Titanium Dioxide Nanoparticles Inhibits Entosis in the Human Breast Adenocarcinoma Cell Line

O. P. Kisurina-Evgenieva; Кисурина-Евгеньева О. П.; M. A. Savitskaya; Савицкая М. А.; D. S. Smeshnova; Смешнова Д. С.; G. E. Onishchenko; Онищенко Г. Е.

doi:10.31857/S0041377123030045

Наночастицы диоксида титана подавляют энтоз в культуре аденокарциномы молочной железы человека MCF-7

Авторы: Кисурина-Евгеньева О.П.¹, Савицкая М.А.¹, Смешнова Д.С.¹, Онищенко Г.Е.¹
Учреждения:
1. Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Выпуск: Том 65, № 3 (2023)
Страницы: 283-294
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0041-3771/article/view/140087
DOI: https://doi.org/10.31857/S0041377123030045
EDN: https://elibrary.ru/VCHENQ
ID: 140087

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Наночастицы TiO₂ широко применяются в промышленности, фармакологии, медицине. В последнее время предлагается использовать наночастицы TiO₂ для адресной доставки химиотерапевтических препаратов, что может привести к увеличению локальной концентрации TiO₂ и оказать влияние на протекающие в опухоли процессы, в т.ч. на энтоз (внедрение одной опухолевой клетки в другую). В настоящей работе проведено исследование влияния наночастиц TiO₂ (частиц минерала анатаз размером менее 25 нм и частиц, состоящих из смеси анатаза и рутила, размером менее 75 нм в концентрации 1, 10 или 100 мкг/мл в течение 72 ч) на процесс энтоза в культуре клеток аденокарциномы молочной железы человека MCF-7. Культивирование клеток в присутствии разных типов наночастиц TiO₂ замедляет пролиферацию и вызывает уменьшение числа энтозов. Элементный анализ с помощью аналитической электронной микроскопии выявил присутствие TiO₂ в эндосомном компартменте, в цитозоле и во внеклеточном пространстве. Методом иммунохимического окрашивания показано, что оба типа наночастиц TiO₂ в концентрации 10 мкг/мл нарушают образование адгезивных контактов, в т.ч. и на ранних стадиях энтоза. Воздействие частиц анатаза индуцирует транслокацию белка р53 в ядра клеток. В целом, использованные в работе наночастицы TiO₂ ингибируют энтоз в клетках культуры MCF-7, нарушая адгезивные контакты и препятствуя процессу внедрения. Однако можно предположить, что нарушение адгезивных контактов способно усиливать подвижность опухолевых клеток и метастазирование.

Ключевые слова

адгезивные контакты, диоксид титана, наночастицы, р53, энтоз

Список литературы

Кисурина-Евгеньева О.П., Хашба Л.А., Савицкая М.А., Онищенко Г.Е. 2018. Энтоз и клеточный цикл в культуре опухолевых клеток. Цитология. Т. 60. № 9. С. 693. (Kisurina-Evgenieva O.P., Khashba L.A., Mamichev I.A., Savitskaya M.A., Onishchenko G.E. 2019. Entosis and cell cycle in tumor cell culture. Cell. Tissue Biol. V. 13. P. 8.). https://doi.org/10.1134/S1990519X19010073
Чумаков П.М. 2007. Белок р53 и его универсальные функции в многоклеточном организме. Успехи биол. химии. Т. 47. С. 3. (Chumakov P. M. 2007. Versatile functions of p53 protein in multicellular organisms. Biochemistry (Mosc). V. 72. № 13. P.1399.) https://doi.org/10.1134/s0006297907130019
Biola-Clier M., Gaillard J.-C., Rabilloud T., Armengaud J., Carriere M. 2020. Titanium dioxide nanoparticles alter the cellular phosphoproteome in A549 cells. Nanomaterials. V. 10. P. 185. https://doi.org/10.3390/nano10020185
Ding L., Li J., Huang R., Liu Z., Li C., Yao S., Wang J., Qi D., Li N., Pi J. 2016. Salvianolic acid B protects against myocardial damage caused by nanocarrier TiO2; and synergistic anti-breast carcinoma effect with curcumin via codelivery system of folic acid-targeted and polyethylene glycol-modified TiO2 nanoparticles. Int. J. Nanomedicine. V. 11. P. 5709. https://doi.org/10.2147/IJN.S107767
Durgan J., Tseng Y.Y., Hamann J.C., Domart M.C., Collinson L., Hall A., Overholtzer M., Florey O. 2017. Mitosis can drive cell cannibalism through entosis. Elife. V. 6. P. e27134. https://doi.org/10.7554/eLife.27134
Fage S.W., Muris J., Jakobsen S. S., Thyssen J.P. 2016. Titanium: a review on exposure, release, penetration, allergy, epidemiology, and clinical reactivity. Contact Dermatitis. V. 74. P. 323. https://doi.org/10.1111/cod.12565
Frohlich E. 2013. Cellular targets and mechanisms in the cytotoxic action of non-biodegradable engineered nanoparticles. Curr. Drug Metab. V. 14. P. 976. https://doi.org/10.2174/1389200211314090004
Garanina A.S., Kisurina-Evgenieva O.P., Erokhina M.V., Smirnova E.A., Factor V.M., Onishchenko G.E. 2017. Consecutive entosis stages in human substrate-dependent cultured cells. Sci. Rep. V. 7. P. 12555. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12867-6
Hanot-Roy M., Tubeuf E., Guilbert A., Bado-Nilles A., Vigneron P., Trouiller B., Braun A., Lacroix G. 2016. Oxidative stress pathways involved in cytotoxicity and genotoxicity of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles on cells constitutive of alveolo-capillary barrier in vitro. Toxicol. In Vitro. V. 33. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2016.01.013
Hurum D.C., Gray K.A., Rajh T., Thurnauer M.C. 2005. Recombination pathways in the degussa P25 formulation of TiO2: surface versus lattice mechanisms. J. Phys. Chem. V. 109. P. 977. https://doi.org/10.1021/jp045395d
Krajcovic M., Johnson N.B., Sun Q., Normand G., Hoover N., Yao E., Richardson A.L., King R.W., Cibas E.S., Schnitt S.J., Brugge J.S., Overholtzer M. 2011. A non-genetic route to aneuploidy in human cancers. Nat. Cell Biol. V. 13. P. 324. https://doi.org/10.1038/ncb2174
Krishna S., Overholtzer M. 2016. Mechanisms and consequences of entosis. Cell Mol. Life Sci. V. 73. P. 2379. https://doi.org/10.1007/s00018-016-2207-0
Lagopati N., Tsilibary E.-P., Falaras P., Papazafiri P., Pavlatou E.A., Kotsopoulou E., Kitsiou1 P. 2014. Effect of nanostructured TiO2 crystal phase on photoinduced apoptosis of breast cancer epithelial cells. Int. J. Nanomedicine. V. 9. P. 3219. https://doi.org/10.2147/IJN.S62972
Liang J., Niu Z., Zhang B., Yu X., Zheng Y., Wang C., Ren H., Wang M., Ruan B., Qin H., Zhang X., Gu S., Sai X., Tai Y., Gao L., et al. 2021. p53-dependent elimination of aneuploid mitotic offspring by entosis. Cell Death. Differ. V. 28. P. 799. https://doi.org/10.1038/s41418-020-00645-3
Overholtzer M., Brugge J.S. 2008. The cell biology of cell-in-cell structures. Nature Rev. Mol. Cell Biol. V. 9. P. 796. https://doi.org/10.1038/nrm2504
Overholtzer M., Mailleux A.A., Mouneimne G., Normand G., Schnitt S.J., King R.W., Cibas E.S., Brugge J.S. 2007. A nonapoptotic cell death process, entosis, that occurs by cell-in-cell invasion. Cell. V. 131. P. 966. https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.10.040
Rossi E.M., Pylkkänen L., Koivisto A.J., Vippola M., Jensen K.A., Miettinen M., Sirola K., Nykäsenoja H., Karisola P., Stjernvall T., Vanhala E., Kiilunen M., Pasanen P., Mäkinen M., Hämeri K., et al. 2010. Airway exposure to silica-coated TiO2 nanoparticles induces pulmonary neutrophilia in mice. Toxicol. Sci. V. 113. P. 422. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfp254
Sayes C.M., Wahi R., Kurian P.A., Liu Y., West J.L., Ausman K.D., Warheit D.B., Colvin V.L. 2006. Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells. Toxicol. Sci. V. 92. P. 174. https://doi.org/10.1093/TOXSCI/KFJ197
Sayes C.M., Wahi R., Kurian P.A., Liu Y., West J.L., Ausman K.D., Warheit D.B., Colvin V.L. 2006. Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells. Toxicol. Sci. V. 92. P. 174. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfj197
Setyawati M.I., Tay C.Y., Chia S.L., Goh S.L., Fang W., Neo M.J., Chong H.C., Tan S. M., Loo S. C.J., Ng K.W., Xie J.P., Ong C.N., Tan N.S., Leong D.T. 2013. Titanium dioxide nanomaterials cause endothelial cell leakiness by disrupting the homophilic interaction of VE–cadherin. Nat. Commun. V. 4. P. 1673. https://doi.org/10.1038/ncomms2655
Sun Q., Cibas E.S., Huang H., Hodgson L., Overholtzer M. 2014. Induction of entosis by epithelial cadherin expression. Cell Res. V. 24. P. 1288. https://doi.org/10.1038/cr.2014.137
Sund J., Palomäki J., Ahonen N., Savolainen K., Alenius H., Puustinen A. 2014. Phagocytosis of nano-sized titanium dioxide triggers changes in protein acetylation. J. Proteomics. V. 108. P. 469. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2014.06.011
Sydor M.J., Anderson D.S., Steele H.B.B., Ross J.B.A., Holian A. 2020. Effects of titanium dioxide and zinc oxide nano-materials on lipid order in model membranes. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. V. 1862. P. 183313. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2020.183313
Trang N.T.K., Dong V.P., Hoon Y. 2021. Cellular effects of ultraviolet-radiated reduced-titanium dioxide nanoparticles on human hypopharyngeal adenocarcinoma cells. J. Nanosci. Nanotechnol. V. 21. P. 3656. https://doi.org/10.1166/jnn.2021.19172
Wang J., Zhou G., Chen C., Yu H., Wang T., Ma Y., Jia C., Gao Y., Li B., Sun J., Li Y., Fang Jiao, Zhao Y., Chai Z. 2007. Acute toxicity and biodistribution of different sized titanium dioxide particles in mice after oral administration. Toxicol. Lett. V. 168. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2006.12.001
Wang Y., Cui H., Zhou J., Li F., Wang J., Chen M., Liu Q. 2015. Cytotoxicity, DNA damage, and apoptosis induced by titanium dioxide nanoparticles in human non-small cell lung cancer A549 cells. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. V. 22. P. 5519. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3717-7
Warheit D.B., Webb T.R., Sayes C.M., Colvin V.L., Reed K.L. 2006. Pulmonary instillation studies with nanoscale TiO2 rods and dots in rats: toxicity is not dependent upon particle size and surface area. Toxicol. Sci. V. 91. P. 227. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfj140
Zeng L., Pan Y., Tian Y., Wang X., Ren W., Wang S., Lu G., Wu A. 2015. Doxorubicin-loaded NaYF 4: Yb/Tm–TiO2 inorganic photosensitizers for NIR-triggered photodynamic therapy and enhanced chemotherapy in drug-resistant breast cancers. Biomaterials. V. 57. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.04.006