БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 10, с. 1452–1463

УДК 577.12

Деградация Mcl-1 в условиях недостатка питательных веществ происходит независимо от аутофагии

© 2020 Н.В. Первушин 1, В.В. Сеничкин 1, А.А. Капуста 1, А.С. Горбунова 1, В.О. Каминский 2, Б. Животовский 1,2, Г.С. Копеина 1*

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет фундаментальной медицины, 119991 Москва, Россия; электронная почта: lirroster@gmail.com

Институт медицины окружающей среды, Каролинский институт, 17177 Стокгольм, Швеция

Поступила в редакцию 10.07.2020
После доработки 07.08.2020
Принята к публикации 26.08.2020

DOI: 10.31857/S0320972520100115

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: апоптоз, аутофагия, Mcl-1, недостаток питательных веществ, аденокарцинома.

Аннотация

В условиях недостатка питательных веществ в опухолевых клетках наблюдается деградация антиапоптотического белка Mcl-1, являющегося мишенью таргетной терапии онкологических заболеваний. При этом происходит усиление чувствительности злокачественных клеток к химиотерапевтическим препаратам. Показано, что ограничение питательных веществ (ОПВ) ведет к блокированию синтеза белка Mcl-1, однако механизмы деградации Mcl-1 в таких условиях остаются невыясненными. В данной работе исследовали вклад аутофагии и протеасомной деградации в регуляцию уровня Mcl-1 при недостатке питательных веществ. Установлено, что снижение уровня белка Mcl-1 в опухолевых клетках в указанных условиях не зависит от процесса макроаутофагии и происходит в результате его протеасомной деградации.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 19-15-00125). Работа в лабораториях авторов также поддержана РФФИ (гранты 18-29-09005, 20-015-00500), Шведским (190345) и Стокгольмским (181301) онкологическими фондами.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

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

Дополнительные материалы

Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) (http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya/) и на сайте издательства Springer (https://link.springer.com/journal/10541), том 85, вып. 10, 2020.

Список литературы

1. Jin, Z., and El-Deiry, W. S. (2005) Overview of cell death signaling pathways, Cancer Biol. Ther., 4, 139-163, doi: 10.4161/cbt.4.2.1508.

2. Hanahan, D., and Weinberg, R. A. (2011) Hallmarks of cancer: the next generation, Cell, 144, 646-674, doi: 10.1016/j.cell.2011.02.013.

3. Rogers, S., Wells, R., and Rechsteiner, M. (1986) Amino acid sequences common to rapidly degraded proteins: the PEST hypothesis, Science, 234, 364-368, doi: 10.1126/science.2876518.

4. Kale, J., Osterlund, E. J., and Andrews, D. W. (2018) BCL-2 family proteins: changing partners in the dance towards death, Cell Death Differ., 25, 65-80, doi: 10.1038/cdd.2017.186.

5. Senichkin, V. V., Streletskaia, A. Y., Zhivotovsky, B., and Kopeina, G. S. (2019) Molecular comprehension of Mcl-1: from gene structure to cancer therapy, Trends Cell Biol., 29, 549-562, doi: 10.1016/j.tcb.2019.03.004.

6. Senichkin, V. V., Streletskaia, A. Y., Gorbunova, A. S., Zhivotovsky, B., and Kopeina, G. S. (2020) Saga of Mcl-1: regulation from transcription to degradation, Cell Death Differ., 27, 405-419, doi: 10.1038/s41418-019-0486-3.

7. Pervushin, N. V., Senichkin, V. V., Zhivotovsky, B., and Kopeina, G. S. (2020) Mcl-1 as a “barrier” in cancer treatment: can we target it now? Int. Rev. Cell Mol. Biol., 351, 23-55, doi: 10.1016/bs.ircmb.2020.01.002.

8. Senichkin, V. V., Kopeina, G. S., Prokhorova, E. A., Zamaraev, A. V., Lavrik, I. N., and Zhivotovsky, B. (2018) Modulation of Mcl-1 transcription by serum deprivation sensitizes cancer cells to cisplatin, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj., 1862, 557-566, doi: 10.1016/j.bbagen.2017.11.021.

9. Meynet, O., Zunino, B., Happo, L., Pradelli, L. A., Chiche, J., et al. (2013) Caloric restriction modulates Mcl-1 expression and sensitizes lymphomas to BH3 mimetic in mice, Blood, 122, 2402-2411, doi: 10.1182/blood-2013-01-478651.

10. Bhat, M., Yanagiya, A., Graber, T., Razumilava, N., Bronk, S., et al. (2017) Metformin requires 4E-BPs to induce apoptosis and repress translation of Mcl-1 in hepatocellular carcinoma cells, Oncotarget, 8, 50542-50556, doi: 10.18632/oncotarget.10671.

11. Mizushima, N. (2007) Autophagy: process and function, Genes Dev., 21, 2861-2873, doi: 10.1101/gad.1599207.

12. Mijaljica, D., Prescott, M., and Devenish, R. J. (2011) Microautophagy in mammalian cells: revisiting a 40-year-old conundrum, Autophagy, 7, 673-682, doi: 10.4161/auto.7.7.14733.

13. Klionsky, D. J., Baehrecke, E. H., Brumell, J. H., Chu, C. T., Codogno, P., et al. (2011) A comprehensive glossary of autophagy-related molecules and processes (2nd Edn.), Autophagy, 7, 1273-1294, doi: 10.4161/auto.7.11.17661.

14. Cuervo, A. M., and Wong, E. (2014) Chaperone-mediated autophagy: roles in disease and aging, Cell Res., 24, 92-104, doi: 10.1038/cr.2013.153.

15. Levin, V. A., Panchabhai, S. C., Shen, L., Kornblau, S. M., Qiu, Y., and Baggerly, K. A. (2010) Different changes in protein and phosphoprotein levels result from serum starvation of high-grade glioma and adenocarcinoma cell lines, J. Proteome Res., 9, 179-191, doi: 10.1021/pr900392b.

16. Pirkmajer, S., and Chibalin, A. V. (2011) Serum starvation: caveat emptor, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 301, 272-279, doi: 10.1152/ajpcell.00091.2011.

17. Green, D. R., Galluzzi, L., and Kroemer, G. (2014) Cell biology. Metabolic control of cell death, Science, 345, 1250256, doi: 10.1126/science.1250256.

18. Mejlvang, J., Olsvik, H., Svenning, S., Bruun, J. A., Abudu, Y. P., et al. (2018) Starvation induces rapid degradation of selective autophagy receptors by endosomal microautophagy, J. Cell Biol., 217, 3640-3655, doi: 10.1083/jcb.201711002.

19. Maiuri, M. C., Le Toumelin, G., Criollo, A., Rain, J. C., Gautier, F., et al. (2007) Functional and physical interaction between Bcl-XL and a BH3-like domain in Beclin-1, EMBO J., 26, 2527-2539, doi: 10.1038/sj.emboj.7601689.

20. Elgendy, M., Ciro, M., Abdel-Aziz, A. K., Belmonte, G., Zuffo, R. D., Mercurio, C., Miracco, C., Lanfrancone, L., Foiani, M., and Minucci, S. (2014) Beclin-1 restrains tumorigenesis through Mcl-1 destabilization in an autophagy-independent reciprocal manner, Nat. Commun., 5, 5637, doi: 10.1038/ncomms6637.

21. Maiuri, M. C., Criollo, A., Tasdemir, E., Vicencio, J. M., Tajeddine, N., Hickman, J. A., Geneste, O., and Kroemer, G. (2007) BH3-only proteins and BH3 mimetics induce autophagy by competitively disrupting the interaction between Beclin 1 and Bcl-2/Bcl-X(L), Autophagy, 3, 374-376, doi: 10.4161/auto.4237.

22. Zhao, Y., Yang, J., Liao, W., Liu, X., Zhang, H., Wang, S., Wang, D., Feng, J., Yu, L., and Zhu, W. G. (2010) Cytosolic FoxO1 is essential for the induction of autophagy and tumour suppressor activity, Nat. Cell Biol., 12, 665-675, doi: 10.1038/ncb2069.

23. Steiger-Barraissoul, S., and Rami, A. (2009) Serum deprivation induced autophagy and predominantly an AIF-dependent apoptosis in hippocampal HT22 neurons, Apoptosis, 14, 1274-1288, doi: 10.1007/s10495-009-0396-9.

24. Mizushima, N., and Yoshimori, T. (2007) How to interpret LC3 immunoblotting, Autophagy, 3, 542-545, doi: 10.4161/auto.4600.

25. 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.

26. Kaminskyy, V. O., Piskunova, T., Zborovskaya, I. B., Tchevkina, E. M., and Zhivotovsky, B. (2012) Suppression of basal autophagy reduces lung cancer cell proliferation and enhances caspase-dependent and -independent apoptosis by stimulating ROS formation, Autophagy, 8, 1032-1044, doi: 10.4161/auto.20123.

27. Lazebnik, Y. A., Kaufmann, S. H., Desnoyers, S., Poirier, G. G., and Earnshaw, W. C. (1994) Cleavage of poly(ADP-ribose) polymerase by a proteinase with properties like ICE, Nature, 371, 346-347, doi: 10.1038/371346a0.

28. Sui, X., Chen, R., Wang, Z., Huang, Z., Kong, N., Zhang, M., Han, W., Lou, F., Yang, J., Zhang, Q., Wang, X., He, C., and Pan, H. (2013) Autophagy and chemotherapy resistance: A promising therapeutic target for cancer treatment, Cell Death Dis., 4, e838, doi: 10.1038/cddis.2013.350.

29. Mercer, C. A., Kaliappan, A., and Dennis, P. B. (2009) A novel, human Atg13 binding protein, Atg101, interacts with ULK1 and is essential for macroautophagy, Autophagy, 5, 649-662, doi: 10.4161/auto.5.5.8249.

30. Kaminskyy, V., Abdi, A., and Zhivotovsky, B. (2011) A quantitative assay for the monitoring of autophagosome accumulation in different phases of the cell cycle, Autophagy, 7, 83-90, doi: 10.4161/auto.7.1.13893.

31. Allavena, G., Cuomo, F., Baumgartner, G., Bele, T., Sellgren, A., et al. (2018) Suppressed translation as a mechanism of initiation of CASP8 (caspase 8)-dependent apoptosis in autophagy-deficient NSCLC cells under nutrient limitation, Autophagy, 14, 252-268, doi: 10.1080/15548627.2017.1405192.

32. Hoeller, D., and Dikic, I. (2016) How the proteasome is degraded, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 113, 13266-13268, doi: 10.1073/pnas.1616535113.

33. Pal, D., and Basu, A. (2017) Protein kinase C-eta regulates Mcl-1 level via ERK1, Cell. Signal., 40, 166-171, doi: 10.1016/j.cellsig.2017.09.012.

34. Marshall, R. S., and Vierstra, R. D. (2018) To save or degrade: balancing proteasome homeostasis to maximize cell survival, Autophagy, 14, 2029-2031, doi: 10.1080/15548627.2018.1515531.

35. Ryu, Y. K., Hall, C. P., Patrick Reynolds, C., and Kang, M. H. (2014) Caspase-dependent Mcl-1 cleavage and effect of Mcl-1 phosphorylation in ABT-737-induced apoptosis in human acute lymphoblastic leukemia cell lines, Exp. Biol. Med., 239, 1390-1402, doi: 10.1177/1535370214538745.

36. Herrant, M., Jacquel, A., Marchetti, S., Belhacene, N., Colosetti, P., Luciano, F., and Auberger, P. (2004) Cleavage of Mcl-1 by caspases impaired its ability to counteract Bim-induced apoptosis, Oncogene, 23, 7863-7873, doi: 10.1038/sj.onc.1208069.

37. Kopeina, G. S., Senichkin, V. V., and Zhivotovsky, B. (2017) Caloric restriction – a promising anti-cancer approach: from molecular mechanisms to clinical trials, Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer, 1867, 29-41, doi: 10.1016/j.bbcan.2016.11.002.