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.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах