The Effect of Inflammatory Activation on Mitochondrial Function and Expression of Apoptosis Inhibitor Genes in THP-1 Acute Myeloid Leukemia Cells

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The key functions of mitochondrial respiration and the expression of genes from the BCL2 and IAP families were studied in THP-1 cells from acute myeloid leukemia, both with lipopolysaccharide (LPS) and zymosan A-induced inflammation, as well as in conditions of aseptic inflammation simulating the inflammatory microenvironment. Three-dimensional cell culture was used to investigate these processes. It was found that both LPS and zymosan-A-induced inflammation and aseptic activation led to a decrease in mitochondrial membrane potential and oxygen consumption. At the same time, there was an increase in proinflammatory cytokines such as IL-1β, TNF-α, and IL-6, as well as reactive oxygen species (ROS) and lactate production. It was also found that in THP-1 cells under conditions of inflammation, there was an upregulation of the expression of genes encoding anti-apoptotic proteins, including BIRC3, BIRC7, BCL2, BCL2L1, BCL2L2 and BCL2A1.

Sobre autores

E. Meshcheriakova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences; Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: elena.mesh2311@gmail.com
Pushchino, Russia; Pushchino, Russia

M. Kobyakova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences; Research Institute of Clinical and Experimental Lymphology – branch of the Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia; Novosibirsk, Russia

I. Odinokova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

A. Kuzovlev

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences; Pushchino branch of the Russian Biotechnological University (ROSBIOTECH)

Pushchino, Russia; Pushchino, Russia

I. Fadeeva

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

R. Fadeev

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences; Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia; Novosibirsk, Russia

Bibliografia

  1. Premnath N. and Madanat Y. F. Paradigm shift in the management of acute myeloid leukemia—approved options in 2023 Cancers (Basel), 15 (11), 3002 (2023). doi: 10.3390/cancers15113002
  2. Luciano M., Krenn P. W., and Horejs-Hoeck J. The cytokine network in acute myeloid leukemia. Front. Immunol., 13, 1000996 (2022). doi: 10.3389/fimmu.2022.1000996
  3. Bruserud O., Reikvam H., and Brenner A. K. Toll-like receptor 4, osteoblasts and leukemogenesis; the lesson from acute myeloid leukemia. Molecules, 27 (3), 735 (2022). doi: 10.3390/molecules27030735
  4. Abdel Hammed M. R., Elgendy S. G., El-Mokhtar M. A., Sayed D., Mansour S. M., and Darwish A. M. T-lymphocytes expression of Toll-like receptors 2 and 4 in acute myeloid leukemia patients with invasive fungal infections. Mediterr. J. Hematol. Infect. Dis., 14 (1), e2022022 (2022). doi: 10.4084/MJHID.2022.022
  5. Sriskanthadevan S., Jeyaraju D. V., Chung T. E., Prabha S., Xu W., Skrtic M., Jhas B., Hurren R., Gronda M., Wang X., Jitkova Y., Sukhai M. A., Lin F. H., Maclean N., Laister R., C Goard. A., Mullen P. J., Xie S., Penn L. Z., Rogers I. M., Dick J. E., Minden M. D., and Schimmer A. D. AML cells have low spare reserve capacity in their respiratory chain that renders them susceptible to oxidative metabolic stress. Blood, 125 (13), 2120–2130 (2015). doi: 10.1182/blood-2014-08-594408
  6. Billingham L. K., Stoolman J. S., Vasan K., RodriguezA.E., Poor T. A., Szibor M., Jacobs H. T., Reczek C. R., Rashidi A., Zhang P., Miska J., and Chandel N. S. Mitochondrial electron transport chain is necessary for NLRP3 inflammasome activation. Nat. Immunol., 23, 692–704 (2022). doi: 10.1038/s41590-022-01185-3
  7. Lee I. and Huttemann M. Energy crisis: The role of oxidative phosphorylation in acute inflammation and sepsis. Biochim. Biophys. Acta, 1842 (9), 1579–1586 (2014). doi: 10.1016/j.bbadis.2014.05.031
  8. Allen B., Bottomly D., Kohnke T., Wang A., Lin H. Y., Johnson K., Kenna I., Streltsova A., Martin E., Chen R., Savoy L., Long N., Ryabinin P., Kurtz S. E., Eide C. A., Carlos A., Kaempf A., Liu T., Tognon C., Searles R., Piehowski P. D., Gosline S. J. C., Agarwal A., Chang B. H., Barton M., Druker B. J., McWeeney S. K., Majeti R., Tyner J. W., and Zhang H. A CEBPB/IL-1β/TNF-α feedback loop drives drug resistance to venetoclax and MDM2 inhibitors in monocytic leukemia. Blood, 145 (21), 2488–2506 (2025). doi: 10.1182/blood.2024028239
  9. Kobyakova M. I., Krasnov K. S., Krestinina O. V., Baburina Y. L., Senotov A. S., Lomovskaya Y. V., Meshcheriakova E. I., Lomovsky A. I., Zvyagina A. I., Pyatina K. V., Fadeeva I. S., and Fadeev R. S. Hypercellular proinflammatory microenvironment inhibits the etoposide-induced DNA damage in acute monocytic leukemia cells. Biochemistry (Mosc.), 90, 553–567 (2025). doi: 10.1134/S000629792560019X
  10. Kobyakova M. I., Senotov A. S., Krasnov K. S., Lomovskaya Y. V., Odinokova I. V., Kolotova A. A., Ermakov A. M., Zvyagina A. I., Fadeeva I. S., Fetisova E. I., Akatov V. S., and Fadeev R. S. Pro-inflammatory activation suppresses TRAIL-induced apoptosis of acute myeloid leukemia cells. Biochemistry (Mosc.), 89, 431–440 (2024). doi: 10.1134/S0006297924030040
  11. Kobyakova M., Lomovskaya Y., Senotov A., Lomovsky A., Minaychev V., Fadeeva I., Shtatnova D., Krasnov K., Zvyagina A., Odinokova I., Akatov V., and Fadeev R. The increase in the drug resistance of acute myeloid leukemia THP-1 cells in high-density cell culture is associated with inflammatory-like activation and antiapoptotic Bcl-2 proteins Int. J. Mol. Sci., 23 (14), 7881 (2022). doi: 10.3390/ijms23147881
  12. Sun Y., Liu J., G Ye., Gan F., Hamid M., Liao S., and Huang K. Protective effects of zymosan on heat stress-induced immunosuppression and apoptosis in dairy cows and peripheral blood mononuclear cells. Cell Stress Chaperones, 23 (5), 1069–1078 (2018). doi: 10.1007/s12192-018-0916-z
  13. Zhong F. M., Yao F. Y., Liu J., Zhang H. B., Li M. Y., Jiang J. Y., Xu Y. M., Yang W. M., S. Li Q., Zhang J., ChengY., Xu S., Huang B., and Wang X. Z. Inflammatory response mediates cross-talk with immune function and reveals clinical features in acute myeloid leukemia. Biosci. Rep., 42 (5), BSR20220647 (2022). doi: 10.1042/BSR20220647
  14. Chen D. W., Fan J. M., Schrey J. M., Mitchell D. V., Jung S. K., Hurwitz S. N., Perez E. B., Muraro M. J., Carroll M., Taylor D. M., and Kurre P. Inflammatory recruitment of healthy hematopoietic stem and progenitor cells in the acute myeloid leukemia niche. Leukemia, 38, 741–750 (2024). doi: 10.1038/s41375-024-02136-7
  15. Baumann A. M. and Ellegast J. M. Inflammatory signaling in the pathogenesis of acute myeloid leukemia. Hemasphere, 9 (8), e70188 (2025). doi: 10.1002/hem3.70188
  16. Minciacchi V. R., Karantanou C., Bravo J., Pereira R. S., Zanetti C., Krack T., Kumar R., Bankov K., Hartmann S., Huntly B. J. P., Meduri E., Ruf W., and Krause D. S. Differential inflammatory conditioning of the bone marrow by acute myeloid leukemia and its impact on progression. Blood Adv., 8 (19), 4983–4996 (2024). doi: 10.1182/bloodadvances.2024012867
  17. Romaschenko V. P., Zinovkin R. A., Galkin I. I., Zakharova V. V., Panteleeva A. A., Tokarchuk A. V., K. Lyamzaev G., Pletjushkina O. Y., Chernyak B. V., and Popova E. N. Low concentrations of uncouplers of oxidative phosphorylation prevent inflammatory activation of endothelial cells by tumor necrosis factor. Biochemistry (Mosc.), 80, 610–619 (2015). doi: 10.1134/S0006297915050144
  18. Jain A., Kim B. R., Yu W., Moninger T. O., Karp P. H., Wagner B. A., and Welsh M. J. Mitochondrial uncoupling proteins protect human airway epithelial ciliated cells from oxidative damage. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 121 (10), e2318771121 (2024). doi: 10.1073/pnas.2318771121
  19. Kierans S. J. and Taylor C. T. Glycolysis: A multifaceted metabolic pathway and signaling hub. J. Biol. Chem., 300 (11), 107906 (2024). doi: 10.1016/j.jbc.2024.107906
  20. Yang Y., Pu J., and Yang Y. Glycolysis and chemoresistance in acute myeloid leukemia. Heliyon, 10 (15), e35721 (2024). doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e35721
  21. Zhang R., Jin W., and Wang K. Glycolysis-driven prognostic model for acute myeloid leukemia: Insights into the immune landscape and drug sensitivity. Biomedicines, 13, 834 (2025). doi: 10.3390/biomedicines13040834
  22. Song K., Li M., Xu X., Xuan X. L. I., Huang G., and Liu Q. Resistance to chemotherapy is associated with altered glucose metabolism in acute myeloid leukemia. Oncol. Lett., 12 (1), 334–342 (2016). doi: 10.3892/ol.2016.4600
  23. Cheng C., Yuan F., Chen X. P., Zhang W., Zhao X. L., Jiang Z. P., Zhou H. H., Zhou G., and Cao S. Inhibition of Nrf2-mediated glucose metabolism by brusatol synergistically sensitizes acute myeloid leukemia to Ara-C. Biomed. Pharmacother., 142, 111652 (2021). doi: 10.1016/j.biopha.2021.111652
  24. Zhang Y., Liu Y., and Xu X. Knockdown of LncRNAUCA1 suppresses chemoresistance of pediatric AML by inhibiting glycolysis through the microRNA-125a/hexokinase 2 pathway. J. Cell. Biochem., 119 (7), 6296–6308 (2018). doi: 10.1002/jcb.26899
  25. Liang J., Zhao W., Tong P., Li P., Zhao Y., Li H., and Liang J. Comprehensive molecular characterization of inhibitors of apoptosis proteins (IAPs) for therapeutic targeting in cancer. BMC Med. Genomics, 13, 7 (2020). doi: 10.1186/s12920-020-0661-x
  26. Kumar S., Fairmichael C., Longley D. B., and Turkington R. C. The multiple roles of the IAP superfamily in cancer. Pharmacol. Ther., 214, 107610 (2020). doi: 10.1016/j.pharmthera.2020.107610
  27. Popgeorgiev N., Sa J. D., Jabbour L., Banjara S., Nguyen T. T. M., Akhavan-E-Sabet A., Gadet R., Ralchev N., Manon S., Hinds M. G., Osigus H. J., Schierwater B., Humbert P. O., Rimokh R., Gillet G., and Kvansakul M. Ancient and conserved functional interplay between Bcl-2 family proteins in the mitochondrial pathway of apoptosis. Sci. Adv., 6 (40), abc4149 (2020). doi: 10.1126/sciadv.abc4149
  28. Vogler M., Braun Y., Smith V. M., Westhoff M. A., Pereira R. S., Pieper N. M., Anders M., Callens M., Vervliet T., Abbas M., Macip S., Schmid R., Bultynck G., and Dyer M. J. The BCL2 family: from apoptosis mechanisms to new advances in targeted therapy. Signal Transduct. Target. Ther., 10, 91 (2025). doi: 10.1038/s41392-025-02176-0
  29. Wong W. W., Vince J. E., Lalaoui N., Lawlor K. E., Chau D., Bankovacki A., Anderton H., Metcalf D., O’Reilly L., Jost P. J., Murphy J. M., Alexander W. S., Strasser A., Vaux D. L., and Silke J. cIAPs and XIAP regulate myelopoiesis through cytokine production in an RIPK1- and RIPK3-dependent manner. Blood, 123 (16), 2562–2572 (2014). doi: 10.1182/blood-2013-06-510743
  30. Lawlor K. E., Feltham R., Yabal M., Conos S. A., Chen K. W., Ziehe S., Gras C., Zhan Y., Nguyen T. A., Hall C., Vince A. J., Chatfield S. M., D'Silva D. B., Pang K. C., Schroder K., Silke J., Vaux D. L., Jost P. J., and Vince J. E. XIAP Loss Triggers RIPK3- and Caspase8-Driven IL-1β Activation and Cell Death as a Consequence of TLR-MyD88-Induced cIAP1-TRAF2 Degradation. Cell Rep., 20 (3), 668–682 (2017). doi: 10.1016/j.celrep.2017.06.073
  31. Fristedt Duvefelt C., Lub S., Agarwal P., Arngarden L., Hammarberg A., Maes K., Van Valckenborgh E., Vanderkerken K., and Jernberg Wiklund H., Oncotarget, 6, 20621 (2015). doi: 10.18632/oncotarget.4139
  32. Kim H. K., Kim S. A., Jung E. K., Lee K. H., Lee J. K., Kang H. C., Joo Y. E., and Lim S. C. Inhibitor of apoptosis protein Livin promotes tumor progression and chemoradioresistance in human anaplastic thyroid cancer. Oncol. Rep., 45, 18 (2021). doi: 10.3892/or.2021.7969
  33. Flores-Romero H., Landeta O., Ugarte-Uribe B., Cosentino K., Garcia-Porras M., Garcia-Saez A. J., and Basanez G. BFL1 modulates apoptosis at the membrane level through a bifunctional and multimodal mechanism showing key differences with BCLXL. Cell Death Differ., 26, 1880–1894 (2019). doi: 10.1038/s41418-018-0258-5

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».