БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 10, с. 1464–1473

УДК 576.32/.36

BNIP3 как регулятор цисплатин-индуцированного апоптоза

© 2020 А.С. Горбунова 1, Т.В. Денисенко 1, М.А. Япрынцева 1, А.Д. Пивнюк 1, Т.А. Приказчикова 2, В.Г. Гогвадзе 1,3, Б. Животовский 1,3*

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет фундаментальной медицины, 119991 Москва, Россия

Сколковский институт науки и техники, Центр наук о жизни, 121205 Москва, Россия

Каролинский институт, Институт медицины окружающей среды, SE-17177 Стокгольм, Швеция; электронная почта: boris.zhivotovsky@ki.se

Поступила в редакцию 16.07.2020
После доработки 27.08.2020
Принята к публикации 28.08.2020

DOI: 10.31857/S0320972520100127

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: BNIP3, апоптоз, митофагия, аденокарцинома легкого, цисплатин.

Аннотация

BNIP3 – белок семейства Bcl-2, участвующий в регуляции различных видов клеточной гибели, включая апоптоз и аутофагию. Однако его роль в этих процессах остается до конца не изученной и зависит от типа раковых клеток и факторов среды (рН, уровень О2 и т.д.). В данной работе исследовали роль белка BNIP3 в регуляции апоптоза клеток аденокарциномы лёгкого. Показано, что подавление экспрессии BNIP3 приводит к угнетению клеточного дыхания и стимуляции продукции митохондриальных активных форм кислорода, что может потенциально повлиять на клеточную гибель. Обнаружено, что выход цитохрома с из митохондрий при индукции апоптоза цисплатином в клетках с нокаутом и нокдауном по BNIP3 был выше, чем в клетках дикого типа. Кроме того, снижение экспрессии BNIP3 приводило к увеличению активности каспазы-3 и, как следствие, накоплению маркера апоптоза – фрагмента р89 ПАРП при индукции цисплатином в сравнении с клетками дикого типа. Анализ накопления клеток во фракции SubG1 методом проточной цитофлуориметрии подтвердил усиление гибели клеток с нокаутом по BNIP3. Предварительная обработка антиоксидантом Тролоксом не влияла на гибель клеток, что свидетельствует о ее независимости от активных форм кислорода. Представленные данные указывают на то, что BNIP3, участвуя в контроле качества митохондрий, способен оказывать влияние на митохондриальный путь гибели клеток.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 19-15-00125). Работа лаборатории поддерживается РФФИ (гранты 20-015-00105, 20-315-90019 и 19-015-00332), а также Шведским (190345) и Стокгольмским (181301) противораковыми обществами.

Благодарности

Авторы выражают благодарность ведущему научному сотруднику лаборатории исследования механизмов апоптоза МГУ имени М.В. Ломоносова Копеиной Гелине Сергеевне за ценные советы в процессе выполнения работы.

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.

Список литературы

1. Greulich, H. (2010) The genomics of lung adenocarcinoma: opportunities for targeted therapies, Genes Cancer, 1, 1200-1210, doi: 10.1177/1947601911407324.

2. Gross, A., McDonnell, J. M., and Korsmeyer, S. J. (1999) BCL-2 family members and the mitochondria in apoptosis, Genes Dev., 13, 1899-1911, doi: 10.1101/gad.13.15.1899.

3. Zhang, J., and Ney, P. A. (2009) Role of BNIP3 and NIX in cell death, autophagy, and mitophagy, Cell Death Differ., 16, 939-946, doi: 10.1038/cdd.2009.16.

4. Mazure N. M., and Pouysségur, J. (2009) Atypical BH3-domains of BNIP3 and BNIP3L lead to autophagy in hypoxia, Autophagy, 5, 868-869, doi: 10.4161/auto.9042.

5. Ray, R., Chen, G., Vande Velde, C., Cizeau, J., Park, J. H., Reed, J. C., Gietz, R. D., and Greenberg, A. H. (2000) BNIP3 heterodimerizes with Bcl-2/Bcl-XL and induces cell death independent of a Bcl-2 homology 3 (BH3) domain at both mitochondrial and nonmitochondrial sites, J. Biol. Chem., 275, 1439-1448, doi: 10.1074/jbc.275.2.1439.

6. Lee, Y., Lee, H.-Y., Hanna, R. A., and Gustafsson, Å. B. (2011) Mitochondrial autophagy by Bnip3 involves Drp1-mediated mitochondrial fission and recruitment of Parkin in cardiac myocytes, Am. J. Physiol. Circ. Physiol., 301, H1924-H1931, doi: 10.1152/ajpheart.00368.2011.

7. Hanna, R. A., Quinsay, M. N., Orogo, A. M., Giang, K., Rikka, S., and Gustafsson, Å. B. (2012) Microtubule-associated Protein 1 Light Chain 3 (LC3) interacts with Bnip3 protein to selectively remove endoplasmic reticulum and mitochondria via autophagy, J. Biol. Chem., 287, 19094-19104, doi: 10.1074/jbc.M111.322933.

8. Sowter, H. M., Ratcliffe, P. J., Watson, P., Greenberg, A. H., and Harris, A. L. (2001) HIF-1-dependent regulation of hypoxic induction of the cell death factors BNIP3 and NIX in human tumors, Cancer Res., 61, 6669-6673.

9. Chourasia, A. H., and Macleod, K. F. (2015) Tumor suppressor functions of BNIP3 and mitophagy, Autophagy, 11, 1937-1938, doi: 10.1080/15548627.2015.1085136.

10. Koop, E. A., van Laar, T., van Wichen, D. F., de Weger, R. A., van der Wall, E., and van Diest, P. J. (2009) Expression of BNIP3 in invasive breast cancer: correlations with the hypoxic response and clinicopathological features, BMC Cancer, 9, 175, doi: 10.1186/1471-2407-9-175.

11. Chourasia, A. H., Tracy, K., Frankenberger, C., Boland, M., Sharifi, M. N., et al. (2015) Mitophagy defects arising from BNip3 loss promote mammary tumor progression to metastasis, EMBO Rep., 16, 1145-1163, doi: 10.15252/embr.201540759.

12. Dasari, S., and Tchounwou, P. B. (2014) Cisplatin in cancer therapy: molecular mechanisms of action, Eur. J. Pharmacol., 740, 364-378, doi: 10.1016/j.ejphar.2014.07.025.

13. Matsushima, M., Fujiwara, T., Takahashi, E., Minaguchi, T., Eguchi, Y., Tsujimoto, Y., Suzumori, K., and Nakamura, Y. (1998) Isolation, mapping, and functional analysis of a novel human cDNA (BNIP3L) encoding a protein homologous to human NIP3, Genes Chromosomes Cancer, 21, 230-235, PMID: 9523198.

14. Jiang, X., and Wang, X. (2004) Cytochrome C-mediated apoptosis, Annu. Rev. Biochem., 73, 87-106, doi: 10.1146/annurev.biochem.73.011303.073706.

15. Cai, J., and Jones, D. P. (1999) Mitochondrial redox signaling during apoptosis, J. Bioenerg. Biomembr., 31, 327-334, doi: 10.1023/a:1005423818280.

16. Marullo, R., Werner, E., Degtyareva, N., Moore, B., Altavilla, G., Ramalingam, S. S., and Doetsch, P. W. (2013) Cisplatin induces a mitochondrial-ROS response that contributes to cytotoxicity depending on mitochondrial redox status and bioenergetic functions, PLoS One, 8, e81162, doi: 10.1371/journal.pone.0081162.

17. Forrest, V. J., Kang, Y. H., McClain, D. E., Robinson, D. H., and Ramakrishnan, N. (1994) Oxidative stress-induced apoptosis prevented by Trolox, Free Radic. Biol. Med., 16, 675-684, doi: 10.1016/0891-5849(94)90182-1.

18. Schwerdt, G., Freudinger, R., Schuster, C., Weber, F., Thews, O., and Gekle, M. (2005) Cisplatin-induced apoptosis is enhanced by hypoxia and by inhibition of mitochondria in renal collecting duct cells, Toxicol. Sci., 85, 735-742, doi: 10.1093/toxsci/kfi117.

19. Vernucci, E., Tomino, C., Molinari, F., Limongi, D., Aventaggiato, M., Sansone, L., Tafani, M., and Russo, M. A. (2019) Mitophagy and oxidative stress in cancer and aging: focus on sirtuins and nanomaterials, Oxid. Med. Cell Longev., 2019, 1-19, doi: 10.1155/2019/6387357.

20. Qiao, A., Wang, K., Yuan, Y., Guan, Y., Ren, X., Li, L., Chen, X., Li, F., Chen, A. F., Zhou, J., Yang, J.-M., and Cheng, Y. (2016) Sirt3-mediated mitophagy protects tumor cells against apoptosis under hypoxia, Oncotarget, 7, doi: 10.18632/oncotarget.9717.

21. Yao, N., Wang, C., Hu, N., Li, Y., Liu, M., et al. (2019) Inhibition of PINK1/Parkin-dependent mitophagy sensitizes multidrug-resistant cancer cells to B5G1, a new betulinic acid analog, Cell Death Dis., 10, 232, doi: 10.1038/s41419-019-1470-z.

22. Tol, M. J., Ottenhoff, R., van Eijk, M., Zelcer, N., Aten, J., et al. (2016) A PPARγ-Bnip3 axis couples adipose mitochondrial fusion-fission balance to systemic insulin sensitivity, Diabetes, 65, 2591-2605, doi: 10.2337/db16-0243.

23. Koepke, S. J., Watkins, J. J., and Minteer, S. D. (2016) Understanding the role of mitochondrial health in the mechanism of mitochondrial bioelectrocatalysis, J. Electrochem. Soc., 163, H292-H298, doi: 10.1149/2.0681605jes.

24. Cocetta, V., Ragazzi, E., and Montopoli, M. (2019) Mitochondrial Involvement in cisplatin resistance, Int. J. Mol. Sci., 20, 3384, doi: 10.3390/ijms20143384.

25. Zhu, Y., Li, M., Wang, X., Jin, H., Liu, S., Xu, J., and Chen, Q. (2012) Caspase cleavage of cytochrome c1 disrupts mitochondrial function and enhances cytochrome c release, Cell Res., 22, 127-141, doi: 10.1038/cr.2011.82.

26. Kleih, M., Böpple, K., Dong, M., Gaißler, A., Heine, S., Olayioye, M. A., Aulitzky, W. E., and Essmann, F. (2019) Direct impact of cisplatin on mitochondria induces ROS production that dictates cell fate of ovarian cancer cells, Cell Death Dis., 10, 851, doi: 10.1038/s41419-019-2081-4.

27. Fleury, C., Mignotte, B., and Vayssière, J.-L. (2002) Mito-chondrial reactive oxygen species in cell death signal-ing, Biochimie, 84, 131-141, doi: 10.1016/S0300-9084(02)01369-X.

28. Sp, N., Kang, D. Y., Jo, E. S., Rugamba, A., Kim, W. S., et al. (2020) Tannic acid promotes TRAIL-induced extrinsic apoptosis by regulating mitochondrial ROS in human embryonic carcinoma cells, Cells, 9, 282, doi: 10.3390/cells9020282.

29. Monticone, M., Taherian, R., Stigliani, S., Carra, E., Monteghirfo, S., et al. (2014) NAC, Tiron and Trolox impair survival of cell cultures containing glioblastoma tumorigenic initiating cells by inhibition of cell cycle progression, PLoS One, 9, e90085, doi: 10.1371/journal.pone.0090085.

30. Diaz, Z., Colombo, M., Mann, K. K., Su, H., Smith, K. N., et al. (2005) Trolox selectively enhances arsenic-mediated oxidative stress and apoptosis in APL and other malignant cell lines, Blood, 105, 1237-1245, doi: 10.1182/blood-2004-05-1772.

31. Zheng, J., Payne, K., Taggart, J. E., Jiang, H., Lind, S. E., and Ding, W.-Q. (2012) Trolox enhances curcumin’s cytotoxicity through induction of oxidative stress, Cell. Physiol. Biochem., 29, 353-360, doi: 10.1159/000338490.

32. Abdrakhmanov, A., Kulikov, A. V., Luchkina, E. A., Zhivotovsky, B., and Gogvadze, V. (2019) Involvement of mitophagy in cisplatin-induced cell death regulation, Biol. Chem., 400, 161-170, doi: 10.1515/hsz-2018-0210.