2-Амино-пиррол-карбоксилат ослабляет процессы гомологичной рекомбинации ДНК и вызывает сенситизацию опухолевых клеток к доксорубицину

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России, 420012 Казань, Россия

2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России, 125993 Москва, Россия

3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермская государственная фармацевтическая академия» Минздрава России, 614990 Пермь, Россия

Поступила в редакцию 22.03.2022
После доработки 25.03.2022
Принята к публикации 25.03.2022

DOI: 10.31857/S0320972522040066

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: пиррол-содержащие гетероциклические соединения, полимеризация тубулина, паклитаксел, доксорубицин, сенситизация, апоптоз.

Аннотация

Несмотря на высокую эффективность химиотерапии в современной онкологии, быстрое развитие резистентности опухолей к большинству химиопрепаратов и высокая частота системных побочных эффектов от проводимой химиотерапии являются основными факторами неблагоприятного прогноза для большинства пациентов с неоперабельными, метастатическими и рецидивирующими формами злокачественных новообразований. Следовательно, поиск новых молекулярных мишеней в опухолях и разработка подходов к усилению действия уже имеющихся химиопрепаратов являются чрезвычайно актуальными для практической онкологии. Целью исследования явилось изучение способности синтезированного нами пиррол-содержащего гетероциклического соединения, именуемого в дальнейшем как 2‑АПК, вызывать сенситизацию опухолевых клеток к действию химиопрепарата доксорубицина, являющегося ингибитором ДНК-топоизомеразы типа II. Исследования проводились на опухолевых клеточных линиях, культивированных в присутствии 2‑АПК, паклитаксела и доксорубицина. Уровень экспрессии белков репарации повреждений ДНК, а также апоптоза оценивали методом иммуноблоттинга, а белковые взаимодействия – методом коиммунопреципитации. Синергизм действия химиопрепаратов оценивался с помощью компьютерной программы Synergy Finder. Было установлено, что доксорубицин оказывал умеренное цитотоксическое действие в отношении опухолевых клеток (например, остеосарком), в то время как его использование в комбинации с 2‑АПК (в нетоксичных концентрациях) приводило к значимому усилению цитотоксического эффекта доксорубицина и вызывало гибель опухолевых клеток по механизму апоптоза. Молекулярным механизмом 2‑АПК-индуцированной сенситизации к доксорубицину явилось ослабление процессов репарации повреждений ДНК по механизму гомологичной рекомбинации, что подтверждалось снижением уровня экспрессии рекомбиназы Rad51 за счёт усиления скорости её протеасом-зависимой деградации. Помимо 2‑АПК данная способность была также отмечена в отношении паклитаксела, также влияющего на процессы полимеризации тубулина. Таким образом, лекарственные химиопрепараты и химические соединения, влияющие на динамическое состояние микротрубочек веретена деления, способны усиливать цитотоксическое действие ДНК-повреждающих химиопрепаратов за счёт ослабления процессов репарации повреждений ДНК в опухолевых клетках.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 20‑15‑00001).

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. Benjamin, R. S. (2020) Adjuvant and neoadjuvant chemotherapy for osteosarcoma: a historical perspective, Adv. Exp. Med. Biol., 1257, 1-10, doi: 10.1007/978-3-030-43032-0_1.

2. Marina, N. M., Smeland, S., Bielack, S. S., Bernstein, M., Jovic, G., et al. (2016) Comparison of MAPIE versus MAP in patients with a poor response to preoperative chemotherapy for newly diagnosed high-grade osteosarcoma (EURAMOS-1): an open-label, international, randomised controlled trial, Lancet Oncol., 17, 1396-1408, doi: 10.1016/S1470-2045(16)30214-5.

3. Li, H., Wu, X., and Cheng, X. (2016) Advances in diagnosis and treatment of metastatic cervical cancer, J. Gynecol. Oncol., 27, e43, doi: 10.3802/jgo.2016.27.e43.

4. Xu, J., Pan, Q., and Ju, W. (2019) Ras inhibition by zoledronic acid effectively sensitizes cervical cancer to chemotherapy, Anticancer Drugs, 30, 821-827, doi: 10.1097/CAD.0000000000000779.

5. Galembikova, A., and Boichuk, S. V. (2021) Tyrosine kinase signaling profile in osteosarcomas: A potential therapeutic target for sensitization to doxorubicin, Ann. Oncol., 32 (Suppl 6), S1365, doi: 10.1016/j.annonc.2021.08.2060.

6. Boichuk, S., Bikinieva, F., Nurgatina, I., Dunaev, P., Valeeva, E., et al. (2020) Inhibition of AKT-signaling sensitizes soft tissue sarcomas (STS) and gastrointestinal stromal tumors (GIST) to doxorubicin via targeting of homology-mediated DNA repair, Int. J. Mol. Sci., 21, 8842, doi: 10.3390/ijms21228842.

7. Galembikova, A., and Boichuk, S. (2021) Targeting of AKT-signaling pathway potentiates the anti-cancer efficacy of doxorubicin in A673 Ewing sarcoma cell line, BioNanoSci., 11, 1070-1082, doi: 10.1007/s12668-021-00901-x.

8. Бойчук С. В., Дунаев П. Д., Галембикова А. Р. (2021) Ингибирование AKT-сигнального пути в саркомах мягких тканей – новый подход к их сенситизации к ингибиторам ДНК-топоизомеразы II типа, Клин. Патофизиол., 27, 75-87.

9. Зыкова С. С., Кизимова И. А., Сюткина А. И., Токсарова Ю. С., Игидов Н. М., и др. (2019) Cинтез и цитостатическая активность (E)-этил-2-амино-5-(3,3-диметил-4-оксобутилиден)-4-оксо-1-(2-фениламинобензамидо)-4,5-дигидро-1H-пиррол-3-карбоксилата, Хим. Фармацевт. Журн., 53, 15-18, doi: 10.30906/0023-1134-2019-53-10-15-18.

10. Boichuk, S., Galembikova, A., Bikinieva, F., Dunaev, P., Aukhadieva, A., et al. (2021) 2-APCAs, the novel microtubule targeting agents active against distinct cancer cell lines, Molecules, 26, 616, doi: 10.3390/molecules26030616.

11. Tomita, Y., Morooka, T., Hoshida, Y., Zhang, B., Qiu, Y., et al. (2006) Prognostic significance of activated AKT expression in soft-tissue sarcoma, Clin. Cancer Res., 12, 3070-3077, doi: 10.1158/1078-0432.CCR-05-1732.

12. Verschoor, A. J., Speetjens, F. M., Dijkstra, P. D. S., Fiocco, M., van de Sande, M. A. J., et al. (2020) Single-center experience with ifosfamide monotherapy as second-line treatment of recurrent/metastatic osteosarcoma, Oncologist, 25, e716-e721, doi: 10.1634/theoncologist.2019-0528.

13. Amoroso, L., Castel, V., Bisogno, G., Casanova, M., Marquez-Vega, C., et al. (2020) Phase II results from a phase I/II study to assess the safety and efficacy of weekly nab-paclitaxel in paediatric patients with recurrent or refractory solid tumours: A collaboration with the European Innovative Therapies for Children with Cancer Network, Eur. J. Cancer, 135, 89-97, doi: 10.1016/j.ejca.2020.04.031.

14. Breithaupt, H., and Küenzlen, E. (1983) High-dose methotrexate for osteosarcoma: toxicity and clinical results, Oncology, 40, 85-89.

15. Wiseman, L. R., and Spencer, C. M. (1998) Paclitaxel. An update of its use in the treatment of metastatic breast cancer and ovarian and other gynaecological cancers, Drugs Aging, 12, 305-334, doi: 10.2165/00002512-199812040-00005.

16. Goa, K. L., and Faulds, D. (1994) Vinorelbine. A review of its pharmacological properties and clinical use in cancer chemotherapy, Drugs Aging, 5, 200-234, doi: 10.2165/00002512-199405030-00006.

17. Qin, S. Y., Cheng, Y. J., Lei, Q., Zhang, A. Q., and Zhang, X. Z. (2018) Combinational strategy for high-performance cancer chemotherapy, Biomaterials, 171, 178-197, doi: 10.1016/j.biomaterials.2018.04.027.

18. Partridge, A. H., Burstein, H. J., and Winer, E. P. (2001) Side effects of chemotherapy and combined chemohormonal therapy in women with early-stage breast cancer, J. Natl. Cancer Inst. Monogr., 30, 135-142, doi: 10.1093/oxfordjournals.jncimonographs.a003451.

19. LeBaron, S., Zeltzer, L. K., LeBaron, C., Scott, S. E., Zeltzer, P. M., et al. (1988) Chemotherapy side effects in pediatric oncology patients: drugs, age, and sex as risk factors, Med. Pediatr. Oncol., 16, 263-268, doi: 10.1002/mpo.2950160408.

20. Albain, K. S., Nag, S. M., Calderillo-Ruiz, G., Jordaan, J. P., Llombart, A. C., et al. (2008) Gemcitabine plus Paclitaxel versus Paclitaxel monotherapy in patients with metastatic breast cancer and prior anthracycline treatment, J. Clin. Oncol., 26, 3950-3957, doi: 10.1200/JCO.2007.11.9362.

21. Mokhtari, R. B., Kumar, S., Islam, S. S., Yazdanpanah, M., Adeli, K., et al. (2013) Combination of carbonic anhydrase inhibitor, acetazolamide, and sulforaphane, reduces the viability and growth of bronchial carcinoid cell lines, BMC Cancer, 13, 378, doi: 10.1186/1471-2407-13-378.

22. Juergens, C., Weston, C., Lewis, I., Whelan, J., Paulussen, M., et al. (2006) Safety assessment of intensive induction with vincristine, ifosfamide, doxorubicin, and etoposide (VIDE) in the treatment of Ewing tumors in the EURO-E.W.I.N.G. 99 clinical trial, Pediatr. Blood Cancer, 47, 22-29.

23. Paulussen, M., Craft, A. W., Lewis, I., Hackshaw, A., Douglas, C., et al. (2008) European Intergroup Cooperative Ewing’s Sarcoma Study-92. Results of the EICESS-92 Study: two randomized trials of Ewing’s sarcoma treatment-cyclophosphamide compared with ifosfamide in standard-risk patients and assessment of benefit of etoposide added to standard treatment in high-risk patients, J. Clin. Oncol., 26, 4385-4393, doi: 10.1200/JCO.2008.16.5720.

24. Le Chevalier, T., Pujol, J. L., Douillard, J. Y., Alberola, V., Monnier, A., et al. (1994) A three-arm trial of vinorelbine (Navelbine) plus cisplatin, vindesine plus cisplatin, and single-agent vinorelbine in the treatment of non-small cell lung cancer: an expanded analysis, Semin. Oncol., 21 (Suppl 10), 28-34.

25. Зыкова C. C., Бойчук С. В., Галембикова А. Р., Рамазанов Б. Р., Мустафин И. Г., и др. (2014) 3-Гидрокси-1,5-диарил-4-пивалоил-2,5-дигидро-2-пирролоны нарушают процессы митоза и индуцируют гибель опухолевых клеток in vitro, Цитология, 56, 439-442.

26. Зыкова C. C., Одегова Т. Ф., Бойчук С. В. Галембикова А. Р. (2014) Синтез и фармако-токсикологические характеристики 3-замещенных 3-гидрокси-6-фенил-3,4-дигидро-2Н-1,3-оксазинов, Хим. Фарм. Журн., 11, 10-14.

27. Бойчук С. В., Галембикова А. Р., Зыкова С. С., Хуснутдинов Р. Р. (2015) Нарушения регуляции клеточного цикла и репарации повреждений ДНК в опухолевых клетках под действием замещенного этилового эфира 2-амино-1Н-пиррол-3-карбоновой кислоты, Совр. Пробл. Науки Образ., 5, 116.

28. Зыкова С. С., Галембикова А. Р., Рамазанов Б. Р., Одегова Т. Ф., Игидов Н. М., и др. (2015) Цитотоксическая активность этиловых эфиров 2-амино-1-бензоиламино-4-оксо-5-(2-оксо-2-арилэтилиден)-4,5-дигидро-1Н-пиррол-3-карбоновых кислот, Хим. Фарм. Журн., 12, 19-23.

29. Boichuk, S., Galembikova, A., Zykova, S., Ramazanov, B., Khusnutdinov, R., et al. (2016) Ethyl-2-amino-pyrrole-3-carboxylates are novel potent anticancer agents that affect tubulin polymerization, induce G2/M cell-cycle arrest, and effectively inhibit soft tissue cancer cell growth in vitro, AntiCancer Drugs, 27, 620-634, doi: 10.1097/CAD.0000000000000372.

30. Зыкова С. С., Игидов Н. М., Киселев М. А., Бойчук С. В., Галембикова А. Р., и др. (2016) Экспериментальное обоснование создания противоопухолевых средств на основе пирролсодержащих гетероциклов, Журн. Науч. Статей «Здоровье и образование в XXI веке», 7, 121-127.

31. Галембикова А. Р., Бойчук С. В., Зыкова С. С., Хуснутдинов Р. Р., Дунаев П. Д. (2017) Пивалоил-замещенные 2-пирролоны индуцируют гибель гастроинтестинальных стромальных опухолей, резистентных к иматинибу и химиопрепаратам, Вопр. Онкол., 1, 135-140.

32. Галембикова А. Р., Бойчук С. В., Дунаев П. Д., Хуснутдинов Р. Р., Зыкова С. С. (2018) Влияние пивалоил-замещённых пиррол-содержащих гетероциклических соединений на механизмы репарации повреждений ДНК клеток саркомы Юинга, Казан. Мед. Журн., 2, 245-248, doi: 10.17816/KMJ2018-245.

33. Зыкова С. С., Игидов Н. М., Захматов А. В., Kиселев М. А., Галембикова А. Р., и др. (2018) Синтез и биологическая активность 2-амино-1-арил-5-(3,3-диметил-2-оксобутилиден)-4-оксо-N-(тиазол-5-ил)-4,5-дигидро-1Н-пиррол-3-карбоксамидов, Хим. Фарм. Журн., 3, 10-16.

34. Boichuk, S., Galembikova, A., Dunaev, P., Micheeva, E., Novikova, M., et al. (2019) Ethyl-amino-pyrrole-3-carboxylates are active against imatinib-resistant gastrointestinal stromal tumors in vitro, AntiCancer Drugs, 30, 475-484, doi: 10.1097/CAD.0000000000000753.

35. Boichuk, S., Galembikova, A., Syuzov, K., Dunaev, P., Bikinieva, F., et al. (2021) The design, synthesis, and biological activities of pyrrole-based carboxamides: the novel tubulin inhibitors targeting the colchicine-binding site, Molecules, 26, 5780, doi: 10.3390/molecules26195780.

36. Poruchynsky, M. S., Komlodi-Pasztor, E., Trostel, S., Wilkerson, J., Regairaz, M., et al. (2015) Microtubule-targeting agents augment the toxicity of DNA-damaging agents by disrupting intracellular trafficking of DNA repair proteins, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, 1571-1576, doi: 10.1073/pnas.1416418112.

37. Markowitz, D., Ha, G., Ruggieri, R., and Symons, M. (2017) Microtubule-targeting agents can sensitize cancer cells to ionizing radiation by an interphase-based mechanism, Onco Targets Ther., 10, 5633-5642, doi: 10.2147/OTT.S143096.