Стресс эндоплазматического ретикулума, индуцированный жасмоновой кислотой, вызывает селективный ответ в культивируемых нормальных и опухолевых клетках эпидермального происхождения^*

1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва, Россия; электронная почта: vch41048@mail.ru

2 Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия

Поступила в редакцию 22.03.2019
После доработки 27.05.2019
Принята к публикации 27.05.2019

DOI: 10.1134/S0320972519090070

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: растительные гормоны, жасмоновая кислота, стресс ЭПР, дифференцировка.

Аннотация

Растительные гормоны могут оказывать цитотоксическое воздействие на клетки человека, а также вызывать эффекты, не связанные с гибелью, в частности, индуцировать стресс органелл секреторно-синтетической системы. Целью данной работы являлось исследование возможности активации стресса эндоплазматического ретикулума (ЭПР) жасмоновой кислотой (ЖК) и выявление отличий в реакции на действие ЖК культивируемых иммортализованных нетуморогенных клеток человека HaCaT и клеток эпидермоидной карциномы человека А431. Для исследования была использована концентрация ЖК 2 мМ, при которой наблюдалось подавление пролиферации в обеих клеточных линиях. Мы исследовали экспрессию генов, ассоциированных со стрессом ЭПР (GRP78, ATF4, CHOP), структурное состояние ЭПР и комплекса Гольджи, а также синтетические процессы в клетках HaCaT, А431 и показали, что в обеих клеточных линиях ЖК вызывала усиление экспрессии генов стресса ЭПР и гипертрофические изменения комплекса Гольджи. Однако паттерн активации генов, ассоциированных со стрессом ЭПР, в этих клеточных линиях различался, а повышение уровня синтеза инволюкрина наблюдалось только в клетках А431, что может свидетельствовать об активации дифференцировки в данном типе клеток. Следовательно, ЖК индуцирует стресс ЭПР в обеих клеточных линиях, но у иммортализованных нетуморогенных и опухолевых клеток эпидермального происхождения последствия стресса ЭПР носят селективный характер.

Текст статьи

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19-088, 05.08.2019.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

бота выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 19-015-00233) и Программы развития МГУ (комплекс FACSAria SORP).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей и использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Wasternack, C., and Hause, B. (2013) Jasmonates: biosynthesis, perception, signal transduction and action in plant stress response, growth and development. An update to the 2007 review in Annals of Botany, Ann. Bot., 111, 1021–1058, doi: 10.1093/aob/mct067.

2. Song, S., Qi, T., Wasternack, C., and Xie, D. (2014) Jasmonate signaling and crosstalk with gibberellin and ethylene, Curr. Opin. Plant Biol., 21, 112–119, doi: 10.1016/j.pbi.2014.07.005.

3. Fingrut, O., and Flescher, E. (2002) Plant stress hormones suppress the proliferation and induce apoptosis in human cancer cells, Leukemia, 16, 608–616, doi: 10.1038/sj.leu.2402419.

4. Rotem, R., Heyfets, A., Fingrut, O., Blickstein, D., Shaklai, M., and Flescher, E. (2005) Jasmonates: novel anticancer agents acting directly and selectively on human cancer cell mitochondria, Cancer Res., 65, 1984–1993, doi: 10.1158/0008-5472.CAN-04-3091.

5. Li, J., Chen, K., Wang, F., Dai, W., Li, S., Feng, J., Wu, L., Liu, T., Xu, S., Xia, Y., Lu, J., Zhou, Y., Xu, L., and Guo, C. (2017) Methyl jasmonate leads to necrosis and apoptosis in hepatocellular carcinoma cells via inhibition of glycolysis and represses tumor growth in mice, Oncotarget, 8, 45965–45980, doi: 10.18632/oncotarget.17469.

6. Henriet, E., Jager, S., Tran, C., Bastien, P., Michelet, J.F., Minondo, A.M., Formanek, F., Dalko-Csiba, M., Lortat-Jacob, H., Breton, L., and Vives, R.R. (2017) A jasmonic acid derivative improves skin healing and induces changes in proteoglycan expression and glycosaminoglycan structure, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj., 1861, 2250–2260, doi: 10.1016/j.bbagen.2017.06.006.

7. Tsumura, H., Akimoto, M., Kiyota, H., Ishii, Y., Ishikura, H., and Honma, Y. (2009) Gene expression profiles in differentiating leukemia cells induced by methyl jasmonate are similar to those of cytokinins and methyl jasmonate analogs induce the differentiation of human leukemia cells in primary culture, Leukemia, 23, 753–760, doi: 10.1038/leu.2008.347.

8. Вильданова М.С., Савицкая М.А., Онищенко Г.Е., Смирнова Е.А. (2014) Действие растительных гормонов на компоненты секреторного пути нормальных и опухолевых клеток человека, Цитология, 56, 516–525.

9. Fu, J., Zhao, L., Wang, L., and Zhu, X. (2015) Expression of markers of endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis in the placenta of women with early and late onset severe pre-eclampsia, Taiwan J. Obstet. Gynecol., 54, 19–23, doi: 10.1016/j.tjog.2014.11.002.

10. Murugan, D., Lau, Y.S., Lau, C.W., Mustafa, M.R., and Huang, Y. (2015) Angiotensin 1-7 protects against angiotensin II-induced endoplasmic reticulum stress and endothelial dysfunction via Mas receptor, PLoS One, 10, e0145413, doi: 10.1371/journal.pone.0145413.

11. Plaisance, V., Brajkovic, S., Tenenbaum, M., Favre, D., Ezanno, H., Bonnefond, A., Bonner, C., Gmyr, V., Kerr-Conte, J., Gauthier, B.R., Widmann, C., Waeber, G., Pattou, F., Froguel, P., and Abderrahmani, A. (2016) Endoplasmic reticulum stress links oxidative stress to impaired pancreatic β-cell function caused by human oxidized LDL, PLoS One, 11, e0163046, doi: 10.1371/journal.pone.0163046.

12. Vandesompele, J., De Preter, K., Pattyn, F., Poppe, B., Van Roy, N., De Paepe, A., and Speleman, F. (2002) Accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data by geometric averaging of multiple internal control genes, Genome Biol., 3, doi: 10.1186/gb-2002-3-7-research0034.

13. Potashnikova, D., Gladkikh, A., and Vorobjev, I.A. (2015) Selection of superior reference genes’ combination for quantitative real-time PCR in B-cell lymphomas, Ann. Clin. Lab. Sci., 45, 64–72.

14. Mishra, A.R., Zheng, J., Tang, X., and Goering, P.L. (2016) Silver nanoparticle-induced autophagic-lysosomal disruption and NLRP3-Inflammasome activation in HepG2 cells is size-dependent, Toxicol. Sci., 150, 473–487, doi: 10.1093/toxsci/kfw011.

15. Smith, M., and Wilkinson, S. (2017) ER homeostasis and autophagy, Essays Biochem., 61, 625–635, doi: 10.1042/EBC20170092.

16. Matsuzaki, S., Hiratsuka, T., Taniguchi, M., Shingaki, K., Kubo, T., Kiya, K., Fujiwara, T., Kanazawa, S., Kanematsu, R., Maeda, T., Takamura, H., Yamada, K., Miyoshi, K., Hosokawa, K., Tohyama, M., and Katayama, T. (2015) Physiological ER stress mediates the differentiation of fibroblasts, PLoS One, 10, e0123578, doi: 10.1371/journal.pone.0123578.

17. Sugiura, K. (2013) Unfolded protein response in keratinocytes: impact on normal and abnormal keratinization, J. Dermatol. Sci., 69, 181–186, doi: 10.1016/j.jdermsci.2012.12.002.

18. Chakrabarti, A., Chen, A.W., and Varner, J.D. (2011) A review of the mammalian unfolded protein response, Biotechnol. Bioeng., 108, 2777–2793, doi: 10.1002/bit.23282.

19. Rozpedek, W., Pytel, D., Mucha, B., Leszczynska, H., Diehl, J.A., and Majsterek, I. (2016) The role of the PERK/eIF2α/ATF4/CHOP signaling pathway in tumor progression during endoplasmic reticulum stress, Curr. Mol. Med., 16, 533–544.

20. Celli, A., Mackenzie, D.S., Crumrine, D.S., Tu, C.L., Hupe, M., Bikle, D.D., Elias, P.M., and Mauro, T.M. (2011) Endoplasmic reticulum Ca2+ depletion activates XBP1 and controls terminal differentiation in keratinocytes and epidermis, Br. J. Dermatol., 164, 16–25, doi: 10.1111/j.1365-2133.2010.10046.x.

21. Eckhart, L., Lippens, S., Tschachler, E., and Declercq, W. (2013) Cell death by cornification, Biochim. Biophys. Acta, 1833, 3471–3480, doi: 10.1016/j.bbamcr.2013.06.010.

22. Rosdy, M., Bernard, B.A, Schmidt, R., and Darmon, M. (1986) Incomplete epidermal differentiation of A431 epidermoid carcinoma cells, In Vitro Cell Dev. Biol., 22, 295–300.

23. Yamazaki, T., Nakano, H., Hayakari, M., Tanaka, M., Mayama, J., and Tsuchida, S. (2004) Differentiation induction of human keratinocytes by phosphatidylethanolamine-binding protein, J. Biol. Chem., 279, 32191–32195, doi: 10.1074/jbc.M404029200.

24. Huang, C.-S., Ho, W.-L., Lee, W.-S., Sheu, M.-T., Wang, Y.-J., Tu, S.-H., Chen, R.-J., Chu, J.-S., Chen, L.-C., Lee, C.-H., Tseng, H., Ho, Y.-S., and Wu, C.-H. (2008) SP1-regulated p27/Kip1 gene expression is involved in terbinafine-induced human A431 cancer cell differentiation: an in vitro and in vivo study, Biochem. Pharmacol., 75, 1783–1796, doi: 10.1016/j.bcp.2008.02.005.

25. Eckert, R.L., Crish, J.F., Efimova, T., and Balasubramanian S. (2004) Antioxidants regulate normal human keratinocyte differentiation, Biochem. Pharmacol., 68, 1125–1131, doi: 10.1016/j.bcp.2004.04.029.

26. Cohen, S., and Flescher, E. (2009) Methyl jasmonate: a plant stress hormone as an anti-cancer drug, Phytochemistry, 70, 1600–1609, doi: 10.1016/j.phytochem.2009.06.007.

27. Rotem, R., Fingrut, O., Moskovitz, J., and Flescher, E. (2003) The anti-cancer plant stress-protein methyl jasmonate induces activation of stress-regulated c-Jun N-terminal kinase and p38 protein kinase in human lymphoid cells, Leukemia, 17, 2230–2234, doi: 10.1038/sj.leu.2403107.

28. Xiang, X.Y., Yang, X.C., Su, J., Kang, J.S., Wu, Y., Xue, Y.N., Dong, Y.T., and Sun, L.K. (2016) Inhibition of autophagic flux by ROS promotes apoptosis during DTT-induced ER/oxidative stress in HeLa cells, Oncol Rep., 35, 3471–3479, doi: 10.3892/or.2016.4725.

29. Liang, S.H., Zhang, W., McGrath, B.C., Zhang, P., and Cavener, D.R. (2006) PERK (eIF2α kinase) is required to activate the stress-activated MAPKs and induce the expression of immediate-early genes upon disruption of ER calcium homoeostasis, Biochem. J., 393, 201–209, doi: 10.1042/BJ20050374.