Молекулярная биология, 2022, T. 56, № 5, стр. 764-773

Блокирование двух альтернативных путей выживания клеток КАСУМИ-1 с помощью рибонуклеазы биназы и ингибитора киназ AKT1/2

В. А. Митькевич ab*, И. Ю. Петрушанко a, М. Г. Энгельгардт a, О. И. Кечко a, А. А. Макаров a

a Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук
119991 Москва, Россия

b Институт фундаментальной медицины и биологии, Казанский (Приволжский) федеральный университет
420008 Казань, Россия

* E-mail: mitkevich@gmail.com

Поступила в редакцию 11.03.2022
После доработки 01.04.2022
Принята к публикации 01.04.2022

Аннотация

Лечение злокачественных новообразований зачастую требует использования комбинаций химиотерапевтических средств. Однако, чтобы подобрать комбинации, эффективные против конкретных опухолевых клеток, необходимо понимать механизмы действия препаратов, входящих в состав комбинации. Рибонуклеаза Bacillus pumilus (биназа) рассматривается в качестве адъювантного противоопухолевого средства, причем чувствительность злокачественных клеток к апоптогенному действию биназы зависит от определенных онкогенов. В линии клеток острого миелогенного лейкоза Касуми-1 биназа блокирует путь пролиферации, опосредованный мутантной тирозинкиназой KIT, что, как показано в нашей работе, активирует альтернативный путь пролиферации через AKT-киназу. В клетках Касуми-1 биназа в сочетании с ингибитором Akt1/2 индуцирует апоптоз, при этом их токсические эффекты складываются: ингибитор Akt1/2 блокирует путь, индуцируемый биназой, после подавления KIT-зависимого пути. Таким образом комбинация биназы и ингибиторов AKT-киназ может эффективно блокировать различные пути пролиферации опухолевых клеток и использоваться для их элиминации.

Ключевые слова: рибонуклеаза, злокачественные клетки, противоопухолевая терапия, путь пролиферации, острый миелогенный лейкоз

Список литературы

  1. Pan S.T., Li Z.L., He Z.X., Qiu J.X., Zhou S.F. (2016) Molecular mechanisms for tumour resistance to chemotherapy. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 43, 723–737.

  2. Mironova N., Vlassov V. (2019) Surveillance of tumour development: the relationship between tumour-associated rnas and ribonucleases. Front. Pharmacol. 10, 1019.

  3. Gotte G., Menegazzi M. (2019) Biological activities of secretory RNases: focus on their oligomerization to design antitumor drugs. Front. Immunol. 10, 2626.

  4. Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Makarov A.A. (2019) RNases disrupt the adaptive potential of malignant cells: perspectives for therapy. Front. Pharmacol. 10, 922.

  5. Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Spirin P.V., Fedorova T.V., Kretova O.V., Tchurikov N.A., Prassolov V.S., Ilinskaya O.N., Makarov A.A. (2011) Sensitivity of acute myeloid leukemia Kasumi-1 cells to binase toxic action depends on the expression of KIT and AML1-ETO oncogenes. Cell Cycle. 10, 4090–4097.

  6. Sen’kova A.V., Mironova N.L., Patutina O.A., Mitke-vich V.A., Markov O.V., Petrushanko I.Y., Burnysheva K.M., Zenkova M.A., Makarov A.A. (2014) Ribonuclease binase decreases destructive changes of the liver and restores its regeneration potential in mouse lung carcinoma model. Biochimie. 101, 256–259.

  7. Mitkevich V.A., Burnysheva K.M., Petrushanko I.Y., Adzhubei A.A., Schulga A.A., Chumakov P.M., Makarov A.A. (2017) Binase treatment increases interferon sensitivity and apoptosis in SiHa cervical carcinoma cells by downregulating E6 and E7 human papilloma virus oncoproteins. Oncotarget. 8, 72666–72675.

  8. Mironova N.L., Petrushanko I.Y., Patutina O.A., Sen’kova A.V., Simonenko O.V., Mitkevich V.A., Markov O.V., Zenkova M.A., Makarov A.A. (2013) Ribonuclease binase inhibits primary tumor growth and metastases via apoptosis induction in tumor cells. Cell Cycle. 12, 2120–2131.

  9. Зеленихин П.В., Еад Мохамед И.С., Надырова А.И., Сироткина А.А., Ульянова В.В., Миронова Н.Л., Митькевич В.А., Макаров А.А., Зенкова М.А., Ильинская О.Н. (2020) Рибонуклеаза Bacillus pumilus ингибирует миграцию клеток аденокарциномы двенадцатиперстной кишки человека HuTu 80. Молекуляр. биология. 54, 146–152.

  10. Митькевич В.А., Орлова Н.Н., Петрушанко И.Ю., Симоненко О.В., Спирин П.В., Прокофьева М.М., Stocking C., Макаров А.А., Прасолов В.С. (2013) Экспрессия онкогена FLT3-ITD сообщает предшественникам В-клеток мыши линии BAF3 чувствительность к цитотоксическому действию биназы. Молекуляр. биология. 47, 282–285.

  11. Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Kretova O.V., Spirin P.V., Zelenikhin P.V., Prassolov V.S., Tchu-rikov N.A., Ilinskaya O.N., Makarov A.A. (2010) Oncogenic c-kit transcript is a target for binase. Cell Cycle. 9, 2674–2678.

  12. Ilinskaya O.N., Singh I., Dudkina E., Ulyanova V., Kayumov A., Barreto G. (2016) Direct inhibition of oncogenic KRAS by Bacillus pumilus ribonuclease (binase). Biochim. Biophys. Acta. 1863, 1559–1567.

  13. Митькевич В.А., Макаров А.А., Ильинская О.Н. (2014) Клеточные мишени противоопухолевых рибонуклеаз. Молекуляр. биология. 48, 214–222.

  14. Зеленихин П.В., Макеева А.В., Нгуен Т.Н., Сирадж Е.А., Ильинская О.Н. (2016). Сочетанное действие биназы и блеомицина на клетки аденокарциномы легких человека. Биомед. химия. 62, 279–282.

  15. Wang Y.-Y., Zhou G.-B., Tong Y.T., Chen B., Shi J.Y., Liang W.-X., Jin X.-L., You J.-H., Yang G., Shen Z.-X., Chen J., Xiong S.-M., Chen G.-Q., Feng X., Liu Y.-W., Chen Z., Chen S.-J. (2005) AML1-ETO and C-KIT mutation/overexpression in t(8;21) leukemia: implication in stepwise leukemogenesis and response to Gleevec. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 102, 1104–1109.

  16. Larizza L., Magnani I., Beghini A. (2005) The Kasumi-1 cell line: a t(8;21)-kit mutant model for acute myeloid leukemia. Leuk. Lymphoma. 46, 247–255.

  17. Martelli A.M., Evangelisti C., Chiarini F., McCubrey J.A. (2010) The phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/mTOR signaling network as a therapeutic target in acute myelogenous leukemia patients. Oncotarget. 1, 89–103.

  18. Schulga A., Kurbanov F., Kirpichnikov M., Protasevich I., Lobachev V., Ranjbar B., Chekhov V., Polyakov K., Engelborghs Y., Makarov A. (1998) Comparative study of binase and barnase: experience in chimeric ribonucleases. Protein Eng. 11, 775–782.

  19. Blume-Jensen P., Janknecht R., Hunter T. (1998) The kit receptor promotes cell survival via activation of PI 3-kinase and subsequent Akt-mediated phosphorylation of Bad on Ser136. Curr. Biol. CB. 8, 779–782.

  20. Grandage V.L., Gale R.E., Linch D.C., Khwaja A. (2005) PI3-kinase/Akt is constitutively active in primary acute myeloid leukaemia cells and regulates survival and chemoresistance via NF-kappa B, MAP kinase and p53 pathways. Leukemia. 19, 586–594.

  21. Pei R., Si T., Lu Y., Zhou J.X., Jiang L. (2018) Salvianolic acid A, a novel PI3K/Akt inhibitor, induces cell apoptosis and suppresses tumor growth in acute myeloid leukemia. Leuk. Lymphoma. 59, 1959–1967.

  22. Ramos A.M., Fernández C., Amrán D., Sancho P., de Blas E., Aller P. (2005) Pharmacologic inhibitors of PI3K/Akt potentiate the apoptotic action of the antileukemic drug arsenic trioxide via glutathione depletion and increased peroxide accumulation in myeloid leukemia cells. Blood. 105, 4013–4020.

  23. Mitkevich V.A., Kretova O.V., Petrushanko I.Y., Burnysheva K.M., Sosin D.V., Simonenko O.V., Ilinskaya O.N., Tchurikov N.A., Makarov A.A. (2013) Ribonuclease binase apoptotic signature in leukemic Kasumi-1 cells. Biochimie. 95, 1344–1349.

  24. Moloney J.N., Cotter T.G. (2018) ROS signalling in the biology of cancer. Semin. Cell Dev. Biol. 80, 50–64.

  25. Galadari S., Rahman A., Pallichankandy S., Thayyullathil F. (2017) Reactive oxygen species and cancer paradox: to promote or to suppress? Free Radic. Biol. Med. 104, 144–164.

  26. Traverso N., Ricciarelli R., Nitti M., Marengo B., Furfaro A.L., Pronzato M.A., Marinari U.M., Domenicotti C. (2013) Role of glutathione in cancer progression and chemoresistance. Oxid. Med. Cell. Longev. 2013, 972913.

  27. Chen H.H., Kuo M.T. (2010) Role of glutathione in the regulation of cisplatin resistance in cancer chemotherapy. Met. Based Drugs. 2010, 430939.

  28. Lv H., Zhen C., Liu J., Yang P., Hu L., Shang P. (2019) Unraveling the potential role of glutathione in multiple forms of cell death in cancer therapy. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019, 3150145.

  29. Chaiswing L., St Clair W.H., St Clair D.K. (2018) Redox paradox: a novel approach to therapeutics-resistant cancer. Antioxid. Redox Signal. 29, 1237–1272.

  30. DeNicola G.M., Karreth F.A., Humpton T.J., Gopinathan A., Wei C., Frese K., Mangal D., Yu K.H., Yeo C.J., Calhoun E.S., Scrimieri F., Winter J.M., Hruban R.H., Iacobuzio-Donahue C., Kern S.E., Blair I.A., Tuveson D.A. (2011) Oncogene-induced Nrf2 transcription promotes ROS detoxification and tumorigenesis. Nature. 475, 106–109.

  31. Shi D.-Y., Deng Y.-R., Liu S.-L., Zhang Y.-D., Wei L. (2003) Redox stress regulates cell proliferation and apoptosis of human hepatoma through Akt protein phosphorylation. FEBS Lett. 542, 60–64.

  32. Zhao Z., Gao J., Li C., Xu X., Hu Y., Huang S. (2020) Reactive oxygen species induce endothelial differentiation of liver cancer stem-like sphere cells through the activation of Akt/IKK signaling pathway. Oxid. Med. Cell Longev. 2020, 1621687.

  33. Ahmad F., Nidadavolu P., Durgadoss L., Ravindranath V. (2014) Critical cysteines in Akt1 regulate its activity and proteasomal degradation: implications for neurodegenerative diseases. Free Radic. Biol. Med. 74, 118–128.

  34. Liu X., Jann J., Xavier C., Wu H. (2015) Glutaredoxin 1 (Grx1) protects human retinal pigment epithelial cells from oxidative damage by preventing AKT glutathionylation. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56, 2821–2832.

  35. Saisawang C., Wongsantichon J., Robinson R.C., Ketterman A.J. (2019) Glutathione transferase Omega 1-1 (GSTO1-1) modulates Akt and MEK1/2 signaling in human neuroblastoma cell SH-SY5Y. Proteins. 87, 588–595.

  36. Yang Z., Wu Y., Wang L., Qiu P., Zha W., Yu W. (2020) Prokineticin 2 (PK2) Rescues cardiomyocytes from high glucose/high palmitic acid-induced damage by regulating the AKT/GSK3β pathway in vitro. Oxid. Med. Cell Longev. 2020, 3163629.

  37. Jilkova Z.M., Kuyucu A.Z., Kurma K., Ahmad Pour S.T., Roth G.S., Abbadessa G., Yu Y., Schwartz B., Sturm N., Marche P.N., Hainaut P., Decaens T. (2018) Combination of AKT inhibitor ARQ 092 and sorafenib potentiates inhibition of tumor progression in cirrhotic rat model of hepatocellular carcinoma. Oncotarget. 9, 11145–11158.

  38. Hudis C., Swanton C., Janjigian Y.Y., Lee R., Sutherland S., Lehman R., Chandarlapaty S., Hamilton N., Gajria D., Knowles J., Shah J., Shannon K., Tetteh E., Sullivan D.M., Moreno C., Yan L., Han H.S. (2013) A phase 1 study evaluating the combination of an allosteric AKT inhibitor (MK-2206) and trastuzumab in patients with HER2-positive solid tumors. Breast Cancer Res.: BCR. 15, R110.

  39. Tolcher A.W., Patnaik A., Papadopoulos K.P., Rasco D.W., Becerra C.R., Allred A.J., Orford K., Aktan G., Ferron-Brady G., Ibrahim N., Gauvin J., Motwani M., Cornfeld M. (2015) Phase I study of the MEK inhibitor trametinib in combination with the AKT inhibitor afuresertib in patients with solid tumors and multiple myeloma. Cancer Chemother. Pharmacol. 75, 183–189.

Дополнительные материалы отсутствуют.