Preview

Исследования и практика в медицине

Расширенный поиск

Митохондрии трансформированной клетки как мишень противоопухолевого воздействия

https://doi.org/10.17709/2409-2231-2020-7-2-9

Полный текст:

Аннотация

Митохондрии представляют собой внутриклеточные органеллы в эукариотических клетках, которые участвуют в биоэнергетическом метаболизме и клеточном гомеостазе, включая генерацию аденозинтрифосфата (АТФ) посредством транспорта электронов и окислительного фосфорилирования в сочетании с окислением метаболитов циклом трикарбоновых кислот и катаболизмом жирных кислот с помощью β-окисления. Митохондрии производят активные формы кислорода (АФК), инициируют и реализуют апоптоз, активируют многочисленные пути передачи сигналов, связанные со смертью клеток, регулируя транслокацию проапоптотических белков из промежуточного пространства митохондрий в цитозоль. Этим обусловлено появление новой дисциплины — медицины митохондрий. В обзоре рассмотрены и проанализированы научные публикации, посвященные роли митохондрий в жизнеобеспечении трансформированных клеток, изучению их особенностей структурно функциональных дисфункций в рамках митохондриальной медицины. Митохондриальная медицина является развивающейся дисциплиной, значение которой вытекает из центральной функции митохондрий в производстве АТФ, генерации АФК и гибели клеток в результате некроза или апоптоза. Следовательно, осмысление роли митохондриальной дисфункции в изучении патофизиологии рака, многих других распространенных заболеваний весьма важно. Это дает импульс развитию митохондриальной фармакологии с использованием митохондрий как мишеней для различного рода воздействий, что может служить биохимической основой при разработке новых противоопухолевых средств. Возможно, комбинированное использование модуляторов метаболизма митохондрий и средств противоопухолевой терапии будет способствовать появлению нового направления в противоопухолевом лечении, которое послужит существенному повышению эффективности лечения онкобольного.

Об авторах

Е. М. Франциянц
ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России
Россия

Франциянц Елена Михайловна – доктор биологических наук, профессор, заместитель генерального директора по научной работе, руководитель лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

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

SPIN: 9427-9928

AuthorID: 462868




И. В. Нескубина
ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России
Россия

Нескубина Ирина Валерьевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей

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

SPIN: 5047-1541

AuthorID: 734116




Е. А. Шейко
ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России
Россия

Шейко Елена Александровна – кандидат биологических наук, профессор РАЕ, научный сотрудник лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России

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

SPIN: 7293-3480

AuthorID: 479978



Список литературы

1. Цареградов А.Д., Сухоруков В.С. Митохондриальная медицина — проблемы и задачи. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2012; 4(2): 4–13.

2. Gasparre G, Rossignol R, Sonveaux P. Mitochondria in Cancer. Biochim Biophys Acta Bioenerg. 2017; 1858(8): 553–732. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2017.05.004

3. Picard M, Wallace DC, Burelle Y. The rise of mitochondria in medicine. Mitochondrion. 2016; 30: 105–116. https://doi.org/10.1016/j.mito.2016.07.003

4. Heekimi S, Wang Y, Noe A. Mitochondrial ROS and the effectors of the intrinsic apoptotic pathway in aging cells: the discerning killers! Front. Genet. 2016; 7: 161. https://doi.org/10.3389/fgene.2016.00161

5. Redza-Dutordoir M, Averill-Bates DA. Activation of apoptosis signalling pathways by reactive oxygen species. Biochim. Biophys. Acta. 2016; 1863(12): 2977–2992. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2016.09.012

6. Капля А.А., Сорокина Л.В., Хижняк С.В. Перепрограммирование энергетического метаболизма митохондрий в злокачественных новообразованиях. Ukr. Biochem.J. 2015; 87(6): 19–35. https://doi.org/10.15407/ubj87.06.019

7. Zong WX, Rabinowitz JD, White E. Mitochondria and Cancer. Mol Cell. 2016 Mar 3; 61(5): 667–676. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2016.02.011

8. Badrinath N, Yoo SY. Mitochondria in cancer: in the aspects of tumorigenesis and targeted therapy. Carcinogenesis. 2018 Dec 31; 39(12): 1419–1430. https://doi.org/10.1093/carcin/bgy148

9. Куликов В.А., Беляева Л. Е. О биоэнергетике опухолевой клетки. Вестник ВГМУ. 2015; 14(6): 5–14.

10. Srinivasan S, Guha M, Kashina A, Avadhani NG. Mitochondrial dysfunction and mitochondrial dynamics-The cancer connection Biochim. Biophys. 2017; 1858(8): 602–614. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2017.01.004

11. Brandon M, Baldi P, Wallance DC. Mitochondrial mutations in cancer. Oncogene. 2006; 25(34): 4647–4662. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1209607

12. Wallace DC. The mitochondrial genome in human adaptive radiation and disease: on the road to therapeutics and performance enhancement. Gene. 2005 Jul 18; 354: 169–80. https://doi.org/10.1016/j.gene.2005.05.001

13. Wallace DC. Mitochondrial DNA mutations in disease and aging. Environ Mol Mutagen. 2010 Jun; 51(5): 440–50. https://doi.org/10.1002/em.20586

14. Wallace DC. Mitochondria and cancer. Nat Rev Cancer. 2012 Oct; 12(10): 685–698. https://doi.org/10.1038/nrc3365

15. Wernick RI, Estes S, Howe DK, Denver DR. Paths of Heritable Mitochondrial DNA Mutation and Heteroplasmy in Reference and gas 1 Strains of Caenorhabditis elegans. Front Genet. 2016; 7: 51. https://doi.org/10.3389/fgene.2016.00051

16. Gustafsson CM, Falkenberg M, Larsson NG. Maintenance and Expression of Mammalian Mitochondrial DNA. Annu Rev Biochem. 2016 Jun 2; 85: 133–160. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060815–014402

17. Guerra F, Arbini AA, Moro L. Mitochondria and cancer chemoresistance. Biochim Biophys Acta Bioenerg. 2017; 1858(8): 686–699. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2017.01.012

18. Ostojić J, Panozzo C, Bourand-Plantefol A, Herbert CJ, Dujardin G, Bonnefoy N. Ribosome recycling defects modify the balance between the synthesis and assembly of specific subunits of the oxidative phosphorylation complexes in yeast mitochondria. Nucleic Acids Res. 2016; 44(12): 5785–5797. https://doi.org/10.1093/nar/gkw490

19. Srinivasan S, Guha M, Kashina A, Avadhani NG. Mitochondrial dysfunction and mitochondrial dynamics-The cancer connection Biochim. Biophys. 2017; 1858(8): 602–614. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2017.01.004

20. Guerra F, Guaragnella, N, Arbini AA, Bucci C, Giannattasiom S, Moro L. Mitochondrial Dysfunction: A Novel Potential Driver of Epithelial-to-Mesenchymal Transition in Cancer. Frontiers in oncology. 2017 Dec 1; 7: 295. https://doi.org/10.3389/fonc.2017.00295

21. Yeung KT, Yang J. Epithelial-mesenchymal transition in tumor metastasis. Mol Oncol. 2017; 11(1): 28–39. https://doi.org/10.1002/1878–0261.12017

22. Shibue T, Weinberg RA. EMT, CSCs, and drug resistance: the mechanistic link and clinical implications. Nat Rev Clin Oncol. 2017; 14(10): 611–629. https://doi.org/10.1038/nrclinonc.2

23. Payen VL, Porporato PE, Baselet B, Sonveaux P. Metabolic changes associated with tumor metastasis, part 1: tumor pH, glycolysis and the pentose phosphate pathway. Cell Mol Life Sci. 2016; 73(7): 1333–1348. https://doi.org/10.1007/s00018–015–2098–5

24. Porporato PE, Payen VL, Baselet B, Sonveaux P. Metabolic changes associated with tumor metastasis, part 2: mitochondria, lipid and amino acid metabolism. Cell Mol Life Sci. 2016; 73(7): 1349–1363. https://doi.org/10.1007/s00018–015–2100–2

25. Sciacovelli M, Goncalves E, Johnson TI, Zecchini VR, da Costa AS, Gaude E, et al. Fumarate is an epigenetic modifier that elicits epithelial-to-mesenchymal transition. Nature. 2016; 537(7621): 544–547. https://doi.org/10.1038/nature19353

26. Girolimetti G, Guerra F, Iommarini L, Kurelac I, Vergara D, Maffia M, et al. Platinum-induced mitochondrial DNA mutations confer lower sensitivity to paclitaxel by impairing tubulin cytoskeletal organization. Hum Mol Genet. 2017; 26(15): 2961–2974. https://doi.org/10.1093/hmg/ddx186

27. Schmidt LS, Linehan WM. Hereditary leiomyomatosis and renal cell carcinoma. Int J Nephrol Renovasc Dis. 2014; 7: 253–260. https://doi.org/10.2147/IJNRD.S42097

28. Sciacovelli M, Frezza C. Oncometabolites: unconventional triggers of oncogenic signalling cascades. Free Radic Biol Med. 2016; 100: 175–181. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.04.025

29. Cairns RA, Mak TW. Oncogenic isocitrate dehydrogenase mutations: mechanisms, models, and clinical opportunities. Cancer Discov. 2013; 3(7): 730–741. https://doi.org/10.1158/2159–8290.CD-13–0083

30. Colvin H, Nishida N, Konno M, Haraguchi N, Takahashi H, Nishimura J, et al. Oncometabolite D 2 hydroxyglurate directly induces epithelial-mesenchymal transition and is associated with distant metastasis in colorectal cancer. Sci Rep. 2016; 6: 36289. https://doi.org/10.1038/srep36289

31. Bardella C, Pollard PJ, Tomlinson I. SDH mutations in cancer. Biochim Biophys Acta. 2011; 1807(11): 1432–1443. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2011.07.003

32. Letouze E, Martinelli C, Loriot C, Burnichon N, Abermil N, Ottolenghi C, et al. SDH mutations establish a hypermethylator phenotype in paraganglioma. Cancer Cell. 2013;23(6):739–752. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2013.04.018

33. Loriot C, Domingues M, Berger A, Menara M, Ruel M, Morin A, et al. Deciphering the molecular basis of invasiveness in Sdhb-deficient cells. Oncotarget. 2015; 6(32): 32955–32965. https://doi.org/10.18632/oncotarget.5106

34. Aspuria PP, Lunt SY, Varemo L, Vergnes L, Gozo M, Beach JA, et al. Succinate dehydrogenase inhibition leads to epithelial-mesenchymal transition and reprogrammed carbon metabolism. Cancer Metab. 2014; 2: 21. https://doi.org/10.1186/2049–3002–2–21

35. Wang Z, Guo W, Kuang X, Hou S, Liu H. Nanopreparations for mitochondria targeting drug delivery system: current strategies and future prospective. Asian J Pharm Sci. 2017; 12: 498–508. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2017.05.006

36. Gaude E, Frezza C. Tissue-specific and convergent metabolic transformation of cancer correlates with metastatic potential and patient survival. Nat Commun. 2016; 7: 13041. https://doi.org/10.1038/ncomms130

37. Stein A, Sia EA. Mitochondrial DNA repair and damage tolerance. Front Biosci (Landmark Ed). 2017; 22: 920–943. https://doi.org/10.2741/4525

38. Vergara D, Stanca E, Guerra F, Priore P, Gaballo A, Franck J, et al. beta-Catenin knockdown affects mitochondrial biogenesis and lipid metabolism in breast cancer cells. Front Physiol. 2017; 8: 544. https://doi.org/10.3389/fphys.2017.00544

39. Weerts MJ, Sieuwerts AM, Smid M, Look MP, Foekens JA, Sleijfer S, et al. Mitochondrial DNA content in breast cancer: impact on in vitro and in vivo phenotype and patient prognosis. Oncotarget. 2016; 7(20): 29166–29176. https://doi.org/10.18632/oncotarget.8688

40. Eisenberg-Bord M, Schuldiner M. Mitochatting — if only we could be a fly on the cell wall. Biochim Biophys Acta. 2017; 1864(9): 1469–1480. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2017.04.012

41. Picard M, McManus MJ. Mitochondrial Signaling and Neurodegeneration. In: Reeve A, Simcox E, Duchen M, Turnbull D. (eds) Mitochondrial Dysfunction in Neurodegenerative Disorders. Springer, Cham. 2016; 107–137 p. https://doi.org/10.1007/978–3–319–28637–2_5

42. Quiros PM, Mottis A, Auwerx J. Mitonuclear communication in homeostasis and stress. Nat Rev Mol Cell Biol. 2016; 17(4): 213–226. https://doi.org/10.1038/nrm.2016.23

43. Bustos G, Cruz P, Lovy A, Cárdenas C. Endoplasmic Reticulum-Mitochondria Calcium Communication and the Regulation of Mitochondrial Metabolism in Cancer: A Novel Potential Target.Front Oncol. 2017; 7: 199. https://doi.org/10.3389/fonc.2017.0019

44. Naito A, Cook CC, Mizumachi T, Wang M, Xie CH, Evans TT, et al. Progressive tumor features accompany epithelial-mesenchymal transition induced in mitochondrial DNA-depleted cells. Cancer Sci. 2008; 99(8): 1584–1588. https://doi.org/10.1111/j.1349–7006.2008.00879.x

45. Yi EY, Park SY, Jung SY, Jang WJ, Kim YJ. Mitochondrial dysfunction induces EMT through the TGF-beta/Smad/Snail signaling pathway in Hep3B hepatocellular carcinoma cells. Int J Oncol. 2015; 47(5): 1845–1853. https://doi.org/10.3892/ijo.2015.3154

46. Jiang HL, Sun HF, Gao SP, Li LD, Huang S, Hu X, et al. SSBP1 suppresses TGFbeta-driven epithelial-to-mesenchymal transition and metastasis in triple-negative breast cancer by regulating mitochondrial retrograde signaling. Cancer Res. 2016; 76(4): 952–964. https://doi.org/10.1158/0008–5472.CAN-15–16.

47. Guaragnella N, Giannattasio S, Moro L. Mitochondrial dysfunction in cancer chemoresistance. Biochem Pharmacol. 2014; 92(1): 62–72. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2014.07.027

48. Momekova D, Ugrinova I, Slavkova M, Momekov G, Grancharov G, Gancheva V, et al. Superior proapoptotic activity of curcumin-loaded mixed block copolymer micelles with mitochondrial targeting properties. Biomaterials Science. 2018 Nov 20; 6(12): 3309–3317. https://doi.org/10.1039/C8BM00644J

49. Bi R, Logan I, Yao Y G. Leber Hereditary Optic Neuropathy: A Mitochondrial Disease Unique in Many Ways. Handb Exp Pharmacol. 2017; 240: 309–336. https://doi.org/10.1007/164_2016_1

50. Battogtokh G, Choi YS, Kang DS, Park SJ, Shim MS, Huh KM, et al. Mitochondria-targeting drug conjugates for cytotoxic, anti-oxidizing and sensing purposes: current strategies and future perspectives. Acta Pharm Sin B. 2018 Oct; 8(6): 862–880. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2018.05.006

51. D’Aquila P, Bellizzi D, Passarino G. Mitochondria in health, 1aging and diseases: the epigenetic perspective, Biogerontology. 2015; 16(5): 569–585. https://doi.org/10.1007/s10522–015–9562–3

52. Palmfeldt J, Bross P. Proteomics of human mitochondria, Mitochondrion. 2017; 33: 2–14. https://doi.org/10.1016/j.mito.2016.07.006

53. Tyanova S, Albrechtsen R, Kronqvist P, Cox J, Mann M, Geiger T. Proteomic maps of breast cancer subtypes. Nat Commun. 2016 Jan 4; 7: 10259. https://doi.org/10.1038/ncomms10259

54. Monteith GR, Prevarskaya N, Roberts-Thomson SJ. The calcium–cancer signallingnexus.Nat Rev Cancer. 2017; 17(6): 367–380. https://doi.org/10.1038/nrc.2017.18

55. Leanza L, Romio M, Becker KA, Azzolini M, Trentin L, Managò A, et al. Direct Pharmacological Targeting of a Mitochondrial Ion Channel Selectively Kills Tumor Cells In Vivo. Cancer Cell. 2017 10; 31(4): 516–531.e10. https://doi.org/10.1016/j.ccell.2017.03.003

56. Birsoy K, Wang T, Chen WW, Freinkman E, et al. An Essential Role of the Mitochondrial Electron Transport Chain in Cell Proliferation Is to Enable Aspartate Synthesis. Cell. 2015; 162(3): 540–551. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.016

57. Wang Z, Guo W, Kuang X, Hou S, Liu H. Nanopreparations for mitochondria targeting drug delivery system: current strategies and future prospective. Asian J Pharm Sci. 2017; 12: 498–508. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2017.05.006

58. Kim KY, Jin H, Park J, Jung SH, Lee JH, Park H, et al. Mitochondria-targeting self-assembled nanoparticles derived from triphenylphosphonium-conjugated cyanostilbene enable site-specific imaging and anticancer drug delivery. Nano Res. 2018 Feb 1; 11(2): 1082–1098. https://doi.org/10.1007/s12274–017–1728–7


Для цитирования:


Франциянц Е.М., Нескубина И.В., Шейко Е.А. Митохондрии трансформированной клетки как мишень противоопухолевого воздействия. Исследования и практика в медицине. 2020;7(2):92-108. https://doi.org/10.17709/2409-2231-2020-7-2-9

For citation:


Frantsiyants E.M., Neskubina I.V., Sheiko E.A. Mitochondria of transformed cell as a target of antitumor influence. Research and Practical Medicine Journal. 2020;7(2):92-108. (In Russ.) https://doi.org/10.17709/2409-2231-2020-7-2-9

Просмотров: 152


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2409-2231 (Print)
ISSN 2410-1893 (Online)