1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Цитология
  4. T. 65, № 3, 2023

Цитология, 2023, T. 65, № 3, стр. 283-294

Наночастицы диоксида титана подавляют энтоз в культуре аденокарциномы молочной железы человека MCF-7

О. П. Кисурина-Евгеньева 1, *, М. А. Савицкая 1, Д. С. Смешнова 1, Г. Е. Онищенко 1

1 Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Россия

* E-mail: evgengeva@mail.ru

Поступила в редакцию 31.10.2022
После доработки 09.02.2023
Принята к публикации 21.02.2023

Аннотация

Наночастицы TiO2 широко применяются в промышленности, фармакологии, медицине. В последнее время предлагается использовать наночастицы TiO2 для адресной доставки химиотерапевтических препаратов, что может привести к увеличению локальной концентрации TiO2 и оказать влияние на протекающие в опухоли процессы, в т.ч. на энтоз (внедрение одной опухолевой клетки в другую). В настоящей работе проведено исследование влияния наночастиц TiO2 (частиц минерала анатаз размером менее 25 нм и частиц, состоящих из смеси анатаза и рутила, размером менее 75 нм в концентрации 1, 10 или 100 мкг/мл в течение 72 ч) на процесс энтоза в культуре клеток аденокарциномы молочной железы человека MCF-7. Культивирование клеток в присутствии разных типов наночастиц TiO2 замедляет пролиферацию и вызывает уменьшение числа энтозов. Элементный анализ с помощью аналитической электронной микроскопии выявил присутствие TiO2 в эндосомном компартменте, в цитозоле и во внеклеточном пространстве. Методом иммунохимического окрашивания показано, что оба типа наночастиц TiO2 в концентрации 10 мкг/мл нарушают образование адгезивных контактов, в т.ч. и на ранних стадиях энтоза. Воздействие частиц анатаза индуцирует транслокацию белка р53 в ядра клеток. В целом, использованные в работе наночастицы TiO2 ингибируют энтоз в клетках культуры MCF-7, нарушая адгезивные контакты и препятствуя процессу внедрения. Однако можно предположить, что нарушение адгезивных контактов способно усиливать подвижность опухолевых клеток и метастазирование.

Ключевые слова: адгезивные контакты, диоксид титана, наночастицы, р53, энтоз

Список литературы

  1. Кисурина-Евгеньева О.П., Хашба Л.А., Савицкая М.А., Онищенко Г.Е. 2018. Энтоз и клеточный цикл в культуре опухолевых клеток. Цитология. Т. 60. № 9. С. 693. (Kisurina-Evgenieva O.P., Khashba L.A., Mamichev I.A., Savitskaya M.A., Onishchenko G.E. 2019. Entosis and cell cycle in tumor cell culture. Cell. Tissue Biol. V. 13. P. 8.). https://doi.org/10.1134/S1990519X19010073

  2. Чумаков П.М. 2007. Белок р53 и его универсальные функции в многоклеточном организме. Успехи биол. химии. Т. 47. С. 3. (Chumakov P. M. 2007. Versatile functions of p53 protein in multicellular organisms. Biochemistry (Mosc). V. 72. № 13. P.1399.) https://doi.org/10.1134/s0006297907130019

  3. Biola-Clier M., Gaillard J.-C., Rabilloud T., Armengaud J., Carriere M. 2020. Titanium dioxide nanoparticles alter the cellular phosphoproteome in A549 cells. Nanomaterials. V. 10. P. 185. https://doi.org/10.3390/nano10020185

  4. Ding L., Li J., Huang R., Liu Z., Li C., Yao S., Wang J., Qi D., Li N., Pi J. 2016. Salvianolic acid B protects against myocardial damage caused by nanocarrier TiO2; and synergistic anti-breast carcinoma effect with curcumin via codelivery system of folic acid-targeted and polyethylene glycol-modified TiO2 nanoparticles. Int. J. Nanomedicine. V. 11. P. 5709. https://doi.org/10.2147/IJN.S107767

  5. Durgan J., Tseng Y.Y., Hamann J.C., Domart M.C., Collinson L., Hall A., Overholtzer M., Florey O. 2017. Mitosis can drive cell cannibalism through entosis. Elife. V. 6. P. e27134. https://doi.org/10.7554/eLife.27134

  6. Fage S.W., Muris J., Jakobsen S. S., Thyssen J.P. 2016. Titanium: a review on exposure, release, penetration, allergy, epidemiology, and clinical reactivity. Contact Dermatitis. V. 74. P. 323. https://doi.org/10.1111/cod.12565

  7. Frohlich E. 2013. Cellular targets and mechanisms in the cytotoxic action of non-biodegradable engineered nanoparticles. Curr. Drug Metab. V. 14. P. 976. https://doi.org/10.2174/1389200211314090004

  8. Garanina A.S., Kisurina-Evgenieva O.P., Erokhina M.V., Smirnova E.A., Factor V.M., Onishchenko G.E. 2017. Consecutive entosis stages in human substrate-dependent cultured cells. Sci. Rep. V. 7. P. 12555. https://doi.org/10.1038/s41598-017-12867-6

  9. Hanot-Roy M., Tubeuf E., Guilbert A., Bado-Nilles A., Vigneron P., Trouiller B., Braun A., Lacroix G. 2016. Oxidative stress pathways involved in cytotoxicity and genotoxicity of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles on cells constitutive of alveolo-capillary barrier in vitro. Toxicol. In Vitro. V. 33. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2016.01.013

  10. Hurum D.C., Gray K.A., Rajh T., Thurnauer M.C. 2005. Recombination pathways in the degussa P25 formulation of TiO2: surface versus lattice mechanisms. J. Phys. Chem. V. 109. P. 977. https://doi.org/10.1021/jp045395d

  11. Krajcovic M., Johnson N.B., Sun Q., Normand G., Hoover N., Yao E., Richardson A.L., King R.W., Cibas E.S., Schnitt S.J., Brugge J.S., Overholtzer M. 2011. A non-genetic route to aneuploidy in human cancers. Nat. Cell Biol. V. 13. P. 324. https://doi.org/10.1038/ncb2174

  12. Krishna S., Overholtzer M. 2016. Mechanisms and consequences of entosis. Cell Mol. Life Sci. V. 73. P. 2379. https://doi.org/10.1007/s00018-016-2207-0

  13. Lagopati N., Tsilibary E.-P., Falaras P., Papazafiri P., Pavlatou E.A., Kotsopoulou E., Kitsiou1 P. 2014. Effect of nanostructured TiO2 crystal phase on photoinduced apoptosis of breast cancer epithelial cells. Int. J. Nanomedicine. V. 9. P. 3219. https://doi.org/10.2147/IJN.S62972

  14. Liang J., Niu Z., Zhang B., Yu X., Zheng Y., Wang C., Ren H., Wang M., Ruan B., Qin H., Zhang X., Gu S., Sai X., Tai Y., Gao L., et al. 2021. p53-dependent elimination of aneuploid mitotic offspring by entosis. Cell Death. Differ. V. 28. P. 799. https://doi.org/10.1038/s41418-020-00645-3

  15. Overholtzer M., Brugge J.S. 2008. The cell biology of cell-in-cell structures. Nature Rev. Mol. Cell Biol. V. 9. P. 796. https://doi.org/10.1038/nrm2504

  16. Overholtzer M., Mailleux A.A., Mouneimne G., Normand G., Schnitt S.J., King R.W., Cibas E.S., Brugge J.S. 2007. A nonapoptotic cell death process, entosis, that occurs by cell-in-cell invasion. Cell. V. 131. P. 966. https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.10.040

  17. Rossi E.M., Pylkkänen L., Koivisto A.J., Vippola M., Jensen K.A., Miettinen M., Sirola K., Nykäsenoja H., Karisola P., Stjernvall T., Vanhala E., Kiilunen M., Pasanen P., Mäkinen M., Hämeri K., et al. 2010. Airway exposure to silica-coated TiO2 nanoparticles induces pulmonary neutrophilia in mice. Toxicol. Sci. V. 113. P. 422. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfp254

  18. Sayes C.M., Wahi R., Kurian P.A., Liu Y., West J.L., Ausman K.D., Warheit D.B., Colvin V.L. 2006. Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells. Toxicol. Sci. V. 92. P. 174. https://doi.org/10.1093/TOXSCI/KFJ197

  19. Sayes C.M., Wahi R., Kurian P.A., Liu Y., West J.L., Ausman K.D., Warheit D.B., Colvin V.L. 2006. Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells. Toxicol. Sci. V. 92. P. 174. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfj197

  20. Setyawati M.I., Tay C.Y., Chia S.L., Goh S.L., Fang W., Neo M.J., Chong H.C., Tan S. M., Loo S. C.J., Ng K.W., Xie J.P., Ong C.N., Tan N.S., Leong D.T. 2013. Titanium dioxide nanomaterials cause endothelial cell leakiness by disrupting the homophilic interaction of VE–cadherin. Nat. Commun. V. 4. P. 1673. https://doi.org/10.1038/ncomms2655

  21. Sun Q., Cibas E.S., Huang H., Hodgson L., Overholtzer M. 2014. Induction of entosis by epithelial cadherin expression. Cell Res. V. 24. P. 1288. https://doi.org/10.1038/cr.2014.137

  22. Sund J., Palomäki J., Ahonen N., Savolainen K., Alenius H., Puustinen A. 2014. Phagocytosis of nano-sized titanium dioxide triggers changes in protein acetylation. J. Proteomics. V. 108. P. 469. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2014.06.011

  23. Sydor M.J., Anderson D.S., Steele H.B.B., Ross J.B.A., Holian A. 2020. Effects of titanium dioxide and zinc oxide nano-materials on lipid order in model membranes. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. V. 1862. P. 183313. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2020.183313

  24. Trang N.T.K., Dong V.P., Hoon Y. 2021. Cellular effects of ultraviolet-radiated reduced-titanium dioxide nanoparticles on human hypopharyngeal adenocarcinoma cells. J. Nanosci. Nanotechnol. V. 21. P. 3656. https://doi.org/10.1166/jnn.2021.19172

  25. Wang J., Zhou G., Chen C., Yu H., Wang T., Ma Y., Jia C., Gao Y., Li B., Sun J., Li Y., Fang Jiao, Zhao Y., Chai Z. 2007. Acute toxicity and biodistribution of different sized titanium dioxide particles in mice after oral administration. Toxicol. Lett. V. 168. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2006.12.001

  26. Wang Y., Cui H., Zhou J., Li F., Wang J., Chen M., Liu Q. 2015. Cytotoxicity, DNA damage, and apoptosis induced by titanium dioxide nanoparticles in human non-small cell lung cancer A549 cells. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. V. 22. P. 5519. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3717-7

  27. Warheit D.B., Webb T.R., Sayes C.M., Colvin V.L., Reed K.L. 2006. Pulmonary instillation studies with nanoscale TiO2 rods and dots in rats: toxicity is not dependent upon particle size and surface area. Toxicol. Sci. V. 91. P. 227. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfj140

  28. Zeng L., Pan Y., Tian Y., Wang X., Ren W., Wang S., Lu G., Wu A. 2015. Doxorubicin-loaded NaYF 4: Yb/Tm–TiO2 inorganic photosensitizers for NIR-triggered photodynamic therapy and enhanced chemotherapy in drug-resistant breast cancers. Biomaterials. V. 57. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.04.006

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Цитология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал