Russian Journal of BiotherapyRussian Journal of BiotherapyРоссийский биотерапевтический журнал1726-97841726-9792Publishing House ABV Press134610.17650/1726-9784-2022-21-3-34-39ORIGINAL REPORTSОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИCD437 increases the iron uptake by metastatic melanoma cellsCD437 повышает захват железа клетками метастатической меланомыhttps://orcid.org/0000-0001-9342-5523VartanianA. A.ВартанянА. А.
Russian Federation

Amalia Artashevna Vartanian

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

Амалия Арташевна Вартанян 

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

zhivotov57@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8392-5495KhochenkovaYu. A.ХоченковаЮ. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-8462-2178KosorukovV. S.КосоруковВ. С.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России3110202221334393010202230102022https://bioterapevt.abvpress.ru/jour/article/view/1346

Background. CD437, an analog of vitamin A, is an agonist of the retinoic acid γ-receptor (RARγ). CD437 is also known to cause p53-independent DNA damage by a mechanism independent of the RAR-mediated pathway. In cancer patients, iron deficiency is constantly detect, the delivery of iron to tissues is also destroyed.Aim. To study the effect of CD437 on iron metabolism in metastatic melanoma cells, Mel Z.Materials and methods. In this study 2D cultivation of metastatic Mel Z melanoma cells, phase-contrast and fluorescence microscopy, flow cytofluorimetry were used.Results. In control cells without the addition of CD437 CD71, transferrin receptor, expressed 40 ± 4 % (p <0.05) of Mel Z cells, in the presence of CD437 CD71 expression increased to 80 ± 6 %. Next, we have studied the expression of ferritin. Iron, which is not involved in cell metabolism, is bound by ferritin. In control experiments, ferritin was expressed by 84 ± 6 % (p <0.05) of cells. When the cells grew in the presence of CD437, ferritin was expressed by all the cells (100 %, p <0.05). Such a scenario indicates that CD437 may contribute to the accumulation of free, unbound iron in the cell, which can induce ferroptosis. In control experiments without the addition of CD437, the level of membranes lipid peroxidation, an indicator of ferroptosis, was insignificant. Lipid peroxidation induced by CD437 was 55 ± 5 % (p <0.05) of the fluorescence intensity induced by erastin, positive control.Conclusion. CD437 increases the iron uptake by metastatic melanoma cells. The low level of membranes lipid peroxidation induced by CD437 does not allow it to be considered as an inducer of ferroptosis. Additional investigations are needed to find iron-binding targets alternative to ferritin.

Введение. CD437, аналог витамина А, является агонистом γ-рецептора ретиноевой кислоты (RARγ). Известно также, что CD437 вызывает р53-независимое повреждение ДНК с помощью механизма, независимого от пути, опосредованного RARγ. У онкологических больных очень часто обнаруживается дефицит железа, а также нарушена доставка железа к тканям.Цель исследования – изучение влияния CD437 на метаболизм железа в клетках метастатической меланомы.Материалы и методы. В  экспериментах были использованы: 2D-культивирование клеток метастатической меланомы Mel Z, фазово-контрастная и флуоресцентная микроскопия, проточная цитофлуориметрия.Результаты. В экспериментах с клетками меланомы линии Mel Z, не обработанными СD437 (контроль), рецептор трансферрина CD71 экспрессировали 40 ± 4 % клеток (p <0,05), а при инкубации с СD437 количество клеток, экспрессирующих CD71, возрастало до 80 ± 6 % (p <0,05). Далее мы исследовали экспрессию ферритина, связывающего железо, не участвующее в метаболизме клетки. В контрольных экспериментах ферритин экспрессировали 84 ± 6 % клеток (p <0,05). При росте клеток в присутствии СD437 ферритин стали экспрессировать все клетки (100 %, p <0,05). Подобный сценарий указывает на то, что СD437, по всей видимости, способствует накоплению в клетке свободного, несвязанного железа, которое может индуцировать ферроптоз. В контрольных экспериментах, без добавления CD437, уровень перекисного окисления липидов мембран, индикатора ферроптоза, был незначительным. Перекисное окисление липидов, индуцированное CD437, составляло 55 ± 5 % (p <0,05) от интенсивности флуоресценции, индуцированной эрастином, положительным контролем.Заключение. CD437 повышает захват железа клетками метастатической меланомы. Низкий уровень перекисного окисления липидов мембран, индуцированного CD437, не  позволяет рассматривать его как  индуктор ферроптоза. Нужны дополнительные исследования для поиска мишеней, связывающих железо, альтернативных ферритину.

melanomaironCD437CD71ferritinferroptosisмеланомажелезоCD437CD71ферритинферроптозThe authors thank M. Baryshnikova and D. Khochenkov for valuable comments and critical reading the manuscript. This work was carried out with the financial support of experimental scientific development program № АААА-А20-120031190017-7 “Development and preclinical study of the drug BEL400 for tumor therapy”.Авторы благодарят М.А. Барышникову и Д.А. Хоченкова за помощь в обсуждении результатов. Работа выполнена в рамках НИОКТР № АААА-А20-120031190017-7 «Разработка и доклиническое исследование лекарственного средства BEL400, предназначенного для терапии опухолей».Alvarez S., Bourguet W., Gronemeyer H., de Lera A.R. Retinoic acid receptor modulators: a perspective on recent advances and promises. Expert Opin Ther Pat 2011;21(1):55–63. DOI: 10.1517/13543776.2011.536531Han T., Goralski M., Capota E. et al. The antitumor toxin CD437 is a direct inhibitor of DNA polymerase α. Nat Chem Biol 2016;12(7):511–5. DOI: 10.1038/nchembio.2082di Masi A., Leboffe L., De Marinis E. et al. Retinoic acid receptors: from molecular mechanisms to cancer therapy. Mol Aspects Med 2015;41:1–115. DOI: 10.1016/j.mam.2014.12.003Langdon S.P., Rabiasz G.J., Ritchie A.A. et al. Growth-inhibitory effects of the synthetic retinoid CD437 against ovarian carcinoma models in vitro and in vivo. Cancer Chemother Pharmacol 1998;42(5):429–32. DOI: 10.1007/s002800050841Doldo E., Costanza G., Agostinelli S. et al. Vitamin A, cancer treatment and prevention: the new role of cellular retinol binding proteins. Biomed Res Int 2015;2015:624627. DOI: 10.1155/2015/624627Shyu R.Y., Lin D.Y., Reichert U., Jiang S.Y. Synthetic retinoid CD437 induces cell dependent cycle arrest by differential regulation of cell cycle associated proteins. Anticancer Res 2002;22(5):2757–64. PMID: 12529993.Zhao X., Demary K., Wong L. et al. C. Retinoic acid receptorindependent mechanism of apoptosis of melanoma cells by the retinoid CD437 (AHPN). Cell Death Differ 2001;8(9):878–86. DOI: 10.1038/sj.cdd.4400894Zhao X., Spanjaard R.A. The apoptotic action of the retinoid CD437/AHPN: diverse effects, common basis. J Biomed Sci 2003:10(1):44–50. DOI: 10.1007/BF02255996Lotan R. Receptor-independent induction of apoptosis by synthetic retinoids. J Biol Regul Homeost Agents 2003;17(1): 13–28. PMID: 12757019Vartanian A.A., Khochenkova Yu.A., Kosobokova E.N. et al. CD437 reduces metastatic potential of melanoma cells. Vestnik Moscovscogo Universiteta. Seriya 2: Himiya = Moscow University Chemistry Bulletin 2021;62(4):10–7. (In Russ.).Вартанян А.А., Хоченкова Ю.А., Кособокова Е.Н и др. CD437снижает метастатический потенциал клеток меланомы. Вестник Московского Университета. Серия 2: Химия 2021;62(4):10–7.Ludwig H., Evstatiev R., Kornek G. et al. Iron metabolism and iron supplementation in cancer patients. Wien Klin Wochenschr 2015;127(23–24):907–19. DOI: 10.1007/s00508-015-0842-3Gozzelino R., Arosio P. Iron homeostasis in health and disease. Int J Mol Sci 2016;17(1):E130–Е8. DOI: 10.3390/ijms17010130Zhang D.L., Ghosh M.C., Rouault T.A. The physiological functions of iron regulatory proteins in iron homeostasis – an update. Front Pharmacol 2014;5:124–9. DOI: 10.3389/fphar.2014.00124Jozwiakowski S.K., Kummer S., Gari K. Human DNA polymerase delta requires an iron-sulfur cluster for high-fidelity DNA synthesis. Life Sci Alliance 2019;2(4):e201900321. DOI: 10.26508/lsa.201900321Kleingardner J.G., Bren K.L. Biological significance and applications of heme proteins and peptides. Acc Chem Res 2015;48(7):1845–52. DOI: 10.1021/acs.accounts.5b00106Paul B.T., Manz D.H., Torti F.M., Torti S.V. Mitochondria and iron: current questions. Expert Rev Hematol 2017;10(1):65–79. DOI: 10.1080/17474086.2016.1268047Shen Y., Li X., Dong D. et al. Transferrin receptor 1 in cancer: a new sight for cancer therapy. Am J Cancer Res 2018;8(6):916–31. PMID: 30034931Habashy H.O., Powe D.G., Staka C.M. et al. Transferrin receptor (CD71) is a marker of poor prognosis in breast cancer and can predict response to tamoxifen. Breast Cancer Res Treat 2010;119(2):283–93. DOI: 10.1007/s10549-009-0345-xBitonto V., Alberti D., Ruiu R. et al. L-ferritin: a theranostic agent of natural origin for MRI visualization and treatment of breast cancer. J Control Release 2020;319:300–10. DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.12.051Dixon S.J., Lemberg K.M., Lamprecht M.R. et al. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell 2012;149(5):1060–72. DOI: 10.1016/j.cell.2012.03.042Damsky W.E., Theodosakis N., Bosenberg M. Melanoma metastasis: new concepts and evolving paradigms. Oncogene 2014;33(19):2413–18. DOI: 10.1038/onc.2013.194Simon A., Kourie H.R., Kerger J. Is there still a role for cytotoxic chemotherapy after targeted therapy and immunotherapy in metastatic melanoma? A case report and literature review. Chin J Cancer 2017;36(1):10. DOI: 10.1186/s40880-017-0179-6Li J., Cao F., Yin H.L. et al. Ferroptosis: past, present and future. Cell Death Dis 2020;11(2):88. DOI: 10.1038/s41419-020-2298-2Yang W.S., Stockwell B.R. Ferroptosis: death by lipid peroxidation. Trends Cell Biol 2016;26(3):165–76. DOI: 10.1016/j.tcb.2015.10.014Vartanian A.A., Osipov V.N., Khochenkov D.A. et al. Quinazoline derivatives inducing ferroptosis in metastatic melanoma cells and colon cancer. Patent of Invention RU 2722308 C1, 2020. (In Russ.)Вартанян А.А., Осипов В.Н., Хоченков Д.А. и др. Производные хиназолина, индуцирующие ферроптоз в метастатических клетках меланомы и рака толстой кишки. Патент на изобретение RU 2722308 C1, 2020.