Влияние хлорохина на экспрессию генов апоптоза и аутофагии в клетках MOLT-3 и IMR-32

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Целью исследования было сравнить влияние хлорохина (CQ) на экспрессию генов апоптоза и аутофагии в клетках двух опухолевых линий – лейкемии MOLT-3 и нейробластомы IMR-32, культивируемых в полных ростовых и бессывороточных средах RPMI-1640 и DMEM соответственно в течение 24 и 48 ч. Жизнеспособность клеток оценивали методом МТТ, экспрессию генов – методом ПЦР в реальном времени. Для теста МТТ клетки инкубировали с 10–100 мкМ CQ. Для изучения экспрессии генов апоптоза (CASP3, BAX, BCL2) и аутофагии (ULK1, BECN1, MAP1LC3B) использовали 30 и 50 мкМ CQ, которые оказывали значительный ингибирующий эффект на жизнеспособность клеток обеих линий, но не приводили к их полной гибели. Чувствительность клеток обеих линий к CQ была выше в бессывороточной среде, однако экспрессия генов апоптоза и аутофагии в них сильно различалась. В клетках MOLT-3 уровень мРНК проапоптотических генов CASP3 и BAX увеличивался после 24 ч инкубации в бессывороточной среде, в то время как в клетках IMR-32 повышение экспрессии этих генов наблюдалось только после 48 ч в присутствии более высокой концентрации CQ. В клетках обеих линий после 24-часовой обработки CQ увеличивалась экспрессия антиапоптотического гена BCL2. В клетках MOLT-3 в условиях недостатка питательных веществ наблюдались различные комбинации стимуляции генов всех трех этапов аутофагии ULK1, BECN1 и MAP1LC3B, но ни одна из схем обработки не оказала влияния на экспрессию генов ULK1 и MAP1LC3B в клетках IMR-32. Таким образом, 24-часовая обработка CQ в условиях сывороточного голодания является более оптимальной для модулирования аутофагии в клетках MOLT-3. В клетках IMR-32 CQ не оказывает значительного влияния на экспрессию генов аутофагии, а снижение их жизнеспособности связано с активацией других механизмов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Прокопенко

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nagalak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Т. В. Соколова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: nagalak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

О. В. Надей

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: nagalak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. Д. Трубникова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: nagalak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Н. И. Агалакова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: nagalak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Chern YJ, Tai IT (2020) Adaptive response of resistant cancer cells to chemotherapy. Cancer Biol Med 17(4): 842–863. https://doi.org/10.20892/j.issn.2095-3941.2020.0005
  2. Weng X, Zeng WH, Zhong LY, Xie LH, Ge WJ, Lai Z, Qin Q, Liu P, Cao DL, Zeng X (2024) The molecular mechanisms of chemotherapeutic resistance in tumors (Review). Oncol Rep 52(5): 157. https://doi.org/10.3892/or.2024.8816
  3. Fong W, To KKW (2021) Repurposing chloroquine analogs as an adjuvant cancer therapy. Recent Pat. Anticancer Drug Discov 16(2): 204–221. https://doi.org/10.2174/1574892815666210106111012
  4. Mohsen S, Sobash PT, Algwaiz GF, Nasef N, Al-Zeidaneen SA, Karim NA (2022) Autophagy agents in clinical trials for cancer therapy: A brief review. Curr Oncol 29(3): 1695–1708. https://doi.org/10.3390/curroncol29030141
  5. Agalakova NI (2024) Chloroquine and chemotherapeutic compounds in experimental cancer treatment. Int J Mol Sci 25(2): 945. https://doi.org/10.3390/ijms25020945
  6. De Sanctis JB, Charris J, Blanco Z, Ramírez H, Martínez GP, Mijares MR (2023) Molecular mechanisms of chloroquine and hydroxychloroquine used in cancer therapy. Anticancer Agents Med Chem 23(10): 1122–1144. https://doi.org/10.2174/1871520622666220519102948
  7. Hassan AM, Zhao Y, Chen X, He C (2024) Blockage of autophagy for cancer therapy: A comprehensive review. Int J Mol Sci. 25(13): 7459. https://doi.org/10.3390/ijms25137459
  8. Noguchi M, Hirata N, Tanaka T, Suizu F, Nakajima H, Chiorini JA (2020) Autophagy as a modulator of cell death machinery. Cell Death Dis 11: 517. https://doi.org/10.1038/s41419-020-2724-5
  9. Russell RC, Guan KL (2022) The multifaceted role of autophagy in cancer. EMBO J 41(13): e110031. https://doi.org/10.15252/embj.2021110031
  10. Hama Y, Ogasawara Y, Noda NN (2023) Autophagy and cancer: Basic mechanisms and inhibitor development. Cancer Sci 114(7): 2699–2708. https://doi.org/10.1111/cas.15803
  11. He L, Zhang J, Zhao J, Ma N, Kim SW, Qiao S, Ma X (2018) Autophagy: The Last Defense against Cellular Nutritional Stress. Adv Nutr 9(4): 493–504. https://doi.org/10.1093/advances/nmy011
  12. Prerna K, Dubey VK (2022) Beclin1-mediated interplay between autophagy and apoptosis: New understanding. Int J Biol Macromol 204: 258–273. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.02.005
  13. Skrzeszewski M, Maciejewska M, Kobza D, Gawrylak A, Kieda C, Waś H (2024) Risk factors of using late-autophagy inhibitors: Aspects to consider when combined with anticancer therapies. Biochem Pharmacol 225: 116277. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2024.116277
  14. Trubnikova AD, Prokopenko ES, Sokolova TV, Nadei OV, Agalakova NI (2023) Expression of apoptosis and autophagy genes in HeLa and Hek 293 cells under conditions of nutrient deprivation. J Evol Biochem Phys 59: 2304–2314. https://doi.org/10.1134/S0022093023060315
  15. Racz GA, Nagy N, Tovari J, Apati A, Vertessy BG (2021) Identification of new reference genes with stable expression patterns for gene expression studies using human cancer and normal cell lines. Sci Rep 11: 19459. https://doi.org/10.1038/s41598-021-98869-x
  16. Zhang T, Yu J, Cheng S, Zhang Y, Zhou CH, Qin J, Luo H (2023) Research progress on the anticancer molecular mechanism of targets regulating cell autophagy. Pharmacology 108(3): 224–237. https://doi.org/10.1159/000529279
  17. Rahman MA, Saikat AS, Rahman MS, Islam M, Parvez MA, Kim B (2023) Recent update and drug target in molecular and pharmacological insights into autophagy modulation in cancer treatment and future progress. Cells 12(3): 458. https://doi.org/10.3390/cells12030458
  18. Mulcahy Levy JM, Zahedi S, Griesinger AM, Morin A, Davies KD, Aisner DL, Kleinschmidt-DeMasters BK, Fitzwalter BE, Goodall ML, Thorburn J, Amani V, Donson AM, Birks DK, Mirsky DM, Hankinson TC, Handler MH, Green AL, Vibhakar R, Foreman NK, Thorburn A (2017) Autophagy inhibition overcomes multiple mechanisms of resistance to BRAF inhibition in brain tumors. Elife 6: e19671. https://doi.org/10.7554/eLife.19671
  19. Müller A, Weyerhäuser P, Berte N, Jonin F, Lyubarskyy B, Sprang B, Kantelhardt SR, Salinas G, Opitz L, Schulz-Schaeffer W, Giese A, Ella L, Kim EL (2023) Concurrent Activation of Both Survival-Promoting and Death-Inducing Signaling by Chloroquine in Glioblastoma Stem Cells: Implications for Potential Risks and Benefits of Using Chloroquine as Radiosensitizer. Cells 12(9): 1290. https://doi.org/10.3390/cells12091290
  20. Kazakova D, Shimamura M, Kurashige T, Hamada K, Nagayama Y (2022) Re-evaluation of the role of autophagy in thyroid cancer treatment. Endocr J 69(7): 847–862. https://doi.org/10.1507/endocrj.EJ22-0017
  21. Mauthe M, Orhon I, Rocchi C, Zhou X, Luhr M, Hijlkema KJ, Coppes RP, Engedal N, Mari M, Reggiori F (2018) Chloroquine inhibits autophagic flux by decreasing autophagosome-lysosome fusion. Autophagy 48: 1435–1455. https://doi.org/10.1080/15548627.2018.1474314
  22. Choi DS, Blanco E, Kim YS, Rodriguez AA, Zhao H, Huang TH, Chen CL, Jin G, Landis MD, Burey LA, Qian W, Granados SM, Dave B, Wong HH, Ferrari M, Wong ST, Chang JC (2014) Chloroquine eliminates cancer stem cells through deregulation of Jak2 and DNMT1. Stem Cells 32: 2309–2323. https://doi.org/10.1002/stem.1746
  23. Duarte D, Vale N (2016) New trends for antimalarial drugs: Synergism between antineoplastics and antimalarials on breast cancer cells. Biomolecules 10: 1623. https://doi.org/10.3390/biom10121623
  24. Liang DH, Choi DS, Ensor JE, Kaipparettu BA, Bass BL, Chang JC (2016) The autophagy inhibitor chloroquine targets cancer stem cells in triple negative breast cancer by inducing mitochondrial damage and impairing DNA break repair. Cancer Lett 376: 249–258. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2016.04.002
  25. El-Gowily AH, Loutfy SA, Ali EM, Mohamed TM, Mansour MA (2021) Tioconazole and chloroquine act synergistically to combat doxorubicin-induced toxicity via inactivation of PI3K/AKT/mTOR signaling mediated ROS-dependent apoptosis and autophagic flux inhibition in MCF-7 breast cancer cells. Pharmaceuticals (Basel) 14(3): 254. https://doi.org/10.3390/ph14030254
  26. Pagotto A, Pilotto G, Mazzoldi EL, Nicoletto MO, Frezzini S, Pastò A, Amadori A (2017) Autophagy inhibition reduces chemoresistance and tumorigenic potential of human ovarian cancer stem cells. Cell Death Dis 8(7): e2943. https://doi.org/10.1038/cddis.2017.327
  27. Fukuda T, Oda K, Wada-Hiraike O, Sone K, Inaba K, Ikeda Y, Miyasaka A, Kashiyama T, Tanikawa M, Arimoto T, Kuramoto H, Yano T, Kawana K, Osuga Y, Fujii T (2015) The anti-malarial chloroquine suppresses proliferation and overcomes cisplatin resistance of endometrial cancer cells via autophagy inhibition. Gynecol Oncol 137(3): 538–545. https://doi.org/10.1016/j.ygyno.2015.03.053
  28. Lin YC, Lin JF, Wen SI, Yang SC, Tsai TF, Chen HE, Chou KY, Hwang TI (2017) Chloroquine and hydroxychloroquine inhibit bladder cancer cell growth by targeting basal autophagy and enhancing apoptosis. Kaohsiung J Med Sci 33(5): 215–223. https://doi.org/10.1016/j.kjms.2017.01.004
  29. Fauzi YR, Nakahata S, Chilmi S, Ichikawa T, Nueangphuet P, Yamaguchi R, Nakamura T, Shimoda K, Morishita K (2021) Antitumor effects of chloroquine/hydroxychloroquine mediated by inhibition of the NF-κB signaling pathway through abrogation of autophagic p47 degradation in adult T-cell leukemia/lymphoma cells. PLoS One 16(8): e0256320. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0256320
  30. Kim EL, Wüstenberg R, Rübsam A, Schmitz-Salue C, Warnecke G, Bücker EM, Pettkus N, Speidel D, Rohde V, Schulz-Schaeffer W, Deppert W, Giese A (2010) Chloroquine activates the p53 pathway and induces apoptosis in human glioma cells. Neuro-Oncol 12(4): 389–400. https://doi.org/10.1093/neuonc/nop046
  31. Hu T, Li P, Luo Z, Chen X, Zhang J, Wang C, Chen P, Dong Z (2016) Chloroquine inhibits hepatocellular carcinoma cell growth in vitro and in vivo. Oncol Rep 35(1): 43–49. https://doi.org/10.3892/or.2015.4380
  32. Lakhter AJ, Sahu RP, Sun Y, Kaufmann WK, Androphy EJ, Travers JB, Naidu SR (2013) Chloroquine promotes apoptosis in melanoma cells by inhibiting BH3 domain-mediated PUMA degradation. J Invest Dermatol 133(9): 2247–2254. https://doi.org/10.1038/jid.2013.56
  33. Balic A, Sørensen MD, Trabulo SM, Sainz B Jr, Cioffi M, Vieira CR, Miranda-Lorenzo I, Hidalgo M, Kleeff J, Erkan M, Heeschen C (2014) Chloroquine targets pancreatic cancer stem cells via inhibition of CXCR4 and hedgehog signaling. Mol Cancer Ther 13(7): 1758–1771. https://doi.org/10.1158/1535-7163.MCT-13-0948
  34. Niemann B, Puleo A, Stout C, Markel J, Boone BA (2022) Biologic functions of hydroxychloroquine in disease: from COVID-19 to cancer. Pharmaceutics 14: 2551. https://doi.org/.3390/ pharmaceutics14122551
  35. Nakano K, Masui T, Yogo A, Uchida Y, Sato A, Kasai Y, Nagai K, Anazawa T, Kawaguchi Y, Uemoto S (2020) Chloroquine induces apoptosis in pancreatic neuro‐endocrine neoplasms via endoplasmic reticulum stress. Endocr Relat Cancer 27: 431–439. https://doi.org/10.1530/ERC-20-0028
  36. Zalckvar E, Berissi H, Eisenstein M, Kimchi A (2009) Phosphorylation of Beclin 1 by DAP-kinase promotes autophagy by weakening its interactions with Bcl-2 and Bcl-XL. Autophagy 5(5): 720–722. https://doi.org/10.4161/auto.5.5.8625
  37. Ye J, Zhang J, Zhu Y, Wang L, Jiang X, Liu B, He G. (2023) Targeting autophagy and beyond: Deconvoluting the complexity of Beclin-1 from biological function to cancer therapy. Acta Pharm Sin B. 13(12): 4688–4714. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.08.008
  38. Mattiolo P, Yuste VJ, Boix J, Ribas J (2015) Autophagy exacerbates caspase-dependent apoptotic cell death after short times of starvation. Biochem Pharmacol 98(4): 573–586. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2015.09.021

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Жизнеспособность клеток MOLT-3 и IMR-32 после культивирования с 10–100 мкМ CQ в полных и бессывороточных средах в течение 24 и 48 ч. Представлены средние значения ± SE (n = 8 − 15) для каждой линии клеток. Уровень жизнеспособности клеток, растущих в контрольных условиях, принят за 100% и показан в виде красной прерывистой линии. CQ (10–100) – хлорохин в разных концентрациях. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** р < 0.001 по сравнению с контролем (однофакторный анализ ANOVA для множественных сравнений с апостериорным тестом Даннетта).

Скачать (387KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние 30 и 50 мкМ CQ на относительную экспрессию гена CASP3 в клетках MOLT-3 и IMR-32 в полной и бессывороточной средах RPMI-1640 и DMEM соответственно после 24- и 48-часовой культивирования. Данные нормализованы относительно референсного гена CNOT4. Показаны медианы и межквартильные диапазоны (n = 5 − 7). Cont – контроль, CQ30 – 30 мкМ хлорохина, CQ50 – 50 мкМ хлорохина. * р ˂ 0.05, ** р ˂ 0.01 по сравнению с контролем (тест Краскела–Уоллиса для множественных сравнений с апостериорным тестом Данна).

Скачать (254KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение экспрессии гена BAX в клетках MOLT-3 и IMR-32 после 24- и 48-часовой инкубации с разными концентрациями CQ в средах с сывороткой и без нее. Показаны медианы и межквартильные диапазоны (n = 5 − 7). Cont – контроль, CQ30 – 30 мкМ хлорохина, CQ50 – 50 мкМ хлорохина. * р ˂ 0.05, ** p < 0.01 по сравнению с контролем (тест Краскела–Уоллиса с апостериорным тестом Данна).

Скачать (245KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние CQ на экспрессию гена BCL2 в клетках линий MOLT-3 и IMR-32 после 24- и 48-часовой инкубации в полных и бессывороточных средах. Показаны медианы и межквартильные диапазоны (n = 5 − 7). Cont – контроль, CQ30 – 30 мкМ хлорохина, CQ50 – 50 мкМ хлорохина. * р ˂ 0.05, ** p < 0.01 по сравнению с контролем для клеток каждой линии (тест Краскела–Уоллиса с апостериорным тестом Данна).

Скачать (250KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Уровни мРНК гена аутофагии ULK1 после обработки клеток MOLT-3 и IMR-32 разными концентрациями CQ в средах с сывороткой и без нее в течение 24 и 48 ч. Показаны медианы и межквартильные диапазоны (n = 5 − 7). Cont – контроль, CQ30 – 30 мкМ хлорохина, CQ50 – 50 мкМ хлорохина. * р ˂ 0.05 по сравнению с контролем (тест Краскела–Уоллиса с апостериорным тестом Данна).

Скачать (265KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Влияние 30 и 50 мкМ CQ на экспрессию гена BECN1 в клетках линий MOLT-3 и IMR-32 после 24- и 48-часовой инкубации в полных и бессывороточных средах. Показаны медианы и межквартильные диапазоны (n = 5 − 7). Cont – контроль, CQ30 – 30 мкМ хлорохина, CQ50 – 50 мкМ хлорохина. * р ˂ 0.05, ** р < 0.01 по сравнению с контролем для клеток каждой линии (тест Краскела–Уоллиса с апостериорным тестом Данна).

Скачать (262KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Экспрессия гена аутофагии MAP1LC3B в клетках MOLT-3 и IMR-32 после инкубации с различными концентрациями CQ в разных средах. Показаны медианы и межквартильные диапазоны (n = 5 − 7). Cont – контроль, CQ30 – 30 мкМ хлорохина, CQ50 – 50 мкМ хлорохина. * p < 0.05, ** p < 0.01 по сравнению с контролем для клеток каждой линии (тест Краскела–Уоллиса с апостериорным тестом Данна).

Скачать (256KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025