Russian Journal of BiotherapyRussian Journal of BiotherapyРоссийский биотерапевтический журнал1726-97841726-9792Publishing House ABV Press121610.17650/1726-9784-2020-19-3-38-45ORIGINAL REPORTSОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИTHE VALUE OF BASAL EXPRESSION LEVEL OF HEMOXYGENASE-1 FOR SENSITIVITY OF HUMAN MELANOMA CELLS TO OXIDATIVE STRESS IN VITROЗНАЧЕНИЕ БАЗАЛЬНОЙ ЭКСПРЕССИИ ГЕМОКСИГЕНАЗЫ-1 ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КЛЕТОК МЕЛАНОМЫ ЧЕЛОВЕКА К ОКИСЛИТЕЛЬНОМУ СТРЕССУ IN VITROhttps://orcid.org/0000-0003-3498-061XSidorovaT. A.СидороваТ. А.
Russian Federation

Татьяна Александровна Сидорова

tatsid@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0002-8070-4707SolomkoE. Sh.СоломкоЭ. Ш.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-8392-5495KhochenkovaYu. A.ХоченковаЮ. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-5281-2559ProkofievaA. A.ПрокофьеваА. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-5694-3492KhochenkovD. A.ХоченковД. А.
Russian Federation
N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of the Russian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России1310202019338451210202012102020https://bioterapevt.abvpress.ru/jour/article/view/1216

Introduction. The molecular basis of radio- and photodynamic therapy (PDT), the mechanism of action of a number of antitumor chemotherapy drugs is oxidative stress (OS). The enzyme hemoxygenase-I (НO-1), a molecular marker of OS, is a key participant in the system of protection and adaptation of tumor cells under stress.

Objective. To find out whether the sensitivity of human melanoma tumor cells to OS depends on the basal and modulator-induced levels of НO-1 expression

Material and methods. Human melanoma cell lines were used in the study. The expression of mRNA НO-1 in cells was studied by real-time RT-PCR, the reactive oxygen species content in cells – by flow cytometry and the cytotoxicity of drugs – by MTT assay.

Results. According to our data, human melanoma cells have different basal levels of HO-1 transcription: high (3.0–3.5 o. u.) in lines MelIL, MelP, medium (1.5 o. u.) in lines MeWo, MelZ, MelIbr and low (0.5 o. e.) – MelMe, A375).There is no direct correlation between the level of basal cell expression of HO-1 and their sensitivity to the OS inducer – Н2О2. The hemin-induced increase in HO-1 expression in cells is accompanied by doubled resistance to Н2О2. It was found that HO-1 repression in the presence of apigenin was registered in melanoma cells with different basal levels, but sensitization to Н2О2 (2–4 times) was observed only for cells with medium (MeWo) and low (A375) levels of basal HO-1 expression. It was found that the decrease in basal expression of HO-1 induced by apigenin is accompanied by an increase in the reactive oxygen species content in cells.

Conclusions. The results of our research allow us to recommend natural flavon apigenin, a modulator of HO-1 expression, for inclusion in the chemotherapy and PDT regimens to increase the effectiveness of human melanoma treatment.

Введение. Молекулярная основа механизма действия радио- и фотодинамической терапии, а также ряда противоопухолевых химиопрепаратов – окислительный стресс (ОS). Фермент гемоксигеназа-1 (НО-1), молекулярный маркер ОS – ключевой участник системы защиты и адаптации опухолевых клеток в условиях стресса.

Цель исследования – выяснить, зависит ли чувствительность опухолевых клеток меланомы человека к ОS от базального и индуцированного модуляторами уровня экспрессии гена НО-1.

Материалы и методы. В работе были использованы опухолевые клетки меланомы человека разных линий. Экспрессию мРНК НО-1 в клетках изучали методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией в реальном времени, содержание активных форм кислорода в клетках – методом проточной цитометрии, цитотоксичность препаратов – с применением МТТ-метода.

Результаты. По нашим данным, клетки меланомы человека имеют разные по величине базальные уровни транскрипции НО-1: высокий (3,0–3,5 o. е.) у линий MelIL, MelP, средний (1,5 о. е.) у линий MeWo, MelZ, MelIbr и низкий (0,5 о. e.) у MelMе, A375). Установлено, что чувствительность клеток к Н2О2, индуктору OS, не зависит от величины базальной экспрессии НО-1. Гемининдуцированное увеличение базальной экспрессии НО-1 обнаружено только в клетках меланомы со средним (MeWo) и низким (А375) уровнями этого параметра и сопровождается увеличением их устойчивости к Н2О2 (в 2 раза). Определено, что репрессия НО-1 в присутствии апигенина регистрируется в клетках меланомы с разным базальным уровнем, однако сенситизация к Н2О2 (2–4 раза) наблюдалась только для клеток со средним (MeWo) и низким (А375) уровнями базальной экспрессии НО-1. Выявлено, что снижение базальной экспрессии НО-1, индуцированное апигенином, сопровождается увеличением содержания активных форм кислорода в клетках и вносит вклад в увеличение чувствительности их к Н2О2.

Заключение. Результаты нашего исследования показывают значение природного флавона апигенина в качестве модулятора экспрессии HO-1.

HUMAN MELANOMA CELL LINESHEMOXYGENASE-1HEMINAPIGENINМЕЛАНОМА ЧЕЛОВЕКАГЕМОКСИГЕНАЗА-1ГЕМИНАПИГЕНИНThe work was performed within the framework of NIOKTR No AAAA-A20-120021490101-1 ‶Development of new integrated approaches to the study of mechanisms of malignant cell transformation, progression and metastasis of tumors .Работа выполнена в рамках НИОКТР № АААА-А20-120021490101-1 «Разработка новых комплексных подходов к изучению механизмов злокачественной трансформации клеток, прогрессии и метастазирования опухолей».MacKie R.M., Hauschild A., Eggermont A.M. Epidemiology of invasive cutaneous melanoma. Ann Oncol 2009;20(Suppl 6)1–7. DOI: 10.1093/annonc/mdp252.Bhatia S., Tykodi S.S., Thompson J.A. Treatment of metastatic melanoma: an overview. Oncology (Williston Park) 2009;23(6):488–96.Emri G., Paragh G., Tósaki Á. et al. Ultraviolet radiation-mediated development of cutaneous melanoma: an update. J Photochem Photobiol B 2018;185:169–75. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2018.06.005.De Yulia G.J.Jr., Cárcamo J.M., Bórquez-Ojeda O. et al. Hydrogen peroxide generated extracellularly by receptor-ligand interaction facilitates cell signaling. Proc Natl Acad Sci USA 2005;102(14):5044–9. DOI: 10.1073/pnas.0501154102.Matés J.M., Sánchez-Jiménez F.M. Role of reactive oxygen species in apoptosis: implications for cancer therapy. Int J Biochem Cell Biol 2000;32(2):157–70. DOI: 10.1016/s1357-2725(99)00088-6.Wittgen H.G., van Kempen L.C. Reactive oxygen species in melanoma and its therapeutic implications. Melanoma Res 2007;17(6):400–9. DOI: 10.1097/cmr.0b013e3282f1d312.Vile G.F., Tyrrell R.M. Oxidative stress resulting from ultraviolet A irradiation of human skin fibroblasts leads to a heme oxygenase-dependent increase in ferritin. J Biol Chem 1993;268(20):14678–81.Vanella L., Barbagallo I., Tibullo D. et al. The non-canonical functions of the heme oxygenases. Oncotarget 2016;7(42):69075–86. DOI: 10.18632/oncotarget.11923.Bian C., Zhong M., Nisar M.F. et al. A novel heme oxygenase-1 splice variant, 14 kDa HO-1, promotes cell proliferation and increases relative telomere length. Biochem Biophys Res Commun 2018;500(2):429–34. DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.04.096.Sidorova Т.А., Vagida M.S., Kaliya O.L., Gerasimova G.K. Role of catalase in protection of cancer cells from oxidative stress induced by binary catalytic system “teraphtal + ascorbic acid”. Klinicheskaya onkogematologiya = Clinical Oncohematology 2014;7(3):282–9. (In Russ.).Сидорова Т.А., Вагида М.С., Калия О.Л., Герасимова Г.К. Роль каталазы в защите опухолевых клеток от окислительного стресса, индуцированного бинарной каталитической системой «терафтал + аскорбиновая кислота». Клиническая онкогематология 2014;7(3):282–9.Sidorova Т.А., Ryabaya O.O., Prokofieva A.A. Khochenkov D.A. Heme oxygenase-1/ ferritin in protection of leukemia cells from oxidative stress induced by catalytic system “teraphtal + ascorbic acid”. Klinicheskaya onkogematologiya = Clinical oncohematology 2019;12(4):416–27. (In Russ.).Сидорова Т.А., Рябая О.О., Прокофьева А.А., Хоченков Д.А. Гемоксигеназа-1/ферритин в защите лейкозных клеток от окислительного стресса, индуцированного каталитической системой «терафтал + аскорбиновая кислота». Клиническая онкогематология 2019;12(4):416–27.Sheftel A.D., Kim S.F., Ponka P. Nonheme induction of heme oxygenase-1 does not alter cellular iron metabolism. J Biol Chem 2007;282(14):10480–6. DOI: 10.1074/jbc.m700240200.Torti F.M., Torti S.V. Regulation of ferritin genes and protein. Blood 2002;99(10):3505–16. DOI: 10.1182/blood.v99.10.3505.Kweon M.H., Adhami V.M., Lee J.S., Mukhtar H. Constitutive overexpression of Nrf2-dependent heme oxygenase-1 in A549 cells contributes to resistance to apoptosis induced by epigallocatechin 3-gallate. J Biol Chem 2006;281(44):33761–72. DOI: 10.1074/jbc.m604748200.Ma J., Yu K.N., Cheng C. et al. Targeting Nrf2-mediated heme oxygenase-1 enhances non-thermal plasma-induced cell death in non-smallcell lung cancer A549 cells. Arch Biochem Biophys 2018;658:54–65. DOI: 10.1016/j.abb.2018.09.015.Abate A., Yang G., Wong R.J. et al. Apigenin decreases hemin-mediated heme oxygenase-1 induction. Free Radic Biol Med 2005;39(6):711–8. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2005.01.020.Raso G.M., Meli R., di Carlo G. et al. Inhibition of inducible nitric oxide synthase and cyclooxygenase-2 expression by flavonoids in macrophage J774A.1. Life Sci 2001;68(8):921–31. DOI: 0.1016/s0024-3205(00)00999-1.Pourahmad J., Amirmostofian M., Kobarfard F., Shahraki J. Biological reactive intermediates that mediate dacarbazine cytotoxicity. Cancer Chemother Pharmacol 2009;65(1):89–96. DOI: 10.1007/s00280-009-1007-8.De Oliveira Júnior R.G., Bonnet A., Braconnier E. et al. Bixin, an apocarotenoid isolated from Bixa orellana L., sensitizes human melanoma cells to dacarbazine-induced apoptosis through ROS-mediated cytotoxicity. Food Chem Toxicol 2019;125:549–61. DOI: 10.1016/j.fct.2019.02.013.