Introduction.Autophagy, a catabolic process of protein and organelle recycling by transferring defective cytoplasm and organelles into double-membraned vesicles to degrade and regenerate materials, plays a critical role in maintaining energy homeostasis. Inefficiency chemo-and radiotherapy is largely associated with the activation of autophagy. Among the metals needed by the living organism, iron occupies a special place. The rapid growth of malignant tumors requires much more iron than the metabolism of normal cells.
Objective.To elucidate the relationship between autophagy and iron in melanoma progression.
Materials and methods.In this study we used 2D- and 3D-culturing of melanoma cells with high expression of CD71 (mel P and mel Z) and low expression of CD71 (mel Gus and mel Ibr), flow cytometry and fluorescence microscopy.
Results.The uptake of iron in cancer cells occurs through translocation of the complex of transferrin/receptor (CD71) in the cytoplasm with subsequent dissociation of iron from the complex. Chelation of iron by deferroxamine in melanoma cells mel P and mel Z reduced the level of autophagy about 2-fold. In the presence of an iron donor ferrum ammonium citrate the level of autophagy increased 2.5- fold. The same correlation was observed in melanoma cells with low expression of CD71. Chelation of iron in melanoma cells with high CD71 expression blocked the formation of capillary-like structures. In the presence of an iron donor the formation of capillary-like structures was also not observed. The same correlation was observed in melanoma cells with low expression of CD71. There was an increase in CD105 expression about 50 ± 5 % and 800 ± 50 % under the condition of iron chelation in melanoma cells with high and low expression of CD71, respectively. Quite unexpectably, iron donor also increased expression of CD105 about 35 ± 4 % and 300 ± 3 % in melanoma cells with high and low expression of CD71, respectively
Conclusions.The activation of autophagy promotes the survival of tumor cells by triggering a number of metabolic functions with the participation of iron.
Введение. Аутофагия – катаболический процесс удаления отработанных органелл, долгоживущих белков и продуктов распада с помощью двухмембранных фагосом – в опухолевых клетках имеет патологически повышенную активность, и неэффективность химио- и радиотерапии во многом связывают с активацией аутофагии. Среди металлов, необходимых живому организму, железо занимает особое место. Стремительный рост злокачественной опухоли требует значительно большего расхода железа, нежели метаболизм нормальных клеток.
Цель исследования – выявление взаимосвязи между аутофагией и железом в прогрессии опухоли.
Материалы и методы. В работе были использованы 2D- и 3D-культивирование клеток меланомы c высокой экспрессией CD71 (mel P and mel Z) и с низкой экспрессией CD71 (mel Gus and mel Ibr), проточная цитофлуориметрия, флуоресцентная микроскопия.
Результаты. Захват железа опухолевой клеткой происходит посредством транслокации комплекса «трансферрин/CD71» в цитоплазму с последующей диссоциацией железа из комплекса. Хелатор железа в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71 снижал базовый уровень аутофагии, в то время как донор железа повышал базовый уровень аутофагии. В присутствии донора железа клетки меланомы формировали в 3D-культуре сосудистоподобные структуры с многочисленными разрывами в сети. Хелатор железа сохранял способность клеток меланомы мигрировать и узнавать друг друга, формирование сосу дистоподобных структур не наблюдалось. Аналогичная закономерность сохранялась и в клетках меланомы с низкой экспрессией CD71. В контрольных клетках меланомы экспрессия CD105 была значительно выше в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71. В таких клетках хелатор железа повышал экспрессию CD105 на 50 ± 5 %, в клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 хелатор железа повышал в 8 раз число клеток, экспрессирующих CD105. Донор железа также повышал экспрессию CD105 на 35 ± 4 % в клетках меланомы с высокой экспрессией CD71. В клетках меланомы с низкой экспрессией CD71 донор железа снижал экспрессию CD105 на 300 ± 3 %.
Заключение. Активация аутофагии способствует выживанию опухолевых клеток при генотоксическом стрессе, запуская ряд метаболически важных функций клетки с участием железа.