БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 7, с. 962–974

УДК 577.12

Влияние пероксиредоксина 6 на уровень транскрипционного фактора p53

© 2022 М.Г. Шарапов *sharapov.mg@yandex.ru, Р.Г.  Гончаров, С.Б. Парфенюк, О.В. Глушкова

Институт биофизики клетки ФИЦ ПНЦБИ РАН, 142290 Пущино, Московская обл., Россия

Поступила в редакцию 11.05.2022
После доработки 22.06.2022
Принята к публикации 22.06.2022

DOI: 10.31857/S0320972522070107

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: пероксиредоксин 6, р53, клеточная гибель, пролиферация клеток, окислительный стресс, ионизирующее излучение.

Аннотация

Пероксиредоксин 6 (Prdx6) является важным антиоксидантным ферментом со множеством функций в клетке. Prdx6 нейтрализует широкий спектр гидропероксидов, участвует в метаболизме фосфолипидов и восстановлении мембран клетки, а также в передаче внутриклеточных и межклеточных сигналов. Нарушение нормальной экспрессии Prdx6 в клетке приводит к развитию патологических состояний. Снижение концентрации Prdx6 приводит к росту окислительных повреждений клетки. В то же время гиперпродукция Prdx6 асс циируется с ростом антиоксидантного статуса, подавлением апоптоза и канцерогенезом. В настоящее время механизмы канцерогенного действия пероксиредоксинов недостаточно изучены. В данной работе установлено, что увеличение в 3–4 раза продукции Prdx6 в клетках эмбриональных фибробластов мыши 3Т3 приводит к снижению в 4–5 раз уровня онкосупрессора p53. При этом гиперпродукция Prdx6 приводит к усилению экспрессии RELA и HIF1A, оказывающих онкогенный эффект. Рост внутриклеточного Prdx6 в 3–4 раза повышает интенсивность пролиферации клеток на 20–30%, способствует росту антиоксидантной активности на 30–50%, а также увеличивает радиорезистентность трансфецированных клеток 3Т3 на 30–40%. Рост внутриядерного Prdx6 приводит к уменьшению экспрессии генов репарации ДНК в ответ на действие радиации, что указывает на снижение повреждений геномной ДНК. В работе обсуждаются возможные молекулярные механизмы подавления р53 при гиперпродукции Prdx6, которые могут найти применение в разработке новых подходов терапии рака.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финасовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 20-015-00216А).

Благодарности

В работе использовали оборудование ЦКП ФИЦ ПНЦБИ РАН: сектора оптической микроскопии и спектрофотометрии (Leica TCS SP-5, «Leica», Германия), сектора источников ионизирующих излучений (РУТ-15, «Мосрентген», Россия). Часть работы выполнена с использованием планшетного ридера (Infinite 200, «Tecan», Австрия) ЦКП ИТЭБ РАН.

Вклад авторов

М.Г. Шарапов, О.В. Глушкова – концепция и руководство работой; М.Г. Шарапов, Р.Г. Гончаров, С.Б. Парфенюк, О.В. Глушкова – проведение экспериментов и обсуждение результатов; М.Г. Шарапов – написание текста статьи; О.В. Глушкова – редактирование текста статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

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

Список литературы

1. Sies, H., and Jones, D. P. (2020) Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 21, 363-383, doi: 10.1038/s41580-020-0230-3.

2. Kohlgrüber, S., Upadhye, A., Dyballa-Rukes, N., McNamara, C. A., and Altschmied, J. (2017) Regulation of transcription factors by reactive oxygen species and nitric oxide in vascular physiology and pathology, Antioxid. Redox Signal., 26, 679-699, doi: 10.1089/ars.2016.6946.

3. Dustin, C. M., Heppner, D. E., Lin, M. C. J., and Van Der Vliet, A. (2021) Redox regulation of tyrosine kinase signalling: more than meets the eye, J. Biochem., 167, 151-163, doi: 10.1093/JB/MVZ085.

4. Hopkins, B. L., and Neumann, C. A. (2019) Redoxins as gatekeepers of the transcriptional oxidative stress response, Redox Biol., 21, 101104, doi: 10.1016/j.redox.2019.101104.

5. Sharapov, M. G., Gudkov, S. V., and Lankin, V. Z. (2021) Hydroperoxide-reducing enzymes in the regulation of free-radical processes, Biochemistry (Moscow), 86, 1256-1274, doi: 10.1134/s0006297921100084.

6. Sharapov, M. G., and Novoselov, V. I. (2019) Catalytic and signaling role of peroxiredoxins in carcinogenesis, Biochemistry (Moscow), 84, 79-100, doi: 10.1134/s0006297921100084.

7. Stöcker, S., Van Laer, K., Mijuskovic, A., and Dick, T. P. (2018) The conundrum of hydrogen peroxide signaling and the emerging role of peroxiredoxins as redox relay hubs, Antioxid. Redox Signal., 28, 558-573, doi: 10.1089/ars.2017.7162.

8. Wadley, A. J., Aldred, S., and Coles, S. J. (2016) An unexplored role for peroxiredoxin in exercise-induced redox signalling? Redox Biol., 8, 51-58, doi: 10.1016/j.redox.2015.10.003.

9. Fisher, A. B. (2017) Peroxiredoxin 6 in the repair of peroxidized cell membranes and cell signaling, Arch. Biochem. Biophys., 617, 68-83, doi: 10.1016/j.abb.2016.12.003.

10. Wang, X., Phelan, S. A., Forsman-Semb, K., Taylor, E. F., Petros, C., et al. (2003) Mice with targeted mutation of peroxiredoxin 6 develop normally but are susceptible to oxidative stress, J. Biol. Chem., 278, 25179-25190, doi: 10.1074/jbc.M302706200.

11. Phelan, S. A., Wang, X., Wallbrandt, P., Forsman-Semb, K., and Paigen, B. (2003) Overexpression of Prdx6 reduces H2O2 but does not prevent diet-induced atherosclerosis in the aortic root, Free Radic. Biol. Med., 35, 1110-1120, doi: 10.1016/S0891-5849(03)00462-3.

12. Yun, H.-M., Park, K.-R., Lee, H. P., Lee, D. H., Jo, M., et al. (2014) PRDX6 promotes lung tumor progression via its GPx and iPLA2 activities, Free Radic. Biol. Med., 69, 367-376, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.02.001.

13. Choi, H., Chang, J. W., and Jung, Y. K. (2011) Peroxiredoxin 6 interferes with TRAIL-induced death-inducing signaling complex formation by binding to death effector domain caspase, Cell Death Differ., 18, 405-414, doi: 10.1038/cdd.2010.113.

14. Ma, S., Zhang, X., Zheng, L., Li, Z., Zhao, X., et al. (2016) Peroxiredoxin 6 is a crucial factor in the initial step of mitochondrial clearance and is upstream of the PINK1-Parkin pathway, Antioxid. Redox Signal., 24, 486-501, doi: 10.1089/ars.2015.6336.

15. Yun, H.-M., Park, K.-R., Park, M. H., Kim, D. H., Jo, M. R., et al. (2015) PRDX6 promotes tumor development via the JAK2/STAT3 pathway in a urethane-induced lung tumor model, Free Radic. Biol. Med., 80, 136-144, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.12.022.

16. Zhu, G., Pan, C., Bei, J. X., Li, B., Liang, C., et al. (2020) Mutant p53 in cancer progression and targeted therapies, Front. Oncol., 10, 1-9, doi: 10.3389/fonc.2020.595187.

17. Shi, T., and Dansen, T. B. (2020) Reactive oxygen species induced p53 activation: DNA damage, redox signaling, or both? Antioxidants Redox Signal., 33, 839-859, doi: 10.1089/ars.2020.8074.

18. Eriksson, S. E., Ceder, S., Bykov, V. J. N., and Wiman, K. G. (2019) P53 as a hub in cellular redox regulation and therapeutic target in cancer, J. Mol. Cell Biol., 11, 330-341, doi: 10.1093/jmcb/mjz005.

19. Butturini, E., Butera, G., Pacchiana, R., de Prati, A. C., Mariotto, S., et al. (2021) Redox sensitive cysteine residues as crucial regulators of wild-type and mutant p53 isoforms, Cells, 10, 3149, doi: 10.3390/cells10113149.

20. Sharapov, M. G., Novoselov, V. I., Fesenko, E. E., Bruskov, V. I., and Gudkov, S. V. (2017) The role of peroxiredoxin 6 in neutralization of X-ray mediated oxidative stress: effects on gene expression, preservation of radiosensitive tissues and postradiation survival of animals, Free Radic. Res., 51, 148-166, doi: 10.1080/10715762.2017.1289377.

21. Sharapov, M. G., Glushkova, O. V., Parfenyuk, S. B., Gudkov, S. V., Lunin, S. M., et al. (2021) The role of TLR4/NF-κB signaling in the radioprotective effects of exogenous Prdx6, Arch. Biochem. Biophys., 702, 108830, doi: 10.1016/j.abb.2021.108830.

22. Novoselova, E. G., Glushkova, O. V., Parfenuyk, S. B., Khrenov, M. O., Lunin, S. M., et al. (2019) Protective effect of peroxiredoxin 6 against toxic effects of glucose and cytokines in pancreatic RIN-m5F β-cells, Biochemistry (Moscow), 84, 637-643, doi: 10.1016/j.abb.2021.108830.

23. Schmittgen, T. D., and Livak, K. J. (2008) Analyzing real-time PCR data by the comparative CT method, Nat. Protoc., 3, 1101-1108, doi: 10.1038/nprot.2008.73.

24. Sharapov, M. G., and Ravin, V. K. (2009) Peroxiredoxin 6 from the clawed frog Xenopus laevis: CDNA cloning, enzyme characterization, and gene expression during development, Biochemistry (Moscow), 74, 898-902, doi: 10.1134/S0006297909080112.

25. Kalyanaraman, B., Darley-Usmar, V., Davies, K., Dennery, P., Forman, H., et al. (2012) Measuring reactive oxygen and nitrogen species with fluorescent probes: challenges and limitations, Free Radic. Biol Med., 52, 1-6, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2011.09.030.

26. Wu, D., and Yotnda, P. (2011) Production and detection of reactive oxygen species (ROS) in cancers, J. Vis. Exp., 57, e3357, doi: 10.3791/3357.

27. Novoselova, E. G., Sharapov, M. G., Lunin, S. M., Parfenyuk, S. B., Khrenov, M. O., et al. (2021) Peroxiredoxin 6 applied after exposure attenuates damaging effects of X-ray radiation in 3T3 mouse fibroblasts, Antioxidants (Basel), 10, 1951, doi: 10.3390/antiox10121951.

28. Sharapov, M. G., Gudkov, S. V., Lankin, V. Z., and Novoselov, V. I. (2021) Role of glutathione peroxidases and peroxiredoxins in free radical-induced pathologies, Biochemistry (Moscow), 86, 1418-1433, doi: 10.1134/s0006297921110067.

29. Lee, Y. J. (2020) Knockout mouse models for peroxiredoxins, Antioxidants (Basel), 9, 182, doi: 10.3390/antiox9020182.

30. Gao, L., Meng, J., Yue, C., Wu, X., Su, Q., et al. (2021) Integrative analysis the characterization of peroxiredoxins in pan-cancer, Cancer Cell Int., 21, 1-18, doi: 10.1186/s12935-021-02064-x.

31. Hernández Borrero, L. J., and El-Deiry, W. S. (2021) Tumor suppressor p53: Biology, signaling pathways, and therapeutic targeting, Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer, 1876, 188556, doi: 10.1016/j.bbcan.2021.188556.

32. Vaddavalli, P. L., and Schumacher, B. (2022) The p53 network: cellular and systemic DNA damage responses in cancer and aging, Trends Genet., 28, 128-136, doi: 10.1016/j.tig.2011.12.002.

33. Pearson, G. D., and Merrill, G. F. (1998) Deletion of the Saccharomyces cerevisiae TRR1 gene encoding thioredoxin reductase inhibits p53-dependent reporter gene expression, J. Biol. Chem., 273, 5431-5434, doi: 10.1074/jbc.273.10.5431.

34. Velu, C. S., Niture, S. K., Doneanu, C. E., Pattabiraman, N., and Srivenugopal, K. S. (2007) Human p53 is inhibited by glutathionylation of cysteines present in the proximal DNA-Binding domain during oxidative stress, Biochemistry, 46, 7765-7780, doi: 10.1021/bi700425y.

35. Ding, C., Fan, X., and Wu, G. (2016) Peroxiredoxin 1 – an antioxidant enzyme in cancer, J. Cell. Mol. Med., 21, 193-202, doi: 10.1111/jcmm.12955.

36. Bolduc, J., Koruza, K., Luo, T., Malo Pueyo, J., Vo, T. N., et al. (2021) Peroxiredoxins wear many hats: Factors that fashion their peroxide sensing personalities, Redox Biol., 42, 101959, doi: 10.1016/j.redox.2021.101959.

37. Shi, Y., Nikulenkov, F., Zawacka-Pankau, J., Li, H., Gabdoulline, R., et al. (2014) ROS-dependent activation of JNK converts p53 into an efficient inhibitor of oncogenes leading to robust apoptosis, Cell Death Differ., 21, 612-623, doi: 10.1038/cdd.2013.186.

38. Kim, S. Y., Kim, T. J., and Lee, K.-Y. Y. (2008) A novel function of peroxiredoxin 1 (Prx-1) in apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1)-mediated signaling pathway, FEBS Lett., 582, 1913-1918, doi: 10.1016/j.febslet.2008.05.015.

39. Jarvis, R. M., Hughes, S. M., and Ledgerwood, E. C. (2012) Peroxiredoxin 1 functions as a signal peroxidase to receive, transduce, and transmit peroxide signals in mammalian cells, Free Radic. Biol. Med., 53, 1522-1530, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2012.08.001.

40. Dhar, S. K., Xu, Y., Chen, Y., and St. Clair, D. K. (2006) Specificity protein 1-dependent p53-mediated suppression of human manganese superoxide dismutase gene expression, J. Biol. Chem., 281, 21698-21709, doi: 10.1074/jbc.M601083200.

41. Leonarduzzi, G., Sottero, B., and Poli, G. (2010) Targeting tissue oxidative damage by means of cell signaling modulators: The antioxidant concept revisited, Pharmacol. Ther., 128, 336-374, doi: 10.1016/j.pharmthera.2010.08.003.

42. Wu, S., Lu, H., and Bai, Y. (2019) Nrf2 in cancers: a double-edged sword, Cancer Med., 8, 2252-2267, doi: 10.1002/cam4.2101.

43. Hellweg, C. E. (2015) The nuclear factor κB pathway: A link to the immune system in the radiation response, Cancer Lett., 368, 275-289, doi: 10.1016/j.canlet.2015.02.019.

44. Chen, W., Jiang, T., Wang, H., Tao, S., Lau, A., et al. (2012) Does Nrf2 contribute to p53-mediated control of cell survival and death? Antioxid. Redox Signal., 17, 1670-1675, doi: 10.1089/ars.2012.4674.

45. Miyamoto, S. (2011) Nuclear initiated NF-κB signaling: NEMO and ATM take center stage, Cell Res., 21, 116-130, doi: 10.1038/cr.2010.179.

46. Singh, V., Gupta, D., and Arora, R. (2015) NF-κB as a key player in regulation of cellular radiation responses and identification of radiation countermeasures, Discoveries, 3, e35, doi: 10.15190/d.2015.27.

47. Thomasova, D., Mulay, S. R., Bruns, H., and Anders, H. J. (2012) p53-independent roles of MDM2 in NF-κB signaling: Implications for cancer therapy, wound healing, and autoimmune diseases, Neoplasia (United States), 14, 1097-1101, doi: 10.1593/neo.121534.

48. Klein, A. M., De Queiroz, R. M., Venkatesh, D., and Prives, C. (2021) The roles and regulation of MDM2 and MDMX: it is not just about p53, Genes Dev., 35, 575-601, doi: 10.1101/GAD.347872.120.

49. Semenza, G. L. (2012) Hypoxia-inducible factors: mediators of cancer progression and targets for cancer therapy, Trends Pharmacol. Sci., 33, 207-214, doi: 10.1016/j.tips.2012.01.005.

50. Li, H. S., Zhou, Y. N., Li, L., Li, S. F., Long, D., et al. (2019) HIF-1α protects against oxidative stress by directly targeting mitochondria, Redox Biol., 25, 101109, doi: 10.1016/j.redox.2019.101109.

51. Sharapov, M. G., Novoselov, V. I., and Gudkov, S. V. (2019) Radioprotective role of peroxiredoxin 6, Antioxidants (Basel), 8, 15, doi: 10.3390/antiox8010015.

52. Luo, W., Chen, I., Chen, Y., Alkam, D., Wang, Y., et al. (2016) PRDX2 and PRDX4 are negative regulators of hypoxia-inducible factors under conditions of prolonged hypoxia, Oncotarget, 7, 6379-6397, doi: 10.18632/oncotarget.7142.

53. Sendoel, A., Kohler, I., Fellmann, C., Lowe, S. W., and Hengartner, M. O. (2010) HIF-1 antagonizes p53-mediated apoptosis through a secreted neuronal tyrosinase, Nature, 465, 577-583, doi: 10.1038/nature09141.

54. Wu, S., Gao, J., Ohlemeyer, C., Roos, D., Niessen, H., et al. (2005) Activation of AP-1 through reactive oxygen species by angiotensin II in rat cardiomyocytes, Free Radic. Biol. Med., 39, 1601-1610, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2005.08.006.

55. Hirota, K., Matsui, M., Iwata, S., Nishiyama, A., Mori, K., and Yodoi, J. (1997) Ap-1 transcriptional activity is regulated by a direct association between thioredoxin and Ref-1, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 3633-3638, doi: 10.1073/pnas.94.8.3633.

56. Kirch, H.C., Flaswinkel, S., Rumpf, H., Brockmann, D., and Esche, H. (1999) Expression of human p53 requires synergistic activation of transcription from the p53 promoter by AP-1, NF-κB and Myc/Max, Oncogene, 18, 2728-2738, doi: 10.1038/sj.onc.1202626.

57. Fujioka, S., Niu, J., Schmidt, C., Sclabas, G. M., Peng, B., et al. (2004) NF-κB and AP-1 connection: mechanism of NF-κB-dependent regulation of AP-1 Activity, Mol. Cell. Biol., 24, 7806-7819, doi: 10.1128/mcb.24.17.7806-7819.2004.