Изменения редокс-статуса и глутатионилирования белков при действии биназы на ВПЧ-16-положительные клетки карциномы SiHa

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Вирус папилломы человека 16 типа (ВПЧ-16) относится к группе вирусов высокого риска и характеризуется гиперэкспрессией онкобелков Е6 и Е7, определяющих онкогенные свойства вируса: иммортализацию и злокачественную трансформацию пролиферирующих эпителиальных клеток. Биогенез редоксчувствительных белков Е6 и Е7 на ранних этапах вирусной инфекции приводит к блокированию антиоксидантных систем клетки и убиквинтинзависимой деградации опухолевых супрессоров р53 и Rb. Поддержание высоких темпов пролиферации опухолевых клеток способствует повышению уровня продукции активных форм кислорода (АФК) и смещению окислительно-восстановительного баланса в сторону окислительных процессов. Восстановленный глутатион (GSH) через S-глутатионилирование тиоловых групп редоксчувствительных белков обеспечивает антиоксидантную защиту опухолевых клеток, что приводит к появлению лекарственно устойчивых злокачественных новообразований. В связи с этим особое значение приобретают лекарственные препараты, действие которых направлено на восстановление редокс-баланса в раковых клетках и тем самым на повышение их чувствительности к химиотерапии. Нами установлено, что в ВПЧ-16-положительной линии клеток SiHa плоскоклеточной карциномы шейки матки РНКаза Bacillus pumilus (биназа) модулирует редоксзависимые регуляторные механизмы, обеспечивающие нечувствительность этих клеток к апоптозу. Действие биназы в нетоксичных концентрациях (0.8 мкМ) инициирует ряд начальных апоптогенных изменений, а именно: снижает уровень АФК и GSH, ингибирует экспрессию онкобелка Е6, активирует экспрессию супрессора опухоли р53, снижает уровень глутатионилирования р53 и повышает глутатионилирование Na,K-АTРазы. Индуцированное биназой нарушение целостности мембран митохондрий является сигналом к активации митохондриального пути апоптоза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Надырова

Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: alsu.nadyrova@yandex.ru

Институт фундаментальной медицины и биологии

Россия, Казань, 420008

И. Ю. Петрушанко

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: alsu.nadyrova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

В. А. Митькевич

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: alsu.nadyrova@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

О. Н. Ильинская

Казанский федеральный университет

Email: alsu.nadyrova@yandex.ru

Институт фундаментальной медицины и биологии

Россия, Казань, 420008

Список литературы

  1. Green R.M., Graham M., O’Donovan M.R., Chipman J.K., Hodges N.J. (2006) Subcellular compartmentalization of glutathione: correlations with parameters of oxidative stress related to genotoxicity. Mutagenesis. 21, 383–390. doi: 10.1093/mutage/gel043
  2. Kennedy L., Sandhu J.K., Harper M.E., Cuperlovic-Culf M. (2020) Role of glutathione in cancer: from mechanisms to therapies. Biomolecules. 10, 1429. doi: 10.3390/biom10101429.
  3. Schafer F.Q., Buettner G.R. (2001) Redox environment of the cell as viewed through the redox state of the glutathione disulfide/glutathione couple. Free Radic. Biol. Med. 30, 1191–1212. doi: 10.1016/s0891-5849(01)00480-4
  4. Buettner G.R., Wagner B.A., Rodgers V.G. (2013) Quantitative redox biology: an approach to understand the role of reactive species in defining the cellular redox environment. Cell Biochem. Biophys. 67, 477–483. doi: 10.1007/s12013-011-9320-3
  5. Townsend D.M., Tew K.D., Tapiero H. (2003) The importance of glutathione in human disease. Biomed. Pharmacother. 57, 145–155. doi: 10.1016/S0753-3322(03)00043-X
  6. Vafa O., Wade M., Kern S., Beeche M., Pandita T.K., Hampton G.M., Wahl G.M. (2002) c-Myc can induce DNA damage, increase reactive oxygen species, and mitigate p53 function: a mechanism for oncogene-induced genetic instability. Mol. Cell. 9, 1031–1044. doi: 10.1016/S1097-2765(02)00520-8
  7. Weinberg F., Hamanaka R., Wheaton W.W., Weinberg S., Joseph J., Lopez M., Kalyanaraman B., Mutlu G., Budinger S., Chandel N.S. (2010) Mitochondrial metabolism and ROS generation are essential for Kras-mediated tumorigenicity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107, 8788–8793. doi: 10.1073/pnas.1003428107
  8. Ballatori N., Krance S.M., Marchan R., Hammond C.L. (2009) Plasma membrane glutathione transporters and their roles in cell physiology and pathophysiology. Mol. Aspects Med. 30, 13–28. doi: 10.1016/j.mam.2008.08.004
  9. Mieyal J.J., Gallogly M.M., Qanungo S., Sabens E.A., Shelton M.D. (2008) Molecular mechanisms and clinical implications of reversible protein S-glutathionylation. Antioxid. Redox Signal. 10, 1941–1988. doi: 10.1089/ars.2008.2089
  10. Miller O.G., Mieyal J.J. (2015) Sulfhydryl-mediated redox signaling in inflammation: role in neurodegenerative diseases. Arch. Toxicol. 89, 1439–1467. doi: 10.1007/s00204-015-1496-7
  11. Xue X., Wang B., Du W., Zhang C., Song Y., Cai Y., Cen D., Wang L., Xiong Y., Jiang P., Zhu S., Zhao K.N., Zhang L. (2016) Generation of affibody molecules specific for HPV16 E7 recognition. Oncotarget. 7, 73995–74005. doi: 10.18632/oncotarget.12174
  12. Wondrak G.T. (2009) Redox-directed cancer therapeutics: molecular mechanisms and opportunities. Antioxid. Redox Signal. 11, 3013–3069. doi: 10.1089/ars.2009.2541
  13. Tew K.D., Townsend D.M. (2011) Redox platforms in cancer drug discovery and development. Curr. Opin. Chem. Biol. 15, 156–161. doi: 10.1016/j.cbpa.2010.10.016
  14. Mironova N.L., Petrushanko I.Y., Patutina O.A., Sen’kova A.V., Simonenko O.V., Mitkevich V.A., Markov O.V., Zenkova M.A., Makarov A.A. (2013) Ribonuclease binase inhibits primary tumor growth and metastases via apoptosis induction in tumor cells. Cell Cycle. 12, 2120–2131. doi: 10.4161/cc.25164
  15. Mitkevich V.A., Kretova O.V., Petrushanko I.Y., Burnysheva K.M., Sosin D.V., Simonenko O.V., Ilinskaya O.N., Tchurikov N.A., Makarov A.A. (2013) Ribonuclease binase apoptotic signature in leukemic Kasumi-1 cells. Biochimie. 95, 1344–1349. doi: 10.1016/j.biochi.2013.02.016
  16. Бурнышева К.М., Петрушанко И.Ю., Спирин П.В., Прасолов В.С., Макаров А.А., Митькевич В.А. (2016) Рибонуклеаза биназа вызывает гибель клеток острого Т-лимфобластного лейкоза, индуцируя в них апоптоз. Молекуляр. биология. 50, 347–352. doi: 10.7868/S0026898416020038
  17. Шульга А.А., Окороков А.Л., Панов К.И., Курбанов Ф.Т., Чернов Б.К., Скрябин К.Г., Кирпичников М.П. (1994) Суперпродукция рибонуклеазы Bacillus intermedius 7P (биназы) в E. coli. Молекулярная биология. 28(2), 453–463.
  18. Mitkevich V.A., Burnysheva K.M., Petrushanko I.Y., Adzhubei A.A., Schulga A.A., Chumakov P.M., Makarov A.A. (2017) Binase treatment increases interferon sensitivity and apoptosis in SiHa cervical carcinoma cells by downregulating E6 and E7 human papilloma virus oncoproteins. Oncotarget. 8, 72666–72675. doi: 10.18632/oncotarget.20199
  19. Pal D., Rai A., Checker R., Patwardhan R.S., Singh B., Sharma D., Sandur S.K. (2021) Role of protein S-glutathionylation in cancer progression and development of resistance to anti-cancer drugs. Arch. Biochem. Biophys. 704, 108890. doi: 10.1016/j.abb.2021.108890
  20. Ilinskaya O.N., Singh I., Dudkina E., Ulyanova V., Kayumov A., Barreto G. (2016) Direct inhibition of oncogenic KRAS by Bacillus pumilus ribonuclease (binase). Biochim. Biophys. Acta. 1863, 1559–1567. doi: 10.1016/j.bbamcr.2016.04.005
  21. Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Spirin P.V., Fedorova T.V., Kretova O.V., Tchurikov N.A., Prassolov V.S., Ilinskaya O.N., Makarov A.A. (2011) Sensitivity of acute myeloid leukemia Kasumi-1 cells to binase toxic action depends on the expression of KIT and АML1-ETO oncogenes. Cell Cycle. 10, 4090–4097. doi: 10.4161/cc.10.23.18210
  22. Митькевич В.А., Орлова Н.Н., Петрушанко И.Ю., Симоненко О.В., Спирин П.В., Прокофьева М.М., Горностаева А.С., Stocking C., Макаров А.А., Прасолов В.С. (2013) Экспрессия онкогена FLT3-ITD сообщает предшественникам B-клеток мыши линии BAF3 чувствительность к цитотоксическому действию биназы. Молекуляр. биология. 47, 282–282. https://doi.org/10.7868/s0026898413020092
  23. Zur Hausen H. (2002) Papillomaviruses and cancer: from basic studies to clinical application. Nat. Rev. Cancer. 2, 342–350. doi: 10.1038/Nrc798
  24. Velu C.S., Niture S.K., Doneanu C.E., Pattabiraman N., Srivenugopal K.S. (2007) Human p53 is inhibited by glutathionylation of cysteines present in the proximal DNA-binding domain during oxidative stress. Biochemistry. 46, 7765–7780. doi: 10.1021/bi700425y
  25. Petrushanko I.Y., Yakushev S., Mitkevich V.A., Kamanina Y.V., Ziganshin R.H., Meng X., Anashkina A.A., Makhro A., Lopina O.D., Gassmann M., Makarov A.A., Bogdanova A. (2012) S-glutathionylation of the Na, K-ATPase catalytic α subunit is a determinant of the enzyme redox sensitivity. J. Biol. Chem. 287, 32195–32205. doi: 10.1074/jbc.M112.391094
  26. Alevizopoulos K., Calogeropoulou T., Lang F., Stournaras C. (2014) Na+/K+ ATPase inhibitors in cancer. Curr. Drug Targets. 15, 988–1000. doi: 10.2174/1389450115666140908125025
  27. Bejček J., Spiwok V., Kmoníčková E., Rimpelová S. (2021) Na+/K+-ATPase revisited: on its mechanism of action, role in cancer, and activity modulation. Molecules. 26, 1905. doi: 10.3390/molecules26071905
  28. Lushchak V.I. (2012) Glutathione homeostasis and functions: potential targets for medical interventions. J. Amino Acids. 2012, 736837. doi: 10.1155/2012/736837
  29. Zou J., Shang X., Li C., Ouyang J., Li B., Liu X. (2019) Effects of cadmium on mineral metabolism and antioxidant enzyme activities in Salix matsudana Koidz. Pol. J. Environ. Stud. 28, 989–999. doi: 10.15244/pjoes/81697
  30. Allocati N., Masulli M., Di Ilio C., Federici L. (2018) Glutathione transferases: substrates, inihibitors and pro-drugs in cancer and neurodegenerative diseases. Oncogenesis. 7, 8. doi: 10.103/s41389-017-0025-3
  31. Ardelt B., Juan G., Burfeind P., Salomon T., Wu J.M., Hsieh T.C., Li X., Sperry R., Pozarowski P., Shogen K., Ardelt W., Darzynkiewicz Z. (2007) Onconase, an anti-tumor ribonuclease suppresses intracellular oxidative stress. Int. J. Oncol. 31, 663–669. doi: 10.3892/ijo.31.3.663
  32. Tsai S.Y., Ardelt B., Hsieh T.C., Darzynkiewicz Z., Shogen K., Wu J.M. (2004) Treatment of Jurkat acute T-lymphocytic leukemia cells by onconase (Ranpirnase) is accompanied by an altered nucleocytoplasmic distribution and reduced expression of transcription factor NF-B. Int. J. Oncol. 25, 1745–1752. doi: 10.3892/ijo.25.6.1745
  33. Fratelli M., Gianazza E., Ghezzi P. (2004) Redox proteomics: identification and functional role of glutathionylated proteins. Expert Rev. Proteomics. 1, 365–376. doi: 10.1586/14789450.1.3.365
  34. Dalle-Donne I., Rossi R., Giustarini D., Colombo R., Milzani A. (2007) S-glutathionylation in protein redox regulation. Free Radic. Biol. Med. 43, 883–898. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.06.014
  35. Fiaschi T., Cozzi G., Raugei G., Formigli L., Ramponi G., Chiarugi P. (2006) Redox regulation of β-actin during integrin-mediated cell adhesion. J. Biol. Chem. 281, 22983–22991. doi: 10.1074/jbc.M603040200
  36. Lu G.D., Shen H.M., Chung M.C., Ong C.N. (2007) Critical role of oxidative stress and sustained JNK activation in aloe-emodin-mediated apoptotic cell death in human hepatoma cells. Carcinogenesis. 28, 1937–1945. doi: 10.1093/carcin/bgm143
  37. Cuadrado A., Garcia-Fernandez L.F., Gonzalez L., Suarez Y., Losada A., Alcaide V., Martinez T., Fernandez-Sousa J.M., Sanchez Puelles J.M., Munoz A. (2003) Aplidin induces apoptosis in human cancer cells via glutathione depletion and sustained activation of the epidermal growth factor receptor, Src, JNK, and p38 MAPK. J. Biol. Chem. 278, 241–250. doi: 10.1074/jbc.M201010200
  38. Ji L., Shen K., Jiang P., Morahan G., Wang Z. (2011) Critical roles of cellular glutathione homeostasis and jnk activation in andrographolide-mediated apoptotic cell death in human hepatoma cells. Mol. Carcinog. 50, 580–591. doi: 10.1002/mc.20741
  39. Velu C.S., Niture S.K., Doneanu C.E., Pattabiraman N., Srivenugopal K.S. (2007) Human p53 is inhibited by glutathionylation of cysteines present in the proximal DNA-binding domain during oxidative stress. Biochemistry. 46, 7765–7780. doi: 10.1021/bi700425y
  40. Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Kretova O.V., Zelenikhin P.V., Prassolov V.S., Tchurikov N.A., Ilinskaya O.N., Makarov A.A. (2010) Oncogenic c-kit transcript is a target for binase. Cell Cycle. 9, 2674–2678. doi: 10.4161/cc.9.13.12150
  41. Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Makarov A.A. (2019) RNases disrupt the adaptive potential of malignant cells: perspectives for therapy. Front. Pharmacol. 10, 922. doi: 10.3389/fphar.2019.00922
  42. Mijatovic T., Dufrasne F., Kiss R. (2012) Na+/K+-ATPase and cancer. Pharm. Pat. Anal. 1, 91–106. doi: 10.4155/ppa.12.3
  43. Eskiocak U., Ramesh V., Gill J.G., Zhao Z., Yuan S.W., Wang M., Vandergriff T., Shackleton M., Quintana E., Frankel A., Johnson T., DeBerardinis R., Morrison S.J. (2016) Synergistic effects of ion transporter and MAP kinase pathway inhibitors in melanoma. Nat. Commun. 7, 12336. doi: 10.1038/ncomms12336
  44. Ren J., Gao X., Guo X., Wang N., Wang X. (2022) Research progress in pharmacological activities and applications of cardiotonic steroids. Front. Pharmacol. 13, 902459. doi: 10.3389/fphar.2022.902459
  45. Ayogu J.I., Odoh A.S. (2020) Prospects and therapeutic applications of cardiac glycosides in cancer remediation. ACS Comb. Sci. 22, 543–553. doi: 10.1021/acscombsci.0c00082
  46. Chang Y.M., Shih Y.L., Chen C.P., Liu K.L., Lee M.H., Lee M.Z., Hou H.T., Huang H.C., Lu H.F., Peng S.F.., Chen K.W., Yeh M.Y., Chung J.G. (2019) Ouabain induces apoptotic cell death in human prostate DU 145 cancer cells through DNA damage and TRAIL pathways. Environ. Toxicol. 34, 1329–1339. doi: 10.1002/tox.22834
  47. Osman M.H., Farrag E., Selim M., Osman M.S., Hasanine A., Selim A. (2017) Cardiac glycosides use and the risk and mortality of cancer; systematic review and meta-analysis of observational studies. PloS One. 12, e0178611. doi: 10.1371/journal.pone.0178611
  48. Ortega A.L., Mena S., Estrela J.M. (2011) Glutathione in cancer cell death. Cancers. 3, 1285–1310. doi: 10.3390/cancers3011285
  49. Ghosh S., Pulinilkunnil T., Yuen G., Kewalramani G., An D., Qi D., Abrahani A., Rodrigues B. (2005) Cardiomyocyte apoptosis induced by short-term diabetes requires mitochondrial GSH depletion. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 289, H768–H776. doi: 10.1152/ajpheart.00038.2005
  50. Armstrong J.S., Steinauer K.K., Hornung B., Irish J.M., Lecane P., Birrell G.W., Peehl D.M., Knox S.J. (2002) Role of glutathione depletion and reactive oxygen species generation in apoptotic signaling in a human B lymphoma cell line. Cell Death Differ. 9, 252–263. doi: 10.1038/sj.cdd.4400959
  51. Makarov A.A., Kolchinsky A., Ilinskaya O.N. (2008) Binase and other microbial RNases as potential anticancer agents. BioEssays. 30, 781–790. doi: 10.1002/bies.20789

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Цитофлуориметрический анализ содержания АФК (а) и восстановленного глутатиона (б) в клетках SiHa, инкубированных с биназой (0.8 мкМ) в течение 24, 48 и 72 ч. Результаты представлены как сигнал флуоресценции красителей DHR123 (АФК) и ThiolTrackerTM Violet (GSH), полученный от клеток, инкубированных с биназой, относительно необработанных. *p ≤ 0.05.

Скачать (246KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Цитофлуориметрический анализ содержания клеток со сниженным митохондриальным потенциалом (а) и мертвых клеток (б) после обработки биназой (0.8 мкМ) в течение 24, 48 и 72 ч. *p ≤ 0.05.

Скачать (255KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние биназы на уровни белков Е6 ВПЧ-16 и р53 в клетках SiHa. а – Электрофоретический анализ белков в лизатах клеток SiHa. Здесь и далее: M – маркеры молекулярной массы белков PageRuler Prestained Protein Ladder (“Thermo Fisher Scientific”, США), контроль – необработанные клетки; биназа – клетки инкубировали с 0.8 мкМ биназой в течение 48 ч. б – Относительное содержание белков р53 и Е6 в лизатах, обработанных биназой клеток SiHa. За 100% принят уровень соответствующих белков в контроле. в – Изменение степени глутатионилирования белка р53 (GSS-р53) при обработке клеток SiHa биназой. Кратность изменения рассчитывали как GSS-р53/р53; за единицу принято значение GSS-р53/р53 в контроле. *p ≤ 0.05.

Скачать (154KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние биназы на уровень α1-субъединицы Na,K-АТPазы в клетках SiHa. а – Электрофоретический анализ содержания α1-субъединицы Na,K-АТPазы в клетках SiHa. Обозначения см. в подписи к рис. 3. Изменение степени глутатионилирования (б) и содержания (в) α1-субъединицы Na,K-АТPазы в лизатах клеток SiHa, обработанных биназой. За единицу приняты значения в контроле. *p ≤ 0.05.

Скачать (85KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».