References

rpmj

Research'n Practical Medicine Journal

Research and Practical Medicine Journal

2410-1893

"QUASAR", LLC

10.17709/2409-2231-2021-8-1-1

rpmj-669

Research Article

Оригинальные статьи. Онкология, лучевая терапия

Original Articles. Оncology

Состояние системы факторов апоптоза в митохондриях клеток кожи и опухоли при стандартном и стимулированном росте меланомы В16/F10 у самок мышей С57ВL/6

The state of apoptosis factor system in mitochondria of skin and tumor cells in standard and stimulated growth of B16/F10 melanoma in female C57BL/6 mice

https://orcid.org/0000-0003-3618-6890

Франциянц

Е. М.

Frantsiyants

E. M.

Франциянц Елена Михайловна – д.б.н., профессор, заместитель генерального директора по науке, руководитель лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 9427-9928, AuthorID: 462868

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Elena M. Frantsiyants – Dr. Sci. (Biol.), professor, deputy director general for science, head of the laboratory for the study of the pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 9427-9928, AuthorID: 462868

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

https://orcid.org/0000-0002-7395-3086

Нескубина

И. В.

Neskubina

I. V.

Нескубина Ирина Валерьевна – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 3581-8531, AuthorID: 794688

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Irina V. Neskubina – Cand. Sci. (Biol.), senior researcher of the laboratory for the study of pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 3581-8531, AuthorID: 794688

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

https://orcid.org/0000-0002-4318-7587

Сурикова

Е. И.

Surikova

E. I.

Сурикова Екатерина Игоревна – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 2401-4115, AuthorID: 301537

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Ekaterina I. Surikova – Cand. Sci. (Biol.), senior researcher of the laboratory for the study of pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 2401-4115, AuthorID: 301537

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

sunsur2000@mail.ru

https://orcid.org/0000-0003-2943-7655

Шихлярова

А. И.

Shikhlyarova

A. I.

Шихлярова Алла Ивановна – д.б.н., профессор, старший научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 6271-0717, AuthorID: 482103

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Alla I. Shikhlyarova – Dr. Sci. (Biol.), senior researcher of the laboratory for the study of pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 6271-0717, AuthorID: 482103

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

https://orcid.org/0000-0002-3972-2452

Каплиева

И. В.

Kaplieva

I. V.

Каплиева Ирина Викторовна – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 5047-1541, AuthorID: 734116

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Irina V. Kaplieva – Cand. Sci. (Biol.), senior researcher of the laboratory for the study of pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 5047-1541, AuthorID: 734116

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

https://orcid.org/0000-0003-2713-8598

Немашкалова

Л. А.

Nemashkalova

L. A.

Немашкалова Людмила Анатольевна – научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 1355-8652, AuthorID: 734146

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Lyudmila A. Nemashkalova – researcher at the laboratory for the study of the pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 1355-8652, AuthorID: 734146

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

https://orcid.org/0000-0002-9749-2747

Трепитаки

Л. К.

Trepitaki

L. K.

Трепитаки Лидия Константиновна – научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

SPIN: 2052-1248, AuthorID: 734359

344037, г. Ростов-на-Дону, ул. 14-я линия, д. 63

Lidiya K. Trepitaki – assistant researcher of the laboratory for the study of pathogenesis of malignant tumors

SPIN: 2052-1248, AuthorID: 734359

63 14 line str., Rostov-on-Don 344037

ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава РоссииРоссияNational Medical Research Centre for Oncology of the Ministry of Health of RussiaRussian Federation

2021

10032021

81819

2021

Франциянц Е.М., Нескубина И.В., Сурикова Е.И., Шихлярова А.И., Каплиева И.В., Немашкалова Л.А., Трепитаки Л.К.

Frantsiyants E.M., Neskubina I.V., Surikova E.I., Shikhlyarova A.I., Kaplieva I.V., Nemashkalova L.A., Trepitaki L.K.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.rpmj.ru/rpmj/article/view/669

Цель исследования. Изучить динамику факторов апоптоза в митохондриях клеток кожи и опухоли самок мышей при стимуляции роста меланомы хронической нейрогенной болью (ХНБ). Материалы и методы. Работа выполнена на самках мышей С57ВL/6 (n=56), которым воспроизводили модель ХНБ двусторонним лигированием седалищных нервов и перевивали меланому В16/F10. Через 1–3 нед. Роста опухоли в митохондриях клеток опухоли и кожи, не затронутой опухолевым ростом, методом ИФА определяли концентрацию цитохрома С, каспазы‑9 (Bioscience, Austria), Bcl‑2 (Thermo Fisher Scientific, Austria), AIF (RayBiotech, USA); кальция (Са2+) – методом с арсеназо III (Абрис+, Россия). Результаты. В состоянии ХНБ в митохондриях клеток кожи значительно возрастало содержание Са2+ – в 96,7 раза, AIF – в 1,4 раза и Bcl‑2 – в 5,9 раза, а содержание каспазы‑9 снижалось в 2,6 раза по сравнению с уровнем у интактных мышей. При стимулированном болью росте меланомы в митохондриях клеток кожи, не затронутой опухолевым ростом, наблюдалось снижение уровня всех показателей, кроме каспазы‑9,– ее содержание возрастало в 4,6 раза через 3 нед. роста опухоли. В митохондриях клеток опухоли в течение 1–3 нед. наблюдения снижался уровень Са2+ соответственно в 37,2–96,1 раза, AIF – в 49,4–2,0 раза, Bcl‑2 – в 3,0–1,5 раза, цитохрома С – в 15,3–8,8 раза и увеличивался уровень каспазы‑9 в 1,7–4,4 раза по сравнению с уровнем у животных с болью. Заключение. В целом при росте меланомы, стимулированном хронической болью, в митохондриях клеток кожи и опухоли наблюдалась противоположная динамика уровня факторов апоптоза, чем при обычном росте меланомы, исключение – цитохром С. Митохондрии клеток меланомы и неизмененной кожи имеют схожую направленность изменения уровня факторов апоптоза, что, возможно, свидетельствует об их функционировании в условиях митохондриальной сети на уровне одного органа. При этом митохондрии клеток опухоли обеспечивают антиапоптотическое состояние самой опухоли и незатронутой злокачественным процессом кожи, вероятно, обусловленное стрессорным состоянием кожи.

Purpose of the study. Studying the dynamics of factors of apoptosis in mitochondria of skin and tumors cells in female mice with melanoma growth stimulated by chronic neurogenic pain. Material and methods. The study included female С57ВL/6 mice (n=56) with a model of chronic neurogenic pain (CNP) produced by the bilateral sciatic nerve ligation and with transplanted B16/F10 melanoma. After 1–3 weeks of the tumor growth, levels of cytochrome C, caspase‑9 (Bioscience, Austria), Bcl‑2 (Thermo Fisher Scientific, Austria), and AIF (RayBiotech, USA) were determined by ELISA, and levels of calcium (Са2+) were determined by the Arsenazo III method (Abris+, Russia) in mitochondria of tumors cells and skin not affected by the tumor growth. Results. In the CNP state, mitochondria of the skin cells showed a significant increase in Са2+ by 96.7 times, AIF by 1.4 times and Bcl‑2 by 5.9 times, while caspase‑9 decreased by 2.6 times, compared to the levels in intact mice. In the CNP‑stimulated melanoma growth, mitochondria of cells of the skin not affected by the tumor growth demonstrated a decrease in all studied indices, except caspase‑9 – its levels increased by 4.6 times after 3 weeks of the tumor growth. In mitochondria of the tumor cells within 1–3 weeks, levels of Са2+ decreased over time by 37.2–96.1 times, respectively, AIF by 49.4–2.0 times, Bcl‑2 by 3.0–1.5 times, cytochrome C by 15.3–8.8 times, and caspase‑9 increased by 1.7–4.4 times compared with the level in animals with pain. Conclusions. In general, the growth of melanoma stimulated by chronic pain and the standard melanoma growth were characterized by the opposite dynamics of levels of apoptosis factor both in mitochondria of skin cells and in mitochondria of tumor cells, with the exception of cytochrome C. Mitochondria of melanoma cells and of the unchanged skin have a similar tendency to change the levels of apoptosis factors, which may indicate their functioning in the conditions of the mitochondrial network at the level of one organ. Mitochondria of tumor cells provide the anti‑apoptotic state of the tumor itself and of the skin not affected by the malignant process, probably due to the stress state of the skin.

меланома B16/F10хроническая нейрогенная больмышимитохондриикожаопухольрегуляторы апоптозакальцийцитохром СAIFBcl-2каспаза 9

B16/F10 melanomachronic neurogenic painmicemitochondriaskintumorapoptosis regulatorscalciumcytochrome CAIFBcl-2caspase 9

References1

Austad SN. The Comparative Biology of Mitochondrial Function and the Rate of Aging. Integr. Comp. Biol. 2018;58(3):559–566. https://doi.org/10.1093/icb/icy068

Nguyen C, Pandey S. Exploiting Mitochondrial Vulnerabilities to Trigger Apoptosis Selectively in Cancer Cells. Cancers (Basel). 2019 Jun 29;11(7). https://doi.org/10.3390/cancers11070916

Vaughn AE, Deshmukh M. Glucose metabolism inhibits apoptosis in neurons and cancer cells by redox inactivation of cytochrome C. Nat. Cell Biol. 2008 Dec;10(12):1477–1483. https://doi.org/10.1038/ncb1807

Schindler A, Foley E. Hexokinase 1 blocks apoptotic signals at the mitochondria. Cell Signal. 2013 Dec;25(12):2685–2692. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2013.08.035

Деев Р.В., Билялов А.И., Жампеисов Т.М. Современные представления о клеточной гибели. Гены и клетки. 2018;1:6–19. https://doi.org/10.23868/201805001

Deev RV, Bilyalov AI, Zhampeisov TM. Modern ideas about cell death. Genes & Cells. 2018;1:6–19. (In Russian). https://doi.org/10.23868/201805001

Lim TKY, Rone MB, Lee S, Antel JP, Zhang J. Mitochondrial and bioenergetic dysfunction in trauma-induced painful peripheral neuropathy. Mol Pain. 2015 Sep 17;11:58. https://doi.org/10.1186/s12990-015-0057-7

Chiu HY, Tay EXY, Ong DST, Taneja R. Mitochondrial Dysfunction at the Center of Cancer Therapy. Antioxid Redox Signal. 2020 Feb 10;32(5):309–330. https://doi.org/10.1089/ars.2019.7898

Favero G, Bonomini F, Franco C, Rezzani R. Mitochondrial Dysfunction in Skeletal Muscle of a Fibromyalgia Model: The Potential Benefits of Melatonin. Int J Mol Sci. 2019 Feb 11;20(3):765. https://doi.org/10.3390/ijms20030765

Кит О.И., Франциянц Е.М., Котиева И.М., Каплиева И.В., Трепитаки Л.К., Бандовкина В.А. и др. Некоторые механизмы повышения злокачественности меланомы на фоне хронической боли у самок мышей. Российский журнал боли. 2017;2(53):14–20.

Kit OI, Frantsiyants EM, Kotieva IM, Kaplieva IV, Trepitaki LK, Bandovkina VA, et al. Some mechanisms of increasing malignancy of B16/F10 melanoma in female mice with chronic pain. Russian Journal of Pain. 2017;2(53):14–20. (In Russian).

Hou X-S, Wang H-S, Mugaka BP, Yang G-J, Ding Y. Mitochondria: promising organelle targets for cancer diagnosis and treatment. Biomater Sci. 2018 Nov 1;6(11):2786–2797. https://doi.org/10.1039/c8bm00673c

Егорова М.В., Афанасьев С.А. Выделение митохондрий из клеток и тканей животных и человека: Современные методические приемы. Сибирский медицинский журнал. 2011;26(1-1):22–28.

Egorova M.V., Afanasiev S.A. Isolation of mitochondria from cells and tissues of animals and human: Modern methodical approaches. Sibirian Medical Journal. 2011;26(1-1):22–28. (in Russian).

Bhosale G, Sharpe JA, Sundier SY, Duchen MR. Calcium signaling as a mediator of cell energy demand and a trigger to cell death. Ann N Y Acad Sci. 2015 Sep;1350:107–116. https://doi.org/10.1111/nyas.12885

Umemoto T, Hashimoto M, Matsumura T, Nakamura-Ishizu A, Suda T. Ca2+-mitochondria axis drives cell division in hematopoietic stem cells. J Exp Med. 2018 Aug 6;215(8):2097–2113. https://doi.org/10.1084/jem.20180421

Fedida-Metula S, Feldman B, Koshelev V, Levin-Gromiko U, Voronov E, Fishman D. Lipid rafts couple store-operated Ca2+ entry to constitutive activation of PKB/Akt in a Ca2+/calmodulin-, Src- and PP2A-mediated pathway and promote melanoma tumor growth. Carcinogenesis. 2012 Apr;33(4):740–750. https://doi.org/10.1093/carcin/bgs021

Eisner V, Picard M, Hajnóczky G. Mitochondrial dynamics in adaptive and maladaptive cellular stress responses. Nat Cell Biol. 2018 Jul;20(7):755–765. https://doi.org/10.1038/s41556-018-0133-0

Picard M, McEwen BS, Epel ES, Sandi C. An energetic view of stress: Focus on mitochondria. Front Neuroendocrinol. 2018 Apr;49:72–85. https://doi.org/10.1016/j.yfrne.2018.01.001

Dey S, Sayers CM, Verginadis II, Lehman SL, Cheng Y, Cerniglia GJ, et al. ATF4-dependent induction of heme oxygenase 1 prevents anoikis and promotes metastasis. J Clin Invest. 2015 Jul 1;125(7):2592–2608. https://doi.org/10.1172/JCI78031

Rogers C, Alnemri ES. Gasdermins in Apoptosis: New players in an Old Game. Yale J Biol Med. 2019 Dec;92(4):603–617.

Galluzzi L, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D, Agostinis P, et al. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018 Mar;25(3):486–541. https://doi.org/10.1038/s41418-017-0012-4

Aouacheria A, Baghdiguian S, Lamb HM, Huska JD, Pineda FJ, Hardwick JM. Connecting mitochondrial dynamics and life-or-death events via Bcl-2 family proteins. Neurochem Int. 2017 Oct;109:141–161. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2017.04.009

Aouacheria A, Baghdiguian S, Lamb HM, Huska JD, Pineda FJ, Hardwick JM. Connecting mitochondrial dynamics and life-or- death events via Bcl-2 family proteins. Neurochem Int. 2017 Oct;109:141–161. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2017.04.009

Gilmore A, King L. Emerging approaches to target mitochondrial apoptosis in cancer cells. F1000Res. 2019 Oct 24;8:F1000 Faculty Rev-1793. https://doi.org/10.12688/f1000research.18872.1

Bano D, Prehn JHM. Apoptosis-Inducing Factor (AIF) in Physiology and Disease: The Tale of a Repented Natural Born Killer. EBioMedicine. 2018 Apr;30:29–37. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2018.03.016

Vahsen N, Candé C, Brière J-J, Bénit P, Joza N, Larochette N, et al. AIF deficiency compromises oxidative phosphorylation. EMBO J. 2004 Nov 24;23(23):4679–4689. https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7600461

Seyfried TN. Cancer as a mitochondrial metabolic disease. Front Cell Dev Biol. 2015;3:43. https://doi.org/10.3389/fcell.2015.00043

Krasnik V, Furdova A, Svetlosakova Z, Kobzova D, Gergisakova H, Feketeova L, et al. Prognostic value of apoptosis inducing factor in uveal melanoma. Neoplasma. 2017;64(2):262–268. https://doi.org/10.4149/neo_2017_213

Pérez-Mejías G, Guerra-Castellano A, Díaz-Quintana A, De la Rosa MA, Díaz-Moreno I. Cytochrome C: Surfing Off of the Mitochondrial Membrane on the Tops of Complexes III and IV. Comput Struct Biotechnol J. 2019;17:654–660. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2019.05.002

Сидоренко Ю.С., Карташов С.З., Франциянц Е.М. Способ лечения рака легкого. Патент RU № 2123342 C1, опубл. 20.12.1998 г.. Доступно по: https://patents.s3.yandex.net/RU2123342C1_19981220.pdf

Sidorenko JuS, Kartashov SZ, Frantsijants EM. Method of treatment of patients with lung cancer Patent RF № 2123342 C1, published 20.12.1998. (In Russian). Available at: https://patents.s3.yandex.net/RU2123342C1_19981220.pdf

Кит О.И., Франциянц Е.М., Каплиева И.В., Трепитаки Л.К., Канаев П.А., Шенгер А.А. и др. Способ предотвращения развития злокачественного процесса в эксперименте. Патент RU № 2559086 C1, опубл. 10.08.2015. Доступно по: https://patents.s3.yandex.net/RU2559086C1_20150810.pdf

Kit OI, Frantsiyants EM, Kaplieva IV, Trepitaki LK, Kanaev PA, Shenger AA, et al. Method for preventing malignant process development experimentally. Patent RF № 2559086 C1, published 10.08.2015. (In Russian). Available at: https://patents.s3.yandex.net/RU2559086C1_20150810.pdf

Hüttemann M, Lee I, Grossman LI, Doan JW, Sanderson TH. Phosphorylation of mammalian cytochrome C and cytochrome C oxidase in the regulation of cell destiny: respiration, apoptosis, and human disease. Adv Exp Med Biol. 2012;748:237–264. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-3573-0_10

Pecina P, Borisenko GG, Belikova NA, Tyurina YY, Pecinova A, Lee I, et al. Phosphomimetic substitution of cytochrome C tyrosine 48 decreases respiration and binding to cardiolipin and abolishes ability to trigger downstream caspase activation. Biochemistry. 2010 Aug 10;49(31):6705–6714. https://doi.org/10.1021/bi100486s

The authors declare that there are no conflicts of interest present.