БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 10, с. 1489–1499

УДК 616.155.2

Программируемая клеточная смерть и функциональная активность тромбоцитов при онкогематологических заболеваниях

© 2020 А.А. Мартьянов 1,2,3,4, А.А. Игнатова 2, Г.C. Свидельская 2, Е.А. Пономаренко 2, С.П. Гамбарян 5, А.Н. Свешникова 1,2,3,6, М.А. Пантелеев 1,2,3*

Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, 109029 Москва, Россия; электронная почта: mapanteleev@yandex.ru

НМИЦ детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Д. Рогачева, 117997 Москва, Россия

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

ФГБУН Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН, 119334 Москва, Россия

ФГБУН Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН, 194223 Санкт-Петербург, Россия

ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет), 119991 Москва, Россия

Поступила в редакцию 16.07.2020
После доработки 24.07.2020
Принята к публикации 24.07.2020

DOI: 10.31857/S0320972520100140

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: тромбоциты, апоптоз, химиотерапия, проточная цитометрия, агрегометрия.

Аннотация

Программируемая клеточная смерть безъядерных клеток крови – тромбоцитов – при онкологических и онкогематологических заболеваниях может играть важную роль в их патофизиологии. Она вносит вклад как в кровотечения (вызванные тромбоцитопенией, связанной с элиминацией тромбоцитов), так и тромбозы (обусловленные процессами свертывания на мембранах экспрессирующих фосфатидилсерин тромбоцитов). В настоящей работе проведена оценка функциональных характеристик и внутриклеточной сигнализации тромбоцитов пациентов с различными онкологическими заболеваниями, находящихся на химиотерапии, в сравнении с тромбоцитами здоровых доноров, а также тромбоцитами, у которых был индуцирован апоптоз ABT-737. У ряда пациентов выявлена сниженная способность тромбоцитов к агрегации. Иммунофенотипирование этих тромбоцитов показало их предактивацию по сравнению с тромбоцитами здоровых доноров. Анализ кальциевой сигнализации показал, что в тромбоцитах пациентов, как и в апоптотических, происходит повышение внутриклеточного кальция в покое. Однако умеренность этого повышения и экспрессии фосфатидилсерина предполагает ограниченность процессов апоптоза тромбоцитов, остающихся в циркуляции у исследованной группы пациентов.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа была поддержана грантом Фонда «Наука – детям», а также грантом РФФИ 17-00-00141-комфи (17-00-00138/17-00-00139/17-00-00140).

Благодарности

Авторы выражают благодарность Надежде Александровне Подоплеловой (ЦТП ФХФ РАН) за ценные дискуссии при выполнении данной работы. Авторы благодарны Марии Григорьевне Степанян (ЦТП ФХФ РАН) и Ольге Ильиничне Ан (МГМА им. Сеченова) за помощь при выполнении экспериментов по проточной цитометрии.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящее исследование было одобрено независимым этическим комитетом ЦТП ФХФ РАН (решение N1 от 12.01.2018).

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. Kerr, J. F. R., Wyllie, A. H., and Currie, A. R. (1972) Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics, Br. J. Cancer, 26, 4, doi: 10.1038/bjc.1972.33.

2. Dachary-Prigent, J., Freyssinet, J. M., Pasquet, J. M., Carron, J. C., and Nurden, A. T. (1993) Annexin V as a probe of aminophospholipid exposure and platelet membrane vesiculation: a flow cytometry study showing a role for free sulfhydryl groups, Blood, 81, 2554-2565.

3. Vanags, D. M., Orrenius, S., and Aguilar-Santelises, M. (1997) Alterations in Bcl-2/Bax protein levels in platelets form part of an ionomycin-induced process that resembles apoptosis, Brit. J. Haemat., 99, 824-831, doi: 10.1046/j.1365-2141.1997.4813284.x.

4. Jacobson, M. D., Burne, F., and Raff, M. C. (1994) Programmed cell death and Bcl-2 protection in the absence of a nucleus, EMBO J., 13, 1899-1910.

5. Burkhart, J. M., Vaudel, M., Gambaryan, S., Radau, S., Walter, U., Martens, L., Geiger, J., Sickmann, A., and Zahedi, R. P. (2012) The first comprehensive and quantitative analysis of human platelet protein composition allows the comparative analysis of structural and functional pathways, Blood, 120, 73-82.

6. Leytin, V., and Freedman, J. (2003) Platelet apoptosis in stored platelet concentrates and other models, Transfus. Apher. Sci., 28, 285-295, doi: 10.1016/S1473-0502(03)00048-X.

7. Mason K. D., Carpinelli, M. R., Fletcher, J. I., Collinge, J. E., Hilton, A. A., et al. (2007) Programmed anuclear cell death delimits platelet life span, Cell, 128, 1173-1186, doi: 10.1016/j.cell.2007.01.037.

8. Li, J., van der Wal, D. E., Guangheng, Z., Xu, M., Yougbare, I., et al. (2015) Desialylation is a mechanism of Fc-independent platelet clearance and a therapeutic target in immune thrombocytopenia, Nat. Commun., 6, 1-16, doi: 10.1038/ncomms8737.

9. Leytin, V. D., Allen, J., Mykhaylov, S., Lyubimov, E., and Freedman, J. (2006) Thrombin-triggered platelet apoptosis, J. Thromb. Haem., 4, 2656-2663, doi: 10.1111/j.1538-7836.2006.02200.x.

10. Maagdenberg, C. G., de Boer, O. J., Li, X., Mackaay, C., Niessen, H. W., Winter, R. J., and van der Wal, A. C. (2016) Time dependent apoptotic rates in the evolving coronary thrombus mass of myocardial infarction patients, Thromb. Res., 145, 12-17, doi: 10.1016/j.thromres.2016.07.003.

11. Hua, V. M., and Chen, V. M. Y. (2015) Procoagulant platelets and the pathways leading to cell death, Semin. Thromb. Hemost., 41, 405-412, doi: 10.1055/s-0034-1544002.

12. Rukoyatkina, N., Mindukshev, I., Walter, U., and Gambaryan, S. (2013) Dual role of the p38 MAPK/cPLA2 pathway in the regulation of platelet apoptosis induced by ABT-737 and strong platelet agonists, Cell Death Dis., 4, 931, doi: 10.1038/cddis.2013.459.

13. Sveshnikova, A. N., Ataullakhanov, F. I., and Panteleev, M. A. (2015) Compartmentalized calcium signaling triggers subpopulation formation upon platelet activation through PAR1, Mol. Biosyst., 11, 1052-1060, doi: 10.1039/c4mb00667d.

14. Obydennyy, S. I., Sveshnikova, A. N., Ataullakhanov, F. I., and Panteleev, M. A. (2016) Dynamics of calcium spiking, mitochondrial collapse and phosphatidylserine exposure in platelet subpopulations during activation, J. Thromb. Haemost., 14, 1867-1881, doi: 10.1111/jth.13395.

15. Rukoyatkina, N., Butt, E., Subramanian, H., Nikolaev, V. O., Mindukshev, I., Walter, U., Gambaryan, S., and Benz, P. M. (2017) Protein kinase A activation by the anti-cancer drugs ABT-737 and thymoquinone is caspase-3-dependent and correlates with platelet inhibition and apoptosis, Cell Death Dis., 8, 2898, doi: 10.1038/cddis.2017.290.

16. Vogler, M., Hamali, H. A., Sun, X., Bampton, E. T. W., Dinsdale, D., et al. (2011) BCL2/BCL-XL inhibition induces apoptosis, disrupts cellular calcium homeostasis, and prevents platelet activation, Blood, 117, 7145-7154, doi: 10.1182/blood-2011-03-344812.

17. Wei, H., and Harper, M. T. (2019) ABT-737 triggers caspase-dependent inhibition of platelet procoagulant extracellular vesicle release during apoptosis and secondary necrosis in vitro, Thromb. Haemost., 119, 1665-1674, doi: 10.1055/s-0039-1693694.

18. Arachiche, A., Kerbiriou-Nabias, D., Garcin, I., Letellier, T., and Dachary-Prigent, J. (2009) Rapid procoagulant phosphatidylserine exposure relies on high cytosolic calcium rather than on mitochondrial depolarization, Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 29, 1883-1889, doi: 10.1161/ATVBAHA.109.190926.

19. Dasgupta, S. K., Argaiz, E. R., Chedid Mercado, J. E., Elizondo Maul, H. O., Garza, J., et al. (2010) Platelet senescence and phosphatidylserine exposure: phosphatidylserine in stored platelets, Transfusion, 50, 2167-2175, doi: 10.1111/j.1537-2995.2010.02676.x.

20. Yakimenko, A. O., Verholomova, F. Y., Kotova, Y. N., Ataullakhanov, F. I., and Panteleev, M. A. (2012) Identification of different proaggregatory abilities of activated platelet subpopulations’, Biophys. J., 102, 2261-2269, doi: 10.1016/j.bpj.2012.04.004.

21. Abaeva, A. A., Canault, M., Kotova, Y. N., Obydennyy, S. I., Yakimenko, A. O., et al. (2013) Procoagulant platelets form an α-granule protein-covered “cap” on their surface that promotes their attachment to aggregates, J. Biol. Chem., 288, 29621-29632, doi: 10.1074/jbc.M113.474163.

22. Zakharova, N. V., Artemenko, E. O., Podoplelova, N. A., Sveshnikova, A. N., Demina, I. A., Ataullakhanov, F. I., and Panteleev, M. A. (2015) Platelet surface-associated activation and secretion-mediated inhibition of coagulation factor XII, PLoS One, 10, 0116665, doi: 10.1371/journal.pone.0116665.

23. Suntsova, E. V., Demina, I. M., Ignatova, A. A., Ershov, N. M., Trubina, N. M., et al. (2017) Bleeding tendency and platelet function during treatment with romiplostim in children with severe immune thrombocytopenic purpura, Int. J. Hematol., 105, 841-848, doi: 10.1007/s12185-017-2207-3.

24. Artemenko, E. O., Yakimenko, A. O., Pichugin, A. V., Ataullakhanov, F. I., and Panteleev, M. A. (2016) Calpain-controlled detachment of major glycoproteins from the cytoskeleton regulates adhesive properties of activated phosphatidylserine-positive platelets, Biochem. J., 473, 435-448, doi: 10.1042/BJ20150779.

25. Podoplelova, N. A., Sveshnikova, A. N., Kotova, Y. N., Eckly, Y. N., Receveur, N., et al. (2016) Coagulation factors bound to procoagulant platelets concentrate in cap structures to promote clotting, Blood, 128, 1745-1755, doi: 10.1182/blood-2016-02-696898.

26. Versteeg, H. H., Heemskerk, W. M., Levi, M., and Reitsman, P. H. (2013) New fundamentals in hemostasis, Physiol. Rev., 93, 327-358, doi: 10.1152/physrev.00016.2011.

27. De Meyer, S. F. (2017) Platelet granules in vascular integrity, Blood, 129, 1573-1574, doi: 10.1182/blood-2017-02-763540.

28. Meikle, C. K. S., Kelly, C. A., Garg, P., Wuescher, L. M., Ali, R. A., and Worth, R. G. (2016) Cancer and thrombosis: the platelet perspective, Front. Cell. Dev. Biol., 4, 147, doi: 10.3389/fcell.2016.00147.

29. Thushara, R. M., Hemshekhar, M., Kemparaju, K., Rangappa, K. S., Devaraja, S., and Girish, K. S. (2014) Therapeutic drug-induced platelet apoptosis: an overlooked issue in pharmacotoxicology, Arch. Toxicol., 88, 185-198, doi: 10.1007/s00204-013-1185-3.

30. Walter, U., and Gabaryan, S. (2009) cGMP and cGMP-dependent protein kinase in platelets and blood cells, Handb. Exp. Pharmacol., 191, 533-548, doi: 10.1007/978-3-540-68964-5_23.

31. Gambaryan, S., and Tsikas, D. (2015) A review and discussion of platelet nitric oxide and nitric oxide synthase: do blood platelets produce nitric oxide from L-arginine or nitrite? Amino Acids, 47, 1779-1793, doi: 10.1007/s00726-015-1986-1.

32. Mindukshev, I., Gambaryan, S., Kehrer, L., Schuetz, C., Kobsar, A., et al. (2012) Low angle light scattering analysis: a novel quantitative method for functional characterization of human and murine platelet receptors, Clinical Chem. Labor. Med., 50, 125, doi: 10.1515/CCLM.2011.817.

33. Ignatova, A. A., Ponomarenko, E. A., Polokhov, D. M., Suntsova, E. V., Zharkov, P. A., et al. (2019) Flow cytometry for pediatric platelets, Platelets, 30, 428-437, doi: 10.1080/09537104.2018.1513473.

34. Grynkiewicz, G., Poenie, M., and Tsien, R. Y. (1985) A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties, J. Biol. Chem., 260, 3440-3450.

35. Bers, D. M., Patton, C. W., and Nuccitelli, R. (2010) A practical guide to the preparation of Ca(2+) buffers, Methods Cell Biol., 99, 1-26, 2010, doi: 10.1016/B978-0-12-374841-6.00001-3.

36. Мартьянов А. А., Морозова Д. С., Хорева А. Л., Пантелеев М. А., Щербина А. Ю., Свешникова Ю. Н. (2020) Особенности внутриклеточной кальциевой сигнализации тромбоцитов при синдроме Вискотта-Олдрича, Вопросы онкологии/гематологии и иммунопатологии в педиатрии, 19, 100-107.

37. Martyanov, A. A., Morozova, D. S., Sorokina, M. A., Filkova, A. A., Fedorova, D. V., et al. (2020) Heterogene-ity of integrin αIIbβ3 function in pediatric immune thrombocytopenia revealed by continuous flow cytometry analysis, IJMS, 21, 3035, doi: 10.3390/ijms21093035.

38. Filkova, A. A., Martyanov, A. A., Garzon Dasgupta, A. K., Panteleev, M. A., and Sveshnikova, A. N. (2019) Quantitative dynamics of reversible platelet aggregation: mathematical modelling and experiments, Sci. Rep., 9, 6217, doi: 10.1038/s41598-019-42701-0.

39. Koltai, K., Kesmarky, G., Feher, G., Tibold, A., and Toth, K. (2017) Platelet aggregometry testing: molecular mechanisms, techniques and clinical implications, Int. J. Mol. Sci., 18, doi: 10.3390/ijms18081803.

40. Kile, B. T. (2014) The role of apoptosis in megakaryocytes and platelets, Br. J. Haematol., 165, 217-226, doi: 10.1111/bjh.12757.

41. Schoenwaelder, S. M., Jarman, K. E., Gardiner, E. E., Hua, M., Qiao, J., et al. (2011) Bcl-xL-inhibitory BH3 mimetics can induce a transient thrombocytopathy that undermines the hemostatic function of platelets, Blood, 118, 1663-1674, doi: 10.1182/blood-2011-04-347849.

42. Vogler, M., Goodall, A. H., and Cohen, G. M. (2012) Response: BH3 mimetics modulate calcium homeostasis in platelets, Blood, 119, 1321-1322, doi: 10.1182/blood-2011-12-393397.

43. Gupta, R. C. (2016) Nutraceuticals: Efficacy, Safety, and Toxicity, Elsevier, Academic Press, Amsterdam.

44. Gyulkhandanyan, A. V., Mutlu, A., Allen, D. J., Freedman, J., and Leytin, V. (2014) BH3-mimetic ABT-737 induces strong mitochondrial membrane depolarization in platelets but only weakly stimulates apoptotic morphologi-cal changes, platelet shrinkage and microparticle formation, Thromb. Res., 133, 73-79, doi: 10.1016/j.thromres.2013.10.041.

45. Qiao, J., Schoenwaelder, S. M., Mason, K. D., Tran, H., Davis, A. K., et al. (2013) Low adhesion receptor levels on circulating platelets in patients with lymphoproliferative diseases before receiving Navitoclax (ABT-263), Blood, 121, 1479-1481, doi: 10.1182/blood-2012-12-467415.

46. Akl, H., Vandecaetsbeek, I., Monaco, G., Kauskot, A., Luyten, T., et al. (2013) HA14-1, but not the BH3 mimetic ABT-737, causes Ca2+ dysregulation in platelets and human cell lines, Haematologica, 98, 49-51, doi: 10.3324/haematol.2012.080598.

47. Harper, M. T., and Poole, A. W. (2012) Bcl-xL-inhibitory BH3 mimetic ABT-737 depletes platelet calcium stores, Blood, 119, 4337-4338, doi: 10.1182/blood-2012-02-413070.