Роль митохондрий в развитии рака молочной железы

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Митохондриальная дисфункция и мутации митохондриального генома могут играть важную роль в патогенезе злокачественных новообразований. Несмотря на многолетние исследования, этот вопрос до сих пор остаётся предметом научной дискуссии.

В обзоре отражены современные взгляды на роль митохондрий и митохондриального генома в происхождении рака молочной железы. Поиск источников за последние 10 лет проводили в базах данных PubMed и eLIBRARY.RU, а также по ссылкам статей. Проанализированы работы, содержащие данные исследований случай–контроль по раку молочной железы и исследований по цибридным клеткам.

Обзор экспериментальных и ассоциативных исследований показал, что митохондриальный геном определяет особенности клеточного обмена в человеческих популяциях на глобальном (через макрогаплогруппы L, M, N), ландшафтном (через гаплогруппы), популяционном (через субгаплогруппы) и индивидуальном уровнях (через SNP, инсерции, делеции) и может обусловливать предрасположенность к раку. Однонуклеотидные замены, делеции и снижение числа копий митохондриальной ДНК не являются специфическими для рака молочной железы. Тем не менее экспериментально показано, что митохондрии прямо причастны к развитию злокачественных новообразований у экспериментальных животных. Вероятно, участие митохондрий в развитии рака связано с дисфункцией митохондрий с нарушением ядерно-митохондриальных взаимоотношений. С другой стороны, мутации со слишком сильным эффектом, полностью нарушающие функции митохондрий, лишаются своей опухольпродуцирующей способности. Мутации, делеции и изменение числа копий митохондриальной ДНК, несомненно, имеют отношение к развитию рака молочной железы как один из важных элементов сложного клубка множества взаимодействий.

Об авторах

Дмитрий Гаврильевич Тихонов

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Автор, ответственный за переписку.
Email: tikhonov.dmitri@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3385-9471
SPIN-код: 5271-4123

д.м.н., профессор

Россия, 677000, Якутск, ул. Белинского, д. 58

Михаил Михайлович Винокуров

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: mm.vinokurov@s-vfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1235-6560
SPIN-код: 8895-6455

д.м.н., профессор

Россия, 677000, Якутск, ул. Белинского, д. 58

Надежда Сидоровна Киприянова

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: kiprinad2@mail.ru

д.м.н.

Россия, 677000, Якутск, ул. Белинского, д. 58

Мария Владимировна Голубенко

НИИ генетики Томского национального исследовательского медицинского центра РАН

Email: maria-golubenko@medgenetics.ru
ORCID iD: 0000-0002-7692-9954
SPIN-код: 5117-3684

к.б.н.

Россия, Томск

Список литературы

  1. Warburg O. On the origin of cancer cells // Science. 1956. Vol. 123, N 3191. P. 309–314. doi: 10.1126/science.123.3191.309
  2. Панов А.В., Голубенко М.В., Даренская М.А., Колесников С.И. Происхождение митохондрий и их роль в эволюции жизни и здоровья человека // Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2020. Т. 5, № 5. С. 12–25. doi: 10.29413/ABS.2020-5.5.2
  3. Osellame L.D., Blacker T.S., Duchen M.R. Cellular and molecular mechanisms of mitochondrial function // Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2012. Vol. 26, N 6. P. 711–723. doi: 10.1016/j.beem.2012.05.003
  4. Miller F.J., Rosenfeldt F.L., Zhang C. Precise determination of mitochondrial DNA copy number in human skeletal and cardiac muscle by a PCR-based assay: lack of change of copy number with age // Nucleic Acids Res. 2003. Vol. 31, N 11. P. e61. doi: 10.1093/nar/gng060
  5. Rath S., Sharma R., Gupta R., et al. MitoCarta3.0: аn updated mitochondrial proteome now with sub-organelle localization and pathway annotations // Nucleic Acids Res. Vol. 49, N D1. P. D1541–D1547. doi: 10.1093/nar/gkaa1011
  6. Andrews R.M., Kubacka I., Chinnery P.F., et al. Reanalysis and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA // Nat Genet. 1999. Vol. 23, N 2. P. 147. doi: 10.1038/13779
  7. Nicholls T.J., Minczuk M. In D-loop: 40 years of mitochondrial 7S DNA // Exp Gerontol. 2014. Vol. 56. P. 175–181. doi: 10.1016/j.exger.2014.03.027
  8. Anderson S., Bankier A.T., Barrell B.G., et al. Sequence and organization of the human mitochondrial genome // Nature. 1981. Vol. 290, N 5806. P. 457–465. doi: 10.1038/290457a0
  9. Jones D.P., Lash L.H. Introduction: criteria for assessing normal and abnormal mitochondrial function // Mitochondrial Dysfunction. 1993. P. 1–7.
  10. Senyilmaz D., Teleman A.A. Chicken or the egg: Warburg effect and mitochondrial dysfunction // F1000Prime Rep. 2015. Vol. 7. P. 41. doi: 10.12703/P7-41
  11. Блохин Н.Н., Петерсон Б.Е. Клиническая онкология. Т. 1. Москва, 1979. 696 с.
  12. Burck K.B., Liu E.T., Larrick J.W. Oncogenes. London, Paris, Tokyo : Springer-Verlag, 1988. 311 с.
  13. Fujimura J.H. The molecular biological bandwagon in cancer research: where social worlds meet // Social Problems. 1988. Vol. 35, N 3. P. 261–283. doi: 10.2307/800622
  14. Bret S. Fighting cancer by putting tumor cells on a diet [Internet]. NPR, 2016. Дата обращения: 29.06.2022. Доступ по ссылке: https://www.iowapublicradio.org/2016-03-05/fighting-cancer-by-putting-tumor-cells-on-a-diet
  15. Seyfried T. Cancer as a metabolic disease : on the origin, management, and prevention of cancer. John Wiley & Sons, 2012. 448 с.
  16. Gyamfi J., Kim J., Choi J. Cancer as a metabolic disorder // Int J Mol Sci. 2022. Vol. 23, N 3. P. 1155. doi: 10.3390/ijms23031155
  17. Majérus M.-A. The cause of cancer: the unifying theory // Advances in Cancer Biology — Metastasis. 2022. Vol. 4. P. 100034. doi: 10.1016/j.adcanc.2022.100034
  18. Majerus M.A. The relationship between the cancer cell and the oocyte // Med Hypotheses. 2002. Vol. 58, N 6. P. 544–551. doi: 10.1054/mehy.2001.1532
  19. Cercek A., Lumish M., Sinopoli J., et al. PD-1 blockade in mismatch repair-deficient, locally advanced rectal cancer // N Engl J Med. 2022. Vol. 386, N 25. P. 2363–2376. doi: 10.1056/NEJMoa2201445
  20. Brandon M., Baldi P., Wallace D.C. Mitochondrial mutations in cancer // Oncogene. 2006. Vol. 25, N 34. P. 4647–4662. doi: 10.1038/sj.onc.1209607
  21. Kopinski P.K., Singh L.N., Zhang S., et al. Mitochondrial DNA variation and cancer // Nat Rev Cancer. 2021. Vol. 21, N 7. P. 431–445. doi: 10.1038/s41568-021-00358-w
  22. Jiménez-Morales S., Pérez-Amado C.J., Langley E., Hidalgo-Miranda A. Overview of mitochondrial germline variants and mutations in human disease: focus on breast cancer (review) // Int J Oncol. 2018. Vol. 53, N 3. P. 923–936. doi: 10.3892/ijo.2018.4468
  23. Weerts M.J.A., Sleijfer S., Martens J.W.M. The role of mitochondrial DNA in breast tumors // Drug Discov Today. 2019. Vol. 24, N 5. P. 1202–1208. doi: 10.1016/j.drudis.2019.03.019
  24. Salas A., Yao Y.G., Macaulay V., et al. A critical reassessment of the role of mitochondria in tumorigenesis // PLoS Med. 2005. Vol. 2, N 11. P. e296. doi: 10.1371/journal.pmed.0020296
  25. Baysal B. Mitochondria: more than mitochondrial DNA in cancer // PLoS Med. 2006. Vol. 3, N 3. P. e156. doi: 10.1371/journal.pmed.0030156
  26. Zanssen S., Schon E.A. Mitochondrial DNA mutations in cancer // PLoS Med. 2005. Vol. 2, N 11. P. e401. doi: 10.1371/journal.pmed.0020401
  27. Elliott R.L., Jiang X.P., Head J.F. Mitochondria organelle transplantation: introduction of normal epithelial mitochondria into human cancer cells inhibits proliferation and increases drug sensitivity // Breast Cancer Res Treat. 2012. Vol. 136, N 2. P. 347–354. doi: 10.1007/s10549-012-2283-2
  28. DiMauro S., Schon E.A. Mitochondrial DNA mutations in human disease // Am J Med Genet. 2001. Vol. 106, N 1. P. 18–26. doi: 10.1002/ajmg.1392
  29. McFarland R., Elson J.L., Taylor R.W., et al. Assigning pathogenicity to mitochondrial tRNA mutations: when «definitely maybe» is not good enough // Trends Genet. 2004. Vol. 20, N 12. P. 591–596. doi: 10.1016/j.tig.2004.09.014
  30. Canter J.A., Kallianpur A.R., Parl F.F., Millikan R.C. Mitochondrial DNA G10398A polymorphism and invasive breast cancer in African-American women // Cancer Res. 2005. Vol. 65, N 17. P. 8028–8033. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-05-1428
  31. Salas A., García-Magariños M., Logan I., Bandelt H.J. The saga of the many studies wrongly associating mitochondrial DNA with breast cancer // BMC Cancer. 2014. Vol. 14. P. 659. doi: 10.1186/1471-2407-14-659
  32. Czarnecka A.M., Krawczyk T., Plak K., et al. Mitochondrial genotype and breast cancer predisposition // Oncol Rep. 2010. Vol. 24, N 6. P. 1521–1534. doi: 10.3892/or_00001014
  33. Tommasi S., Favia P., Weigl S., et al. Mitochondrial DNA variants and risk of familial breast cancer: an exploratory study // Int J Oncol. 2014. Vol. 44, N 5. P. 1691–1698. doi: 10.3892/ijo.2014.2324
  34. Tipirisetti N.R., Govatati S., Pullari P., et al. Mitochondrial control region alterations and breast cancer risk: a study in south Indian population // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 1. P. e85363. doi: 10.1371/journal.pone.0085363
  35. Yacoubi Loueslati B., Troudi W., Cherni L., et al. Germline HVR-II mitochondrial polymorphisms associated with breast cancer in Tunisian women // Genet Mol Res. 2010. Vol. 9, N 3. P. 1690–1700. doi: 10.4238/vol9-3gmr778
  36. Mosquera-Miguel A., Alvarez-Iglesias V., Carracedo A., et al. Is mitochondrial DNA variation associated with sporadic breast cancer risk? // Cancer Res. 2008. Vol. 68, N 2. P. 623–625. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-07-2385
  37. Bai R.-K., Leal S.M., Covarrubias D., et al. Mitochondrial genetic background modifies breast cancer risk // Cancer Res. 2007. Vol. 67, N 10. P. 4687–4694. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-06-3554
  38. Fang H., Shen L., Chen T., et al. Cancer type-specific modulation of mitochondrial haplogroups in breast, colorectal and thyroid cancer // BMC Cancer. 2010. Vol. 10. P. 421. doi: 10.1186/1471-2407-10-421
  39. Darvishi K., Sharma S., Bhat A.K., et al. Mitochondrial DNA G10398A polymorphism imparts maternal Haplogroup N a risk for breast and esophageal cancer // Cancer Lett. 2007. Vol. 249, N 2. P. 249–255. doi: 10.1016/j.canlet.2006.09.005
  40. Gazi N., Rahman A., Karim M.M., et al. Breast cancer risk associated mitochondrial NADH-dehydrogenase subunit-3 (ND3) polymorphisms (G10398A and T10400C) in Bangladeshi women // J Med Genet Genomics. 2011. Vol. 3, N 8. P. 131–135. doi: 10.5897/JMGG.9000007
  41. Czarnecka A.M., Krawczyk T., Zdrozny M., et al. Mitochondrial NADH-dehydrogenase subunit 3 (ND3) polymorphism (A10398G) and sporadic breast cancer in Poland // Breast Cancer Res Treat. 2010. Vol. 121, N 2. P. 511–518. doi: 10.1007/s10549-009-0358-5
  42. Tengku Baharudin N., Jaafar H., Zainuddin Z. Association of mitochondrial DNA 10398 polymorphism in invasive breast cancer in Malay population of Peninsular Malaysia // Malaysian J Med Sci. 2012. Vol. 19, N 1. P. 36–42.
  43. Jahani M.M., Azimi Meibody A., Karimi T., et al. An A10398G mitochondrial DNA alteration is related to increased risk of breast cancer, and associates with Her2 positive receptor // Mitochondrial DNA A DNA Mapp Seq Anal. 2020. Vol. 31, N 1. P. 11–16. doi: 10.1080/24701394.2019.1695788
  44. Covarrubias D., Bai R.K., Wong L.C., Leal S.M. Mitochondrial DNA variant interactions modify breast cancer risk // J Hum Genet. 2008. Vol. 53, N 10. P. 924–928. doi: 10.1007/s10038-008-0331-x
  45. Ma L., Fu Q., Xu B., et al. Breast cancer-associated mitochondrial DNA haplogroup promotes neoplastic growth via ROS-mediated AKT activation // Int J Cancer. 2018. Vol. 142, N 9. P. 1786–1796. doi: 10.1002/ijc.31207
  46. Bonilla C., Bertoni B., Hidalgo P.C., et al. Breast cancer risk and genetic ancestry: a case-control study in Uruguay // BMC Womens Health. 2015. Vol. 15, N 1. P. 1–10. doi: 10.1186/s12905-015-0171-8
  47. Francis A., Pooja S., Rajender S., et al. A mitochondrial DNA variant 10398G>A in breast cancer among South Indians: an original study with meta-analysis // Mitochondrion. 2013. Vol. 13, N 6. P. 559–565.
  48. Писарева Л.Ф., Одинцова И.Н., Иванов П.М., Николаева Т.Н. Особенности заболеваемости раком молочной железы коренного и пришлого населения Республики Саха (Якутия) // Сибирский онкологический журнал. 2007. № 3. С. 69–72.
  49. Zhou H., Nie K., Qiu R., et al. Generation and bioenergetic profiles of cybrids with East Asian mtDNA haplogroups // Oxid Med Cell Longev. 2017. Vol. 2017. P. 1062314. doi: 10.1155/2017/1062314
  50. Bunn C.L., Wallace D.C., Eisenstadt J.M. Cytoplasmic inheritance of chloramphenicol resistance in mouse tissue culture cells // Proc Natl Acad Sci U S A. 1974. Vol. 71, N 5. P. 1681–1685. doi: 10.1073/pnas.71.5.1681
  51. Cruz-Bermúdez A., Vallejo C.G., Vicente-Blanco R.J., et al. Enhanced tumorigenicity by mitochondrial DNA mild mutations // Oncotarget. 2015. Vol. 6, N 15. P. 13628–13643. doi: 10.18632/oncotarget.3698
  52. Sazonova M.A., Sinyov V.V., Ryzhkova A.I., и др. Cybrid models of pathological cell processes in different diseases // Oxid Med Cell Longev. 2018. Vol. 2018. P. 4647214. doi: 10.1155/2018/4647214
  53. Kenney M.C., Chwa M., Atilano S.R., et al. Molecular and bioenergetic differences between cells with African versus European inherited mitochondrial DNA haplogroups: implications for population susceptibility to diseases // Biochim Biophys Acta. 2014. Vol. 1842, N 2. P. 208–219. doi: 10.1016/j.bbadis.2013.10.016
  54. Kazuno A.A., Munakata K., Nagai T., et al. Identification of mitochondrial DNA polymorphisms that alter mitochondrial matrix pH and intracellular calcium dynamics // PLoS Genet. 2006. Vol. 2, N 8. P. e128. doi: 10.1371/journal.pgen.0020128
  55. Gómez-Durán A., Pacheu-Grau D., López-Gallardo E., et al. Unmasking the causes of multifactorial disorders: OXPHOS differences between mitochondrial haplogroups // Hum Mol Genet. 2010. Vol. 19, N 17. P. 3343–3353. doi: 10.1093/hmg/ddq246
  56. Suissa S., Wang Z., Poole J., et al. Ancient mtDNA genetic variants modulate mtDNA transcription and replication // PLoS Genet. 2009. Vol. 5, N 5. P. e1000474. doi: 10.1371/journal.pgen.1000474
  57. Mueller E.E., Brunner S.M., Mayr J.A., et al. Functional differences between mitochondrial haplogroup T and haplogroup H in HEK293 cybrid cells // PLoS One. 2012. Vol. 7, N 12. P. e52367. doi: 10.1371/journal.pone.0052367
  58. Pérez-Amado C.J., Tovar H., Gómez-Romero L., et al. Mitochondrial DNA mutation analysis in breast cancer: shifting from germline heteroplasmy toward homoplasmy in tumors // Front Oncol. 2020. Vol. 10. P. 572954. doi: 10.3389/fonc.2020.572954
  59. Ju Y.S., Alexandrov L.B., Gerstung M., et al. Origins and functional consequences of somatic mitochondrial DNA mutations in human cancer // Elife. 2014. Vol. 3. P. e02935. doi: 10.7554/eLife.02935
  60. Nie H., Chen G., He J., et al. Mitochondrial common deletion is elevated in blood of breast cancer patients mediated by oxidative stress // Mitochondrion. 2016. Vol. 26. P. 104–112. doi: 10.1016/j.mito.2015.12.001
  61. Grasso D., Zampieri L.X., Capelôa T., et al. Mitochondria in cancer // Cell Stress. 2020. Vol. 4, N 6. P. 114–146. doi: 10.15698/cst2020.06.221
  62. Rong Z., Tu P., Xu P., et al. The mitochondrial response to DNA Damage // Front cell Dev Biol. 2021. Vol. 9. P. 669379. doi: 10.3389/fcell.2021.669379
  63. Lopez J., Tait S.W.G. Mitochondrial apoptosis: killing cancer using the enemy within // Br J Cancer. 2015. Vol. 112, N 6. P. 957–962. doi: 10.1038/bjc.2015.85

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Цепь переноса электронов внутренней мембраны митохондрий (адаптировано по [3]). СI–CV — комплексы I–V; H+ — ионизированный водород; NADH — восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида; NAD+ — окисленная форма никотинамидадениндинуклеотида; Cyto C — цитохром С; H2O — вода; ADP — аденозиндифосфат; Pi — неорганический фосфор; ATP — аденозинтрифосфат; –ΔΨm — редокс-потенциал.

Скачать (329KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Карта митохондриального генома человека [по 5–7]. HSP — heavy strand promoter (промотор тяжелой цепи); LSP — light strand promoter (промотор лёгкой цепи); D-Loop — Д-петля); control region — контрольная область, контролирующая синтез РНК и ДНК (локализация между 16024 и 576 bp); CSB1, CSB2, CSB3 — консервативные блоки 1, 2 и 3; 7S DNA — короткая третья цепь мтДНК в области D-петли; OH — начало репликации тяжёлой цепи мтДНК; OL — начало репликации лёгкой цепи мтДНК; TAS — termination associated sequence (последовательность, связанная с терминацией); H, L — тяжёлая и лёгкая цепи мтДНК; T, P, E, L2, S2, H, R, G, K, D, S1, A, N, C, Y, W, M, Q, I, L1, V, F — гены tRNA; CYB — ген цитохрома В; ND6, ND5, ND4, ND3, ND2, ND1 — гены субъединиц NADH-дегидрогеназы; СО3, СО2, СО1 — гены субъединиц цитохромоксидазы; RNR2 и RNR1 — гены митохондриальных 16S и 12S рибосомных РНК.

Скачать (202KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика изменений в митохондрии при развитии рака молочной железы. Красный фон и красная линия — возрастание роли активного гликолиза в производстве энергии клеток; зелёный фон и зелёная линия — снижение роли окислительного фосфорилирования в производстве энергии клеток; красные кружки — мтДНК с мутацией; зелёные кружки — зародышевые линии мтДНК.

Скачать (227KB)
Метаданные

© Тихонов Д.Г., Винокуров М.М., Киприянова Н.С., Голубенко М.В., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».