/0955-2863(94)90086-8
  4. Bjelakovic G., Nikolova D., Simonetti R.G., Gluud C. 2004. Antioxidant supplements for prevention of gastrointestinal cancers: a systematic review and meta-analysis. Lancet. V. 364. P. 1219.
  5. Bommiasamy H., Back S.H., Fagone P., Lee K., Meshinchi S., Vink E., Sriburi R., Frank M., Jackowski S., Kaufman R.J., Brewer J.W. 2009. ATF6-alpha induces XBP1-independent expansion of the endoplasmic reticulum. J. Cell Sci. V. 122. Pt. 10. P. 1626. https://doi.org/10.1242/jcs.045625
  6. Boren J., Brindle K.M. 2012. Apoptosis-induced mitochondrial dysfunction causes cytoplasmic lipid droplet formation. Cell Death Differ. V. 19. P. 1561. https://doi.org/10.1038/cdd.2012.34
  7. Delikatny E.J., Cooper W.A., Brammah S., Sathasivam N., Rideout D.C. 2002. Nuclear magnetic resonance-visible lipids induced by cationic lipophilic chemotherapeutic agents are accompanied by increased lipid droplet formation and damaged mitochondria. Cancer Res. V. 62. P. 1394.
  8. Dong L.F., Jameson V.J., Tilly D., Cerny J., Mahdavian E. 2011. Mitochondrial targeting of vitamin E succinate enhances its pro-apoptotic and anti-cancer activity via mitochondrial complex II. J. Biol. Chem. V. 286. P. 3717.
  9. Dong L.F., Low P., Dyason J.C., Wang X.F., Prochazka L., Witting P.K., Freeman R., Swettenham E., Valis K., Liu J., Zobalova R., Turanek J., Spitz D.R., Domann F.E., Scheffler I.E., Ralph S.J., Neuzil J. 2008. Alpha-tocopheryl succinate induces apoptosis by targeting ubiquinone-binding sites in mitochondrial respiratory complex II. Oncogene. V. 27. P. 4324.
  10. Dos Santos G.A., Abreu e Lima R.S., Pestana C.R., Lima A.S., Scheucher P.S., Thomé C.H., Gimenes-Teixeira H.L., Santana-Lemos B.A., Lucena-Araujo A.R., Rodrigues F.P., Nasr R., Uyemura S.A., Falcão R.P., de Thé H., Pandolfi P.P. et al. 2012. (+)α-Tocopheryl succinate inhibits the mitochondrial respiratory chain complex I and is as effective as arsenic trioxide or ATRA against acute promyelocytic leukemia in vivo. Leukemia. V. 26. P. 451.
  11. Gao F.F., Quan J.H., Lee M.A., Ye W., Yuk J.M., Cha G.H., Choi I.W., Lee Y.H. 2021. Trichomonasvaginalis induces apoptosis via ROS and ER stress response through ER-mitochondria crosstalk in SiHa cells. Parasit. Vectors. V. 14. P. 603. https://doi.org/10.1186/s13071-021-05098-2
  12. Gorman A.M., Healy S.J., Jäger R., Samali A. 2012. Stress management at the ER: regulators of ER stress-induced apoptosis. Pharmacol. Ther. V. 134. P. 306. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2012.02.003.
  13. Gruber J., Staniek K., Krewenka C., Moldzio R., Patel A., Böhmdorfer S., Rosenau T., Gille L. 2014. Tocopheramine succinate and tocopheryl succinate: mechanism of mitochondrial inhibition and superoxide radical production. Bioorg. Med. Chem. V. 22. P. 684.
  14. Hakumäki J.M., Poptani H., Sandmair A.M., Ylä-Herttuala S., Kauppinen R.A. 1999. 1H MRS detects polyunsaturated fatty acid accumulation during gene therapy of glioma: implications for the in vivo detection of apoptosis. Nat. Med. V. 5. P. 1323. https://doi.org/10.1038/15279. PMID: 10546002
  15. Hapala I., Marza E., Ferreira T. 2011. Is fat so bad? Modulation of endoplasmic reticulum stress by lipid droplet formation. Biol. Cell. V. 103. P. 271. https://doi.org/10.1042/BC20100144. PMID: 21729000
  16. Hitomi J., Katayama T., Eguchi Y., Kudo T., Taniguchi M., Koyama Y., Manabe T., Yamagishi S., Bando Y., Imaizumi K., Tsujimoto Y., Tohyama M. 2004. Involvement of caspase-4 in endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis and Abeta-induced cell death. J. Cell Biol. V. 165. P. 347. https://doi.org/10.1083/jcb.200310015
  17. Huang X., Li L., Zhang L., Zhang Z., Wang X., Zhang X., Hou L., Wu K. 2013. Crosstalk between endoplasmic reticulum stress and oxidative stress in apoptosis induced by α-tocopheryl succinate in human gastric carcinoma cells. Br. J. Nutr. V. 109. P. 727. https://doi.org/10.1017/S0007114512001882.
  18. Huang X., Zhang Z., Jia L., Zhao Y., Zhang X., Wu K. 2010. Endoplasmic reticulum stress contributes to vitamin E succinate-induced apoptosis in human gastric cancer SGC-7901 cells. Cancer Lett. V. 296. P. 123. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2010.04.002
  19. Israel K., Yu W., Sanders B.G., Kline K. 2000. Vitamin E succinate induces apoptosis in human prostate cancer cells: role for Fas in vitamin E succinate-triggered apoptosis. Nutr. Cancer. V. 36. P. 90.
  20. Jarc E., Petan T. 2019. Lipid droplets and the management of cellular stress. Yale J. Biol. Med. V. 92. P. 435.
  21. Kogure K., Hama S., Manabe S., Tokumura A., Fukuzawa K. 2002. High cytotoxicity of alphatocopherylhemisuccinate to cancer cells is due to failure of their antioxidative defense systems. Cancer Lett. V. 186. P. 151.
  22. Majima D., Mitsuhashi R., Fukuta T., Tanaka T., Kogure K. 2019. Biological functions of α-tocopheryl succinate. J. Nutr. SciVitaminol. V. 65. P. S104. https://doi.org/10.3177/jnsv.65.S104. PMID: 31619606
  23. Neuzil J., Dyason J.C., Freeman R., Dong L.F., Prochazka L., Wang X.F., Scheffler I., Ralph S.J. 2007. Mitocans as anti-cancer agents targeting mitochondria: lessons from studies with vitamin E analogues, inhibitors of complex II. J. Bioenerg. Biomembr. V. 39. P. 65.
  24. Neuzil J., Weber T., Gellert N., Weber C. 2001. Selective cancer cell killing by alpha-tocopheryl succinate. Br. J. Cancer. V. 84. P. 87.
  25. Neuzil J., Zhao M., Ostermann G., Sticha M., Gellert N., Weber C., Eaton J.W., Brunk U.T. 2002. Alpha-tocopheryl succinate, an agent with in vivo anti-tumour activity, induces apoptosis by causing lysosomal instability. Biochem. J. V. 362. Pt. 3. P. 709. https://doi.org/10.1042/0264-6021:3620709
  26. Potashnikova D., Gladkikh A., Vorobjev I.A. 2015. Selection of superior reference genes’ combination for quantitative real-time PCR in B-cell lymphomas. Ann. Clin. Lab. V. 45. P. 64.
  27. Prochazka L., Dong L.F., Valis K., Freeman R., Ralph S.J., Turanek J., Neuzil J. 2010. alpha-Tocopheryl succinate causes mitochondrial permeabilization by preferential formation of Bak channels. Apoptosis. V. 15. P. 782.
  28. Qiu L.Z., Yue L.X., Ni Y.H., Zhou W., Huang C.S., Deng H.F., Wang N.N., Liu H., Liu X., Zhou Y.Q., Xiao C.R., Wang Y.G, Gao Y. 2021. Emodin-induced oxidative inhibition of mitochondrial function assists BiP/IRE1α/CHOP signaling-mediated ER-related apoptosis. Oxid. Med. Cell Longev. V. 2021. P. 8865813. https://doi.org/10.1155/2021/8865813
  29. Quintero M., Cabañas M.E., Arús C. 2010. 13C-labelling studies indicate compartmentalized synthesis of triacylglycerols in C6 rat glioma cells. Biochim. Biophys. Acta. V. 1801. P. 693. https://doi.org/10.1016/j.bbalip.2010.03.013
  30. Rauchová H., Vokurková M., Drahota Z. 2014. Inhibition of mitochondrial glycerol-3- phosphate dehydrogenase by α-tocopheryl succinate. Int. J. Biochem. Cell Biol. V. 53. P. 409.
  31. Rodriguez-Enriquez S., Marin-Hernandez A., Gallardo-Perez J.C., Carreno-Fuentes L., Moreno-Sanchez R. 2009. Targeting of cancer energy metabolism. Mol. Nutr. Food Res. V. 53. P. 29.
  32. Sriburi R., Jackowski S., Mori K., Brewer J.W. 2004. XBP1: a link between the unfolded protein response, lipid biosynthesis, and biogenesis of the endoplasmic reticulum. J. Cell Biol. V. 167. P. 35. https://doi.org/10.1083/jcb.200406136
  33. Verfaillie T., Garg A.D., Agostinis P. 2013. Targeting ER stress induced apoptosis and inflammation in cancer. Cancer Letters. V. 332. P. 249. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2010.07.016
  34. Wang X.F., Witting P.K., Salvatore B.A., Neuzil J. 2005. Vitamin E analogs trigger apoptosis in HER2/erbB2-overexpressing breast cancer cells by signaling via the mitochondrial pathway. Biochem. Biophys. Res. Commun. V. 326. P. 282.
  35. Weber T., Dalen H., Andera L., Nègre-Salvayre A., Augé N., Sticha M., Lloret A., Terman A., Witting P.K., Higuchi M., Plasilova M.,Zivny J., Gellert N., Weber C., Neuzil J. 2003. Mitochondria play a central role in apoptosis induced by alpha-tocopheryl succinate, an agent with antineoplastic activity: comparison with receptor-mediated pro-apoptotic signaling. Biochemistry. V. 42. P. 4277.
  36. Wlodkowic D., Skommer J., McGuinness D., Hillier C., Darzynkiewicz Z. 2009. ER-Golgi network – a future target for anti-cancer therapy. Leuk Res. V. 33. P. 1440. https://doi.org/10.1016/j.leukres.2009.05.025
  37. Yang Y., Wang G., Wu W., Yao S., Han X., He D., He J., Zheng G., Zhao Y., Cai Z., Yu R. 2018. Camalexin Induces apoptosis via the ROS-ER stress-mitochondrial apoptosis pathway in AML Cells. Oxid. Med. Cell Longev. V. 2018: 7426950. https://doi.org/10.1155/2018/7426950
  38. Yu W., Sanders B.G., Kline K. 2003. RRR-alpha-tocopheryl succinate-induced apoptosis of human breast cancer cells involves Bax translocation to mitochondria. Cancer Res. V. 63. P. 2483.
  39. Zhao Y., Neuzil J., Wu K. 2009. Vitamin E analogues as mitochondria-targeting compounds: from the bench to the bedside? Mol. Nutr. Food Res. V. 53. P. 129.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Реакция культивируемых клеток линий А431 и HaCaT на воздействие сукцината витамина Е (СВЕ): а – жизнеспособность клеток после культивирования в присутствии СВЕ в течение 48 ч; б – величина апоптотического индекса клеток НаСаТ при различных концентрациях и времени воздействия СВЕ. Данные представлены в виде среднего значения и стандартного отклонения; тест Манна–Уитни с поправкой Бенджамини–Хохберга на множественные сравнения; различия с контролем с добавлением спирта достоверны при (*) P < 0.05, (**) P < 0.01, (***) P < 0.001 или (****) P < 0.0001; n = 3–4 (а) и n = 3 (б).

Скачать (212KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Апоптоз в клетках НаСаТ при действии 60 мкМ СВЕ: а – окрашивание гематоксилином и эозином; б, в – соответственно фазовый контраст и иммуноцитохимическое выявление каспазы 3 в одной и той же клетке. Показан репрезентативный результат из трех независимых экспериментов.

Скачать (197KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Митохондрии в клетках линии НаСаТ после воздействия СВЕ в течение 48 ч: а–г – митохондрии в клетках НаСаТ, окрашенные MitoTracker Orange в контроле (а) и после действия СВЕ в концентрации 40 (б), 60 (в) и 100 (г) мкМ; д–и – иммуноцитохимическое выявление цитохрома с в клетках НаСаТ в контроле без спирта (д) и с добавлением его (е), а также после действия СВЕ в концентрации 40 (ж), 60 (з) и 100 (и) мкМ. Показан репрезентативный результат из трех независимых экспериментов.

Скачать (217KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Ультраструктура митохондрий в клетках НаСаТ в контроле (а, б) и после действия СВЕ в течение 48 ч в концентрации 40 (в, г), 60 (д–ж) и 100 (з–и) мкМ; нж – липидные включения (нейтральный жир).

Скачать (511KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Прижизненное выявление пероксида водорода в клетках НаСаТ в контроле (а, в) и после действия 40 мкМ СВЕ в течение 48 ч (б, г); фазовый контраст (а, б) и окрашивание с помощью зонда DCFH-DA (в, г); д – доля АФК-положительных клеток после культивирования при наличии СВЕ. Данные представлены в виде среднего значения и стандартного отклонения; тест Манна–Уитни, различие с контролем с добавлением спирта, достоверно при (*) P < 0.05 (n = 3).

Скачать (273KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Выявление нейтрального жира в клетках А431 (а, б) и НаСаТ (в, г) после культивирования в контроле (а, в) и в присутствии 40 мкМ СВЕ (б, г).

Скачать (460KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Ультраструктура гранулярного ЭПР в клетках А431 (а–е) и НаСаТ (ж–м) в контроле и после 48-часового воздействия СВЕ. Клетки А431: а – контроль; б, в – контроль с добавлением спирта; г–е – 40 мкМ СВЕ. Клетки НаСаТ: ж – контроль, з – 40 мкМ СВЕ, и, к – 60 мкМ СВЕ, л, м – 100 мкМ СВЕ. Обозначения: ЭПР – эндоплазматический ретикулум, МТХ – митохондрии, НЖ – липидные капли (нейтральный жир).

Скачать (973KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Иммуноцитохимическое выявление белка p58k в составе аппарата Гольджи в клетках A431 (а, б) и НаСаТ (в–е) в контроле и после 48-часового действия СВЕ. Клетки А431: а – контроль, б – 40 мкМ СВЕ. Клетки НаСаТ: в – контроль, г – 40 мкМ СВЕ, д – 60 мкМ СВЕ, е – 100 мкМ СВЕ.

Скачать (192KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Ультраструктура аппарата Гольджи в клетках А431 (а–д) и НаСаТ (е–о) в контроле и после 48-часового действия СВЕ. Клетки А431: а, в – контроль; б, г, д – 40 мкМ СВЕ. Клетки НаСаТ: е, з, и, к – контроль; ж, н – 60 мкМ СВЕ; л, м – 40 мкМ СВЕ; о – 100 мкМ СВЕ. Обозначения: АГ – аппарат Гольджи, МТХ – митохондрии.

Скачать (721KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Относительная экспрессия генов-маркеров стресса ЭПР: GRP78, ATF4 и CHOP в клетках линий А431 и НаСаТ при воздействии 40 мкМ СВЕ. ПЦР в реальном времени. Данные представлены в виде среднего значения и стандартного отклонения; тест Манна–Уитни; различия с контролем достоверны при (*) P < 0.05 или (***) P < 0.001 (n = 3).

Скачать (68KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024