Повышение экспрессии генов аутофагии и Nrf2-зависимого сигнального пути новыми монофенольными антиоксидантами зависит от их структуры

В качестве потенциальных средств, применяемых для профилактики, лечения и поддерживающей терапии рака, а также преодоления химиорезистентности, в определенных условиях могут служить как активаторы, так и ингибиторы Nrf2-зависимого сигналинга и аутофагии. Нами разрабатывается панель структурно-родственных синтетических монофенольных соединений, помимо непосредственного антиоксидантного действия обладающих способностью воздействовать на внутриклеточные сигнальные пути и процессы, в том числе вышеуказанные. Целью настоящей работы послужило изучение зависимости между их структурой и способностью влиять на экспрессию генов аутофагии и Nrf2-опосредованных процессов.

Материал и методы. Синтезированы пять оригинальных гидрофильных фенольных соединений структурно взаимосвязанного ряда, препаратом сравнения послужил прототипический индуктор системы Keap1/Nrf2/ARE, монозамещенный фенол трет -бутилгидрохинон (tBHQ). В работе использовали культуры мышиных клеток карциномы легких Льюис (LLC) и аденокарциномы молочной железы человека MCF-7, с исследуемыми соединениями в концентрации 20 мкМ клетки инкубировали в течение 24 часов. Изменение экспрессии мРНК генов Nrf2, Nqo1, LC3b и Sqstm1, кодирующих соответственно Nrf2, NAD(P)H:хиноноксидоредуктазу-1, LC3B, p62/секвестосому-1, определяли методом TaqMan ПЦР в режиме реального времени.

Результаты и их обсуждение. Структурно-родственные синтетические монофенолы эффективно индуцировали систему Keap1/Nrf2/ARE в клетках LLC и MCF-7, увеличивая экспрессию №0-подконтрольного гена Nqo1, и неоднозначно воздействовали на транскрипцию генов белков, опосредующих аутофагию: содержание мРНК белка LC3B не изменялось, в то время как экспрессия мРНК белка p62, влияющего на работу обеих систем (процессов), увеличивалась лишь под действием орто-монозамещенного фенола с атомом «активной» серы в пара-пропильном заместителе ТС-13 и его структурного аналога ТС-12 с укороченным на одно метиленовое звено пара-заместителем. Можно предположить, что обнаруженный эффект либо свидетельствует о способности ТС-13 и ТС-12 как индуцировать систему Keap1/Nrf2/ ARE, так и стимулировать аутофагию, либо отражает опосредованную соединениями взаимно усиливающую перекрестную активацию данных процессов.

1. Зенков Н.К., Кожин П.М., Чечушков А.В., Мартинович Г.Г., Кандалинцева Н.В., Меньщикова Е.Б. Лабиринты регуляции Nrf2. Биохимия. 2017; 82 (5): 757-767.

2. Зенков Н.К., Кожин П.М., Вчерашняя А.В., Мартинович Г.Г., Кандалинцева Н.В., Меньщикова Е.Б. Особенности редокс-регуляции в опухолевых клетках. Сиб. науч. мед. ж. 2019; 39 (2): 11-26. doi: 10.15372/SSMJ20190202

3. Kang J.S., Nam L.B., Yoo O.K., Keum Y.S. Molecular mechanisms and systemic targeting of NRF2 dysregulation in cancer. Biochem. Pharmacol. 2020; 177: 114002. doi: 10.1016/j.bcp.2020.114002

4. Taguchi K., Yamamoto M. The KEAP1-NRF2 system as a molecular target of cancer treatment. Cancers. 2020; 13 (1): 46. doi: 10.3390/cancers13010046

5. Hayashi M., Kuga A., Suzuki M., Panda H., Kitamura H., Motohashi H., Yamamoto M. Microenvironmental activation of Nrf2 restricts the progression of Nrf2-activated malignant tumors. Cancer Res. 2020; 80 (16): 3331-3344. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-19-2888

6. Verma A.K., Bharti P.S., Rafat S., Bhatt D., Goyal Y., Pandey K.K., Ranjan S., Almatroodi S.A., Alsahli M.A., Rahmani A.H., Almatroudi A., Dev K. Autophagy paradox of cancer: Role, regulation, and duality. Oxid. Med. Cell. Longev. 2021; 2021: 8832541. doi: 10.1155/2021/8832541

7. Emanuele S., Lauricella M., D’Anneo A., Carlisi D., de Blasio A., di Liberto D., Giuliano M. p62: friend or foe? Evidences for oncoJanus and neuroJanus roles. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21 (14): 5029. doi: 10.3390/ijms21145029

8. Marinkovic M., Sprung M., Buljubasic M., Novak I. Autophagy modulation in cancer: Current knowledge on action and therapy. Oxid. Med. Cell. Longev. 2018; 2018: 1-18. doi: 10.1155/2018/8023821

9. Ichimura Y., Komatsu M. Activation of p62/ SQSTM1-Keap1-Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2 pathway in cancer. Front. Oncol. 2018; 8: 210. doi: 10.3389/fonc.2018.00210

10. Takamura A., Komatsu M., Hara T., Sakamoto A., Kishi C., Waguri S., Eishi Y., Hino O., Tanaka K., Mizushima N. Autophagy-deficient mice develop multiple liver tumors. Genes Dev. 2011; 25 (8): 795-800. doi: 10.1101/gad.2016211

11. Desantis V., Saltarella I., Lamanuzzi A., Marig-gio M.A., Racanelli V, Vacca A., Frassanito M.A. Au-tophagy: A new mechanism of prosurvival and drug resistance in multiple myeloma. Transl. Oncol. 2018; 11 (6): 1350-1357. doi: 10.1016/j.tranon.2018.08.014

12. Гайнутдинов П.И., Кожин П.М., Чечушков А.В., Мартинович Г.Г., Хольшин С.В., Кандалинцева Н.В., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б. Обратная зависимость между антиоксидантной активностью синтетических монофенолов структурно взаимосвязанного ряда и их токсичностью в отношении опухолевых клеток. Сиб. науч. мед. ж. 2018; 38 (1): 22-31. doi: 10.15372/SSMJ20180104

13. Menshchikova E.B., Chechushkov A.V., Kozhin P.M., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Martinovich G.G., Zenkov N.K. Activation of autophagy and Nrf2 signaling in human breast adenocarcinoma MCF-7 cells by novel monophenolic antioxidants. Cell Tissue Biol. 2019; 13 (2): 85-92. doi: 10.1134/S1990519X1902007X

14. Олейник А.С., Куприна Т.С., Певнева Н.Ю., Марков А.Ф., Кандалинцева Н.В., Просенко А.Е., Григорьев И.А. Синтез и антиоксидантные свойства S-[3-(гидроксиарил)пропил]тиосульфатов и [3-(гидроксиарил)пропан]-1-сульфонатов натрия. Изв. АН. Сер. хим. 2007; (6): 1094-1101.

15. Heid C.A., Stevens J., Livak K.J., Williams P.M. Real time quantitative PCR. Genome Res. 1996; 6 (10): 986-994. doi: 10.1101/gr.6.10.986

16. Gureev A.P., Sadovnikova I.S., Starkov N.N., Starkov A.A., Popov V.N. p62-Nrf2-p62 mitophagy regulatory loop as a target for preventive therapy of neurodegenerative diseases. Brain Sci. 2020; 10 (11): 847. doi: 10.3390/brainsci10110847