Провоспалительная активация подавляет TRAIL-индуцированный апоптоз клеток острого миелоидного лейкоза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Лиганд семейства фактора некроза опухоли, индуцирующий апоптоз (TRAIL/Apo2L), является многообещающим агентом для лечения острого миелоидного лейкоза (ОМЛ) благодаря избирательной способности индуцировать апоптотическую гибель опухолевых клеток, не повреждая при этом нормальные клетки. Однако возникновение резистентности у клеток ОМЛ к TRAIL ограничивает его потенциал в качестве антилейкемического агента. Ранее мы выявили повышение устойчивости клеток ОМЛ человека ТНР-1 к TRAIL-индуцированной гибели при их липополисахарид (ЛПС)-зависимой провоспалительной активации и в in vitro модели ЛПС-независимой провоспалительной активации – в долговременной культуре клеток высокой плотности. В этом исследовании мы изучали механизмы данного феномена с помощью вестерн-блот анализа, анализа ферментативной активности каспазы 3, количественной ПЦР с обратной транскрипцией и проточной цитометрии. Результаты показали, что повышение резистентности к TRAIL-индуцированной гибели у клеток ОМЛ ТНР-1 при их провоспалительной активации связано со снижением поверхностной экспрессии проапоптотических рецепторов TRAIL-R1/DR4 и TRAIL-R2/DR5, а также повышением содержания представителей семейства IAPs – Livin и cIAP2. Результаты этой статьи дают новые представления о роли воспаления в формировании устойчивости клеток ОМЛ к действию медиаторов противоопухолевого иммунитета, в частности TRAIL.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. И. Кобякова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН; Институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал ИЦИГ СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино; Новосибирск

А. С. Сенотов

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

К. С. Краснов

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

Я. В. Ломовская

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

И. В. Одинокова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

А. А. Колотова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

А. М. Ермаков

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

А. И. Звягина

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

И. С. Фадеева

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

Е. И. Фетисова

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

В. С. Акатов

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

Р. С. Фадеев

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: margaritaikobyakova@mail.ru
Россия, Пущино

Список литературы

  1. Premnath, N., and Madanat, Y. F. (2023) Paradigm shift in the management of acute myeloid leukemia – approved options in 2023, Cancers, 15, 3002, https://doi.org/10.3390/cancers15113002.
  2. Totiger, T. M., Ghoshal, A., Zabroski, J., Sondhi, A., Bucha, S., Jahn, J., Feng, Y., and Taylor, J. (2023) Targeted therapy development in acute myeloid leukemia, Biomedicines, 11, 641, https://doi.org/10.3390/biomedicines11020641.
  3. Van den Boogaard, W. M. C., Komninos, D. S. J., and Vermeij, W. P. (2022) Chemotherapy side-effects: not All DNA damage is equal, Cancers, 14, 627, https://doi.org/10.3390/cancers14030627.
  4. Razeghian, E., Suksatan, W., Sulaiman Rahman, H., Bokov, D. O., Abdelbasset, W. K., Hassanzadeh, A., Marofi, F., Yazdanifar, M., and Jarahian, M. (2021) Harnessing TRAIL-induced apoptosis pathway for cancer immunotherapy and associated challenges, Front. Immunol., 12, 699746, https://doi.org/10.3389/fimmu. 2021.699746.
  5. Lomovskaya, Y. V., Kobyakova, M. I., Senotov, A. S., Lomovsky, A. I., Minaychev, V. V., Fadeeva, I. S., Shtatnova, D. Y., Krasnov, K. S., Zvyagina, A. I., Akatov, V. S., and Fadeev, R. S. (2022) Macrophage-like THP-1 cells derived from high-density cell culture are resistant to TRAIL-induced cell death via down-regulation of death-receptors DR4 and DR5, Biomolecules, 12, 150, https://doi.org/10.3390/biom12020150.
  6. Zhang, L., and Fang, B. (2005) Mechanisms of resistance to TRAIL-induced apoptosis in cancer, Cancer Gene Ther., 12, 228-237, https://doi.org/10.1038/sj.cgt.7700792.
  7. Cheng, J., Hylander, B. L., Baer, M. R., Chen, X., and Repasky, E. A. (2006) Multiple mechanisms underlie resistance of leukemia cells to Apo2 Ligand/TRAIL, Mol. Cancer Ther., 5, 1844-1853, https://doi.org/10.1158/1535-7163. MCT-06-0050.
  8. Kobyakova, M. I., Lomovskaya, Y. V., Senotov, A. S., Lomovsky, A. I., Minaychev, V. V., Zvyagina, A. I., Solovieva, M. E., Fadeeva, I. S., Akatov, V. S., and Fadeev, R. S. (2021) Appearance of signs of differentiation and pro-inflammatory phenotype in acute myeloid leukemia cells THP-1 with an increase in their TRAIL resistance in cell aggregates in vitro, Biochem. Mosc. Suppl. Ser. Membr. Cell Biol., 15, 97-105, https://doi.org/10.1134/S1990747821010050.
  9. Kobyakova, M., Lomovskaya, Y., Senotov, A., Lomovsky, A., Minaychev, V., Fadeeva, I., Shtatnova, D., Krasnov, K., Zvyagina, A., Odinokova, I., Akatov, V. S., and Fadeev, R. S. (2022) The increase in the drug resistance of acute myeloid leukemia THP-1 cells in high-density cell culture is associated with inflammatory-like activation and anti-apoptotic Bcl-2 Proteins, Int. J. Mol. Sci., 23, 7881, https://doi.org/10.3390/ijms23147881.
  10. Binder, S., Luciano, M., and Horejs-Hoeck, J. (2018) The cytokine network in acute myeloid leukemia (AML): a focus on pro- and anti-inflammatory mediators, Cytokine Growth Factor Rev., 43, 8-15, https://doi.org/10.1016/ j.cytogfr.2018.08.004.
  11. Li, X., Miao, H., Zhang, Y., Li, W., Li, Z., Zhou, Y., Zhao, L., and Guo, Q. (2015) Bone marrow microenvironment confers imatinib resistance to chronic myelogenous leukemia and oroxylin A reverses the resistance by suppressing Stat3 pathway, Arch. Toxicol., 89, 121-136, https://doi.org/10.1007/s00204-014-1226-6.
  12. Suzuki, K., Hiroaki, H., Kohda, D., and Tanaka, T. (1998) An isoleucine zipper peptide forms a native-like triple stranded coiled coil in solution, Protein Eng., 11, 1051-1055, https://doi.org/10.1093/protein/11.11.1051.
  13. Ganten, T. M., Koschny, R., Sykora, J., Schulze-Bergkamen, H., Buchler, P., Haas, T. L., Schader, M. B., Untergasser, A., Stremmel, W., and Walczak, H. (2006) Preclinical differentiation between apparently safe and potentially hepatotoxic applications of TRAIL either alone or in combination with chemotherapeutic drugs, Clin. Cancer Res., 12, 2640-2646, https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-05-2635.
  14. Fadeev, R., Chekanov, A., Solovieva, M., Bezborodova, O., Nemtsova, E., Dolgikh, N., Fadeeva, I., Senotov, A., Kobyakova, M., Evstratova, Y., Yakubovskaya, R., and Akatov, V. (2019) Improved anticancer effect of recombinant protein Iztrail combined with Sorafenib and peptide iRGD, Int. J. Mol. Sci., 20, 525, https://doi.org/10.3390/ijms20030525.
  15. Degli-Esposti, M. A., Smolak, P. J., Walczak, H., Waugh, J., Huang, C. P., DuBose, R. F., Goodwin, R. G., and Smith, C. A. (1997) Cloning and characterization of TRAIL-R3, a novel member of the emerging TRAIL receptor family, J. Exp. Med., 186, 1165-1170, https://doi.org/10.1084/jem.186.7.1165.
  16. Degli-Esposti, M. A., Dougall, W. C., Smolak, P. J., Waugh, J. Y., Smith, C. A., and Goodwin, R. G. (1997) The novel receptor TRAIL-R4 induces NF-kappaB and protects against TRAIL-mediated apoptosis, yet retains an incomplete death domain, Immunity, 7, 813-820, https://doi.org/10.1016/s1074-7613(00)80399-4.
  17. Walczak, H., Degli-Esposti, M. A., Johnson, R. S., Smolak, P. J., Waugh, J. Y., Boiani, N., Timour, M. S., Gerhart, M. J., Schooley, K. A., Smith, C. A., Goodwin, R. G., and Rauch, C. T. (1997) TRAIL-R2: a novel apoptosis-mediating receptor for TRAIL, EMBO J., 16, 5386-5397, https://doi.org/10.1093/emboj/16.17.5386.
  18. Pan, G., O’Rourke, K., Chinnaiyan, A. M., Gentz, R., Ebner, R., Ni, J., and Dixit, V. M. (1997) The receptor for the cytotoxic ligand TRAIL, Science, 276, 111-113, https://doi.org/10.1126/science.276.5309.111.
  19. Stolfi, C., Pallone, F., and Monteleone, G. (2012) Molecular targets of TRAIL-sensitizing agents in colorectal cancer, Int. J. Mol. Sci., 13, 7886-7901, https://doi.org/10.3390/ijms13077886.
  20. Wajant, H. (2019) Molecular mode of action of TRAIL receptor agonists – common principles and their translational exploitation, Cancers, 11, 954, https://doi.org/10.3390/cancers11070954.
  21. Pimentel, J. M., Zhou, J.-Y., and Wu, G. S. (2023) The role of TRAIL in Apoptosis and immunosurveillance in cancer, Cancers, 15, 2752, https://doi.org/10.3390/cancers15102752.
  22. Beyer, K., Baukloh, A.-K., Stoyanova, A., Kamphues, C., Sattler, A., and Kotsch, K. (2019) Interactions of tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) with the immune system: implications for inflammation and cancer, Cancers, 11, 1161, https://doi.org/10.3390/cancers11081161.
  23. Guicciardi, M. E., Bronk, S. F., Werneburg, N. W., and Gores, G. J. (2007) cFLIPL prevents TRAIL-induced apoptosis of hepatocellular carcinoma cells by inhibiting the lysosomal pathway of apoptosis, Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol., 292, G1337-G1346, https://doi.org/10.1152/ajpgi.00497.2006.
  24. Smyth, P., Sessler, T., Scott, C. J., and Longley, D. B. (2020) FLIP(L): the pseudo-caspase, FEBS J., 287, 4246-4260, https://doi.org/10.1111/febs.15260.
  25. Boatright, K. M., Deis, C., Denault, J.-B., Sutherlin, D. P., and Salvesen, G. S. (2004) Activation of caspases-8 and -10 by FLIP(L), Biochem. J., 382, 651-657, https://doi.org/10.1042/BJ20040809.
  26. Wang, Y., and Tjandra, N. (2013) Structural insights of tBid, the caspase-8-activated Bid, and its BH3 domain, J. Biol. Chem., 288, 35840-35851, https://doi.org/10.1074/jbc.M113.503680.
  27. Berthelet, J., and Dubrez, L. (2013) Regulation of apoptosis by inhibitors of apoptosis (IAPs), Cells, 2, 163-187, https://doi.org/10.3390/cells2010163.
  28. Cetraro, P., Plaza-Diaz, J., MacKenzie, A., and Abadía-Molina, F. (2022) A review of the current impact of inhibitors of apoptosis proteins and their repression in cancer, Cancers, 14, 1671, https://doi.org/10.3390/cancers14071671.
  29. Kasof, G. M., and Gomes, B. C. (2001) Livin, a novel inhibitor of apoptosis protein family member, J. Biol. Chem., 276, 3238-3246, https://doi.org/10.1074/jbc.M003670200.
  30. Deveraux, Q. L., Roy, N., Stennicke, H. R., Van Arsdale, T., Zhou, Q., Srinivasula, S. M., Alnemri, E. S., Salvesen, G. S., and Reed, J. C. (1998) IAPs block apoptotic events induced by caspase-8 and cytochrome c by direct inhibition of distinct caspases, EMBO J., 17, 2215-2223, https://doi.org/10.1093/emboj/17.8.2215.
  31. Alizadeh Zeinabad, H., and Szegezdi, E. (2022) TRAIL in the treatment of cancer: from soluble cytokine to nanosystems, Cancers, 14, 5125, https://doi.org/10.3390/cancers14205125.
  32. Montinaro, A., and Walczak, H. (2023) Harnessing TRAIL-induced cell death for cancer therapy: a long walk with thrilling discoveries, Cell Death Differ., 30, 237-249, https://doi.org/10.1038/s41418-022-01059-z.
  33. Dijk, M. V., Murphy, E., Morrell, R., Knapper, S., O’Dwyer, M., Samali, A., and Szegezdi, E. (2011) The proteasome inhibitor bortezomib sensitizes AML with myelomonocytic differentiation to TRAIL mediated apoptosis, Cancers, 3, 1329-1350, https://doi.org/10.3390/cancers3011329.
  34. Dubuisson, A., and Micheau, O. (2017) Antibodies and derivatives targeting DR4 and DR5 for cancer therapy, Antibodies, 6, 16, https://doi.org/10.3390/antib6040016.
  35. Singh, N., Baby, D., Rajguru, J., Patil, P., Thakkannavar, S., and Pujari, V. (2019) Inflammation and cancer, Ann. Afr. Med., 18, 121, https://doi.org/10.4103/aam.aam_56_18.
  36. Niu, J., Peng, D., and Liu, L. (2022) Drug resistance mechanisms of acute myeloid leukemia stem cells, Front. Oncol., 12, 896426, https://doi.org/10.3389/fonc.2022.896426.
  37. Jones, V. S., Huang, R.-Y., Chen, L.-P., Chen, Z.-S., Fu, L., and Huang, R.-P. (2016) Cytokines in cancer drug resistance: cues to new therapeutic strategies, Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer, 1865, 255-265, https://doi.org/10.1016/ j.bbcan.2016.03.005.
  38. Mirzaei, S. A., Dinmohammadi, F., Alizadeh, A., and Elahian, F. (2019) Inflammatory pathway interactions and cancer multidrug resistance regulation, Life Sci., 235, 116825, https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.116825.
  39. Sohrab, S. S., Raj, R., Nagar, A., Hawthorne, S., Paiva-Santos, A. C., Kamal, M. A., El-Daly, M. M., Azhar, E. I., and Sharma, A. (2023) Chronic inflammation’s transformation to cancer: a nanotherapeutic paradigm, Molecules, 28, 4413, https://doi.org/10.3390/molecules28114413.
  40. Safa, A. R., and Pollok, K. E. (2011) Targeting the anti-apoptotic protein c-FLIP for cancer therapy, Cancers, 3, 1639-1671, https://doi.org/10.3390/cancers3021639.
  41. Huang, Y., Yang, X., Xu, T., Kong, Q., Zhang, Y., Shen, Y., Wei, Y., Wang, G., and Chang, K. (2016) Overcoming resistance to TRAIL-induced apoptosis in solid tumor cells by simultaneously targeting death receptors, c-FLIP and IAPs, Int. J. Oncol., 49, 153-163, https://doi.org/10.3892/ijo.2016.3525.
  42. Werner, T. A., Nolten, I., Dizdar, L., Riemer, J. C., Schütte, S. C., Verde, P. E., Raba, K., Schott, M., Knoefel, W. T., and Krieg, A. (2018) IAPs cause resistance to TRAIL-dependent apoptosis in follicular thyroid cancer, Endocr. Relat. Cancer, 25, 295-308, https://doi.org/10.1530/ERC-17-0479.
  43. Zhao, X., Laver, T., Hong, S. W., Twitty, G. B., Jr., Devos, A., Devos, M., Benveniste, E. N., and Nozell, S. E. (2011) An NF-κB p65-cIAP2 link is necessary for mediating resistance to TNF-α induced cell death in gliomas, J. Neurooncol., 102, 367-381, https://doi.org/10.1007/s11060-010-0346-y.
  44. Micheau, O., Lens, S., Gaide, O., Alevizopoulos, K., and Tschopp, J. (2001) NF-κB signals induce the expression of c-FLIP, Mol. Cell. Biol., 21, 5299-5305, https://doi.org/10.1128/MCB.21.16.5299-5305.2001.
  45. Gupta, S. C., Sundaram, C., Reuter, S., and Aggarwal, B. B. (2010) Inhibiting NF-κB activation by small molecules as a therapeutic strategy, Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech., 1799, 775-787, https://doi.org/10.1016/ j.bbagrm.2010.05.004.
  46. Liu, T., Zhang, L., Joo, D., and Sun, S.-C. (2017) NF-κB signaling in inflammation, Signal Transduct. Target. Ther., 2, 17023, https://doi.org/10.1038/sigtrans.2017.23.
  47. Jeong, Y., Lim, J., and Kim, H. (2019) Lycopene inhibits reactive oxygen species-mediated NF-κB signaling and induces apoptosis in pancreatic cancer cells, Nutrients, 11, 762, https://doi.org/10.3390/nu11040762.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Жизнеспособность клеток ТНР-1НПК, ТНР-1ВПК и ТНР-1ЛПС после инкубации со 100 нг/мл izTRAIL в течение 1, 2, 4, 8 и 24 ч. Данные приведены в виде среднего значения ± SD (n ≥ 5). * р < 0,05 в сравнении c клетками THP-1 НПК

Скачать (139KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поверхностная экспрессия рецепторов к TRAIL у клеток ТНР-1НПК, THP-1ВПК и THP-1ЛПС. а – Число клеток в популяции THP-1ВПК и THP-1ЛПС, несущих проапоптотические рецепторы TRAIL-R1/DR4 или TRAIL-R2/DR5, в сравнении с клетками ТНР-1НПК. б – Средняя интенсивность флуоресценции (СИФ) антител APC anti-human CD261 (DR4) и PE anti-human CD262 (DR5) в клетках THP-1ВПК и THP-1ЛПС, несущих проапоптотические рецепторы TRAIL-R1/DR4 или TRAIL-R2/DR5, в сравнении с клетками ТНР-1НПК. в – Гистограммы экспрессии антиапоптотических рецепторов TRAIL-R3/DсR1 и TRAIL-R4/DсR2 на поверхности клеток ТНР-1НПК, THP-1ВПК и THP-1ЛПС. Isotype – контроль изотипа антител. По оси ординат представлено число анализируемых событий. Данные приведены в виде среднего значения ± SD (n ≥ 5). * р < 0,05 в сравнении c клетками THP-1 НПК

Скачать (331KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ активации внутриклеточного TRAIL-зависимого проапоптотического сигнального пути в TRAIL-резистентных клетках THP-1ВПК и THP-1ЛПС. Содержание белков FADD (а), cFLIP (б) и прокаспазы 8 (в) в клетках THP-1ВПК (1 столбец), THP-1НПК (2 столбец) и THP-1ЛПС (3 столбец) относительно референсного белка GAPDH. Содержание белков каспазы 8 (г) и tBid (д) в клетках THP-1ВПК (1 столбец), THP-1НПК (2 столбец) и THP-1ЛПС (3 столбец) до и после 1 и 2 ч обработки 100 нМ izTRAIL относительно референсного белка GAPDH. Cредняя интенсивность флуоресценции (СИФ) AMC (е) и число клеток, содержащих cleaved PARP1/2 (Asp214) (ж), в популяции ТНР-1НПК, THP-1ВПК и ТНР-1ЛПС до и после 1, 2, 4 и 8 ч обработки 100 нг/мл izTRAIL относительно референсного белка GAPDH. Данные приведены в виде среднего значения ± SD (n ≥ 5). * р < 0,05 в сравнении c клетками THP-1 в НПК

Скачать (444KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Уровень экспрессии мРНК генов белков семейства IAPs (BIRC) в клетках THP-1ВПК и THP-1ЛПС в сравнении с клетками THP-1НПК. Данные приведены в виде среднего значения ± SD (n ≥ 5). * р < 0,05 в сравнении c клетками THP-1 в НПК

Скачать (88KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024