БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 10, с. 1442–1451

УДК 577.24

Нарушение координированной регуляции экспрессии BIF-1, BAX и Beclin-1 при первичной и метастатической меланоме

© 2020 Ж. Франгеж 1, С.М.С. Джафари 2, Р.Е. Хангер 2, Г.-У. Симон 1,3,*

Institute of Pharmacology, University of Bern, Bern, Switzerland; E-mail: hus@pki.unibe.ch

Department of Dermatology, Inselspital, Bern University Hospital, University of Bern, Bern, Switzerland

Department of Clinical Immunology and Allergology, Sechenov University, 119991 Moscow, Russia

Поступила в редакцию 08.07.2020
После доработки 08.07.2020
Принята к публикации 12.07.2020

DOI: 10.31857/S0320972520100103

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: апоптоз, аутофагия, BAX, Beclin-1, BIF-1, меланома.

Аннотация

Меланома является одной из наиболее агрессивных и устойчивых к действию лекарств форм рака. Несмотря на появление новых многообещающих стратегий для её лечения, прогноз у больных с метастатической меланомой остается плохим. Он часто ассоциируется с большой вероятностью рецидива болезни. Эндофилин B1, также известный как BIF-1, является многофункциональным белком, который вовлечен в различные биологические процессы, включая аутофагию и апоптоз. BIF-1 участвует в развитии апоптоза, связываясь с BAX и способствуя его транслокации на внешнюю мембрану митохондрий. С другой стороны, показано, что BIF-1 может взаимодействовать с Beclin-1 через белок UVRAG и способствовать процессу аутофагии. В ряде работ была предположена значительная роль BIF-1 в развитии и прогрессировании рака. Например, было обнаружено, что экспрессия BIF-1 снижается как в случае первичной меланомы, так и при её метаста­тической форме, и снижение уровня экспрессии BIF-1 ассоциируется с общей выживаемостью больных с меланомой. В настоящей работе показано, что у больных с меланомой снижена экспрессия Beclin-1 и активной формы белка BAX. Однако при отчетливо выраженной положительной корреляции между экспрессией BIF-1 и Beclin-1, а также между белками BIF-1 и BAX доброкачественных невусов, эта корреляция утрачивалась в клетках первичной и метастатической меланомы. Эти данные свидетельствуют о том, что есть нарушение функционирования проксимальных молекулярных механизмов, регулирующих экспрессию BIF-1, Beclin-1 и BAX при первичной и метастатической меланоме.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Выполнение данной работы проходило при финансовой поддержке Швейцарского национального научного фонда (Swiss National Science Foundation, грант No. 310030_184816 был предоставлен H.U.S.) и Европейской программы науки и инноваций (European Union Horizon 2020 Research and Innovation Program; грант фонда Марии Склодовской No. 642295; MEL-PLEX). Изображения были получены на оборудовании, предоставленном Центром микроскопии университета г. Берн.

Вклад авторов

Ž.F. задумал, спланировал и осуществил работу, проанализировал и интерпретировал полученные результаты и написал текст статьи. S.M.S.J. провел эксперименты; R.E.H. осуществлял клинический уход за больными меланомой; H.U.S. осуществлял общее руководство работой, консультировал проведение экспериментов, обеспечил доступ к лабораторному оборудованию и редактировал статью; все авторы прочли и одобрили итоговый вариант статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все процедуры, выполненные в настоящем исследовании с участием людей, соответствовали этическим стандартам институционального и/или национального комитетов по этике и в соответствии с Хельсинкской декларацией от 1964 г. и её последующих изменений или со сравнимыми этическими стандартами. От каждого участника исследования было получено информированное добровольное согласие.

Список литературы

1. Kjaerulff, O., Brodin, L., and Jung, A. (2011) The structure and function of endophilin proteins, Cell Biochem. Biophys., 60, 137-154, doi: 10.1007/s12013-010-9137-5.

2. Frangez, Z., Fernandez-Marrero, Y., Stojkov, D., Seyed Jafari, S. M., Hunger, R. E., Djonov, V., Riether, C., and Simon, H. U. (2020) BIF-1 inhibits both mitochondrial and glycolytic ATP production: its downregulation promotes melanoma growth, Oncogene, doi: 10.1038/s41388-020-1339-8.

3. Cuddeback, S. M., Yamaguchi, H., Komatsu, K., Miyashita, T., Yamada, M., Wu, C., Singh, S., andWang, H. G. (2001) Molecular cloning and characterization of Bif-1. A novel Src homology 3 domain-containing protein that associates with Bax, J. Biol. Chem., 276, 20559-20565, doi: 10.1074/jbc.M101527200.

4. Karbowski, M., Jeong, S. Y., and Youle, R. J. (2004) Endophilin B1 is required for the maintenance of mitochondrial morphology, J. Cell Biol., 166, 1027-1039, doi: 10.1083/jcb.200407046.

5. Farsad, K., Ringstad, N., Takei, K., Floyd, S. R., Rose, K., and De Camilli, P. (2001) Generation of high curvature membranes mediated by direct endophilin bilayer interactions, J. Cell Biol., 155, 193-200, doi: 10.1083/jcb.200107075.

6. Takahashi, Y., Karbowski, M., Yamaguchi, H., Kazi, A., Wu, J., Sebti, S. M., Youle, R. J., and Wang, H. G. (2005) Loss of Bif-1 suppresses Bax/Bak conformational change and mitochondrial apoptosis, Mol. Cell. Biol., 25, 9369-9382, doi: 10.1128/MCB.25.21.9369-9382.2005.

7. Takahashi, Y., Coppola, D., Matsushita, N., Cualing, H. D., Sun, M., et al. (2007) Bif-1 interacts with Beclin 1 through UVRAG and regulates autophagy and tumorigenesis, Nat. Cell Biol., 9, 1142-1151, doi: 10.1038/ncb1634.

8. Kim, S. Y., Oh, Y. L., Kim, K. M., Jeong, E. G., Kim, M. S., Yoo, N. J., and Lee, S. H. (2008) Decreased expression of Bax-interacting factor-1 (Bif-1) in invasive urinary bladder and gallbladder cancers, Pathology, 40, 553-557, doi: 10.1080/00313020802320440.

9. Coppola, D., Khalil, F., Eschrich, S. A., Boulware, D., Yeatman, T., and Wang, H. G. (2008) Down-regulation of Bax-interacting factor-1 in colorectal adenocarcinoma, Cancer, 113, 2665-2670, doi: 10.1002/cncr.23892.

10. Fan, R., Miao, Y., Shan, X., Qian, H., Song, C., Wu, G., Chen, Y., and Zha, W. (2012) Bif-1 is overexpressed in hepatocellular carcinoma and correlates with shortened patient survival, Oncol. Lett., 3, 851-854, doi: 10.3892/ol.2012.562.

11. Liu, H., He, Z., Bode, P., Moch, H., and Simon, H. U. (2018) Downregulation of autophagy-related proteins 1, 5, and 16 in testicular germ cell tumors parallels lowered LC3B and elevated p62 levels, suggesting reduced basal autophagy, Front. Oncol., 8, 366, doi: 10.3389/fonc.2018.00366.

12. Liu, H., He, Z., von Rutte, T., Yousefi, S., Hunger, R. E., and Simon, H. U. (2013) Down-regulation of autophagy-related protein 5 (ATG5) contributes to the pathogenesis of early-stage cutaneous melanoma, Sci. Transl. Med., 5, 202ra123, doi: 10.1126/scitranslmed.3005864.

13. Bankhead, P., Loughrey, M. B., Fernandez, J. A., Dombrowski, Y., McArt, D. G., et al. (2017) QuPath: Open source software for digital pathology image analysis, Sci. Rep., 7, 16878, doi: 10.1038/s41598-017-17204-5.

14. Yu, L., Chen, Y., and Tooze, S. A. (2018) Autophagy pathway: Cellular and molecular mechanisms, Autophagy, 14, 207-215, doi: 10.1080/15548627.2017.1378838.

15. Tanida, I., Ueno, T., and Kominami, E. (2008) LC3 and Autophagy, Methods Mol. Biol., 445, 77-88, doi: 10.1007/978-1-59745-157-4_4.

16. Sprecher, E., Bergman, R., Meilick, A., Kerner, H., Manov, L., Reiter, I., Shafer, Y., Maor, G., and Friedman-Birnbaum, R. (1999) Apoptosis, Fas and Fas-ligand expression in melanocytic tumors, J. Cutan. Pathol., 26, 72-77, doi: 10.1111/j.1600-0560.1999.tb01805.x.

17. Mukhopadhyay, S., Panda, P. K., Sinha, N., Das, D. N., and Bhutia, S. K. (2014) Autophagy and apoptosis: where do they meet? Apoptosis, 19, 555-566, doi: 10.1007/s10495-014-0967-2.

18. Nagata, S., and Tanaka, M. (2017) Programmed cell death and the immune system, Nat. Rev. Immunol., 17, 333-340, doi: 10.1038/nri.2016.153.

19. Singh, R., Letai, A., and Sarosiek, K. (2019) Regulation of apoptosis in health and disease: the balancing act of BCL-2 family proteins, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 20, 175-193, doi: 10.1038/s41580-018-0089-8.

20. Todt, F., Cakir, Z., Reichenbach, F., Emschermann, F., Lauterwasser, J., et al. (2015) Differential retrotranslocation of mitochondrial Bax and Bak, EMBO J., 34, 67-80, doi: 10.15252/embj.201488806.

21. Tait, S. W., and Green, D. R. (2010) Mitochondria and cell death: outer membrane permeabilization and beyond, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 11, 621-632, doi: 10.1038/nrm2952.

22. Guner, D., Sturm, I., Hemmati, P., Hermann, S., Hauptmann, S., Wurm, R., Budach, V., Dorken, B., Lorenz, M., and Daniel, P. T. (2003) Multigene analysis of Rb pathway and apoptosis control in esophageal squamous cell carcinoma identifies patients with good prognosis, Int. J. Cancer, 103, 445-454, doi: 10.1002/ijc.10850.

23. Tai, Y. T., Lee, S., Niloff, E., Weisman, C., Strobel, T., and Cannistra, S. A. (1998) BAX protein expression and clinical outcome in epithelial ovarian cancer, J. Clin. Oncol., 16, 2583-2590, doi: 10.1200/JCO.1998.16.8.2583.

24. Friess, H., Lu, Z., Graber, H. U., Zimmermann, A., Adler, G., Korc, M., Schmid, R. M., and Buchler, M. W. (1998) bax, but not bcl-2, influences the prognosis of human pancreatic cancer, Gut, 43, 414-421, doi: 10.1136/gut.43.3.414.

25. Krajewski, S., Blomqvist, C., Franssila, K., Krajewska, M., Wasenius, V. M., Niskanen, E., Nordling, S., and Reed, J. C. (1995) Reduced expression of proapoptotic gene BAX is associated with poor response rates to combination chemotherapy and shorter survival in women with metastatic breast adenocarcinoma, Cancer Res., 55, 4471-4478.

26. Fecker, L. F., Geilen, C. C., Tchernev, G., Trefzer, U., Assaf, C., Kurbanov, B. M., Schwarz, C., Daniel, P. T., and Eberle, J. (2006) Loss of proapoptotic Bcl-2-related multidomain proteins in primary melanomas is associated with poor prognosis, J. Invest. Dermatol., 126, 1366-1371, doi: 10.1038/sj.jid.5700192.

27. Tchernev, G., and Orfanos, C. E. (2007) Downregulation of cell cycle modulators p21, p27, p53, Rb and proapoptotic Bcl-2-related proteins Bax and Bak in cutaneous melanoma is associated with worse patient prognosis: preliminary findings, J. Cutan. Pathol., 34, 247-256, doi: 10.1111/j.1600-0560.2006.00700.x.

28. Liang, X. H., Jackson, S., Seaman, M., Brown, K., Kempkes, B., Hibshoosh, H., and Levine, B. (1999) Induction of autophagy and inhibition of tumorigenesis by beclin 1, Nature, 402, 672-676, doi: 10.1038/45257.

29. Qu, X., Yu, J., Bhagat, G., Furuya, N., Hibshoosh, H., et al. (2003) Promotion of tumorigenesis by heterozygous disruption of the beclin 1 autophagy gene, J. Clin. Invest., 112, 1809-1820, doi: 10.1172/JCI20039.

30. Sivridis, E., Koukourakis, M. I., Mendrinos, S. E., Karpouzis, A., Fiska, A., Kouskoukis, C., and Giatromanolaki, A. (2011) Beclin-1 and LC3A expression in cutaneous malignant melanomas: a biphasic survival pattern for beclin-1, Melanoma Res., 21, 188-195, doi: 10.1097/CMR.0b013e328346612c.