ИСТИНА

Проект направлен на решение важной проблемы медицины - повышение чувствительности раковых клеток к противоопухолевым препаратам. Это будет достигнуто в результате воздействия на метаболические пути, ответственные за связь между различными видами гибели клеток. Достижение цели будет способствовать разработке новых лекарственных средств и выработке терапевтических стратегий, что позволит в будущем повысить эффективность борьбы с онкологическими заболеваниями. Конкретной задачей в рамках поставленной проблемы является исследование роли митохондрий в качестве регуляторов метаболических путей, определяющих тип гибели раковых клеток. Основной стратегией борьбы с онкологическими заболеваниями является стимуляция механизмов программируемой гибели клеток, одним из наиболее изученных видов которой является апоптоз. Митохондрии играют ключевую роль в инициации и реализации апоптоза. Кроме того, митохондрии участвуют в регуляции таких процессов как аутофагия, стресс эндоплазматического ретикулума, окислительный стресс. Важную роль в контроле качества митохондрий в клетке играет митофагия, разновидность аутофагии, направленной на уничтожение поврежденных митохондрий. Учитывая участие митохондрий в различных типах клеточной гибели, можно предположить, что, воздействие на эти органеллы, позволит как стимулировать иные, нежели апоптоз, формы гибели клеток, так и регулировать баланс между ними. Это чрезвычайно важно для выбора стратегии борьбы с опухолями, поскольку стимуляция иных форм гибели клеток в тех опухолях, в которых апоптоз подавлен, даст возможность уничтожать их обходными путями. В ходе выполнения проекта будет исследована взаимосвязь метаболических путей, вовлеченных как в апоптоз, так в другие формы гибели клеток, а также процессов, как прямо, так и опосредованно, воздействующих на митохондрии, в том числе изменения структуры митохондриальной сети – процессы дробления и слияния (fission/fusion). Наиболее важным представляется баланс между апоптозом и аутофагией, механизмом выживания клеток, и ее митохондриальной направленностью, митофагии. Стимуляция митофагии ведет к элиминации поврежденных митохондрии, представляющих опасность для клетки, к примеру, генерирующих активные формы кислорода. Это вызовет снижение эффекта терапии, поскольку затронет и про-апоптотические митохондрии, органеллы с пермеабилизованной внешней мембраной и генерирующие активные формы кислорода. Будут изучены белки и ферменты, принимающие участие как в апоптозе, так и в других формах клеточной гибели, а также метаболические пути, регулирующих клеточную энергетику и состояние митохондриальной сети в клетке. В частности, Bid, расщепление которого лизосомальными катепсинами способно инициировать митохондриальный путь апоптоза; белки BNIP3 и BNIP3L, также известный как NIX, содержащие домен BH3, и способные стимулировать как апоптоз, так и аутофагию; белки регулирующие процессы слияния и дробления митохондрий, модулирующие состояние митохондрий в клетке. Выполнение проекта позволит получить новые данные о роли митохондрий в регуляции взаимосвязи между различными формами клеточной гибели, дать ответ на вопрос, как специфическое воздействие на эти метаболические пути может способствовать утилизации опухолевых клеток. Задачи, заявленные в проекте чрезвычайно актуальны. Устойчивость опухолей к терапии является главным препятствием на пути лечения онкологических больных. Поиски возможностей повышения эффективности борьбы с раком – первоочередная задача онкологии. Предлагаемый проект находится на переднем крае исследования медико-биологической области науки. Совокупность ранее полученных результатов, потенциал группы, а также имеющиеся в лаборатории возможности позволяют надеяться на успешное выполнение поставленных в данном проекте задач. Полученные результаты будут востребованы в научно-исследовательских учреждениях, вовлечённых в разработку и тестирование новых терапевтических соединений.

The goal of the project to increase the sensitivity of cancer cells to anticancer drugs, by affecting the metabolic pathways responsible for the interplay between different types of cell death. This will be achieved as a result of the impact on the metabolic pathways responsible for the connection between different types of cell death. Achieving the goal will contribute to the development of new drugs and the development of therapeutic strategies that will allow in the future to increase the effectiveness of the fight against cancer. A specific aims within the framework of the problem, is to study the role of mitochondria as regulators of metabolic pathways that determine the type of cancer cell death. The main strategy to fight cancer is to stimulate the mechanisms of programmed cell death, one of the most studied types of which is apoptosis. Mitochondria play a key role in the initiation and implementation of apoptosis. In addition, mitochondria are involved in the regulation of such processes as autophagy, endoplasmic reticulum stress, oxidative stress, as well as the processes of fission and fusion of mitochondria. An important role in the control of the quality of mitochondria in the cell is played by mitophagy, a type of autophagy aimed at the utilization of damaged mitochondria. Given the involvement of mitochondria in various types of cell death, it can be assumed that the affecting these organelles will allow to stimulate modes of cell death other than apoptosis, and regulate the balance between them. This is extremely important for choosing a strategy to fight tumors, since the stimulation of other forms of cell death in tumors, in which apoptosis is suppressed, will make it possible to destroy them by workaround pathways. During the project fulfilment, the relationship between metabolic pathways involved both in apoptosis and other forms of cell death, as well as processes, both directly and indirectly, affecting mitochondria, including changes in the structure of the mitochondrial network - the processes of cleavage and fusion (fission / fusion) will be investigated. The most important is the balance between apoptosis and autophagy, the mechanism of cell survival, and its mitochondria-orientated form, mitophagy. Stimulation of mitophagy leads to the elimination of damaged mitochondria, which are dangerous for the cell, for example, generating reactive oxygen species. This will cause a reduction in the effect of therapy, since it will also affect pro-apoptotic mitochondria, organelles with a permeabilized outer membrane and generating reactive oxygen species. Proteins and enzymes that are involved in both apoptosis and other forms of cell death, as well as metabolic pathways that regulate cellular energy and the state of the mitochondrial network in the cell will be investigated. In particular, Bid protein, the cleavage of which by lysosomal cathepsins is able to initiate the mitochondrial pathway of apoptosis proteins BNIP3 and BNIP3L, also known as NIX, containing the BH3 domain, and capable of stimulating both apoptosis and autophagy; proteins regulating fusion and fission of mitochondria, modulating the state of mitochondrial network in the cell. The project will allow obtaining new data in the role of mitochondria in the regulation of the relationship between different forms of cell death; the answer will be given to the question of how specific effects on these metabolic pathways can contribute to the utilization of tumor cells. The tasks stated in the project are extremely relevant. The resistance of tumors to therapy is the main obstacle to the treatment of cancer patients. The search for ways to increase the effectiveness of the fight against cancer is the primary task of oncology. The proposed project is at the forefront of research in the biomedical science. The combination of previously obtained results, the potential of the group, as well as the opportunities available in the laboratory, allow us to hope for the successful implementation of the tasks set in this project. The results will be in demand in research institutions involved in the development and testing new therapeutic compounds.

В ходе выполнения проекта мы планируем получить новые данные о роли митохондрий в инициации и реализации клеточной гибели, а также о возможности использования этих органелл в качестве переключателя между различными видами клеточной гибели. Анализ взаимопроникновения метаболических путей, вовлеченных в реализацию апоптоза, аутофагии и митофагии позволит выявить критические участки, воздействие на которых даст возможность снизить действующие концентрации терапевтических агентов и, тем самым, избежать повреждения здоровых тканей в процессе противоопухолевой терапии. Будут получены новые данные о регуляторной роли белков, одновременно участвующих в различных типах клеточной гибели, о роли митофагии в регуляции гибели клеток, о процессах слияния и дробления митохондрий, модулирующих состояние митохондрий в клетке, способных вносить вклад в регуляцию процессов клеточной гибели. Предлагаемый проект находится на переднем крае исследований в области клеточной биологии, молекулярной биологии и медико-биологических проблем области. Совокупность ранее полученных результатов, а также имеющиеся в лаборатории возможности позволяют надеяться на успешное выполнение задач, запланированных в данном проекте. Учитывая интерес научной общественности к данной проблеме, несомненно, запланированные результатов будут соответствовать мировому уровню исследований. Полученные результаты будут востребованы в научно-исследовательских учреждениях, вовлечённых в разработку и тестирование новых терапевтических соединений. Поставленные в проекте цели и задачи, находятся в соответствии с формированием научных и технологических заделов, обеспечивающих экономический рост и социальное развитие Российской Федерации.

Ранее нами было показано на целом ряде опухолевых клеток, таких как ряд клеток нейробластомы (Tet21N, SK-N-BE(2), SH-SY5Y), а также карциномы кишечника RKO, что подавление гликолиза позволило усилить терапевтический эффект цисплатина. Однако в клетках карциномы кишечника НСТ116 эффект был обратным. Ингибирование гликолиза вызывало подавление апоптоза. Было обнаружено, что снижение апоптоза в клетках НСТ116 связано со стимуляцией аутофагии, что подавляет клеточную гибель и способствует выживанию клеток. Другим необходимым фактором, поддерживающим пролиферацию опухолевый клеток, является глютамин. Депривация глютамина в клетках нейробластомы также усиливала действие противоопухолевых препаратов, но только в случае использования цисплатина. Выяснение причин подобной стимуляции показало, что в случае депривации глютамина происходит возрастание содержания АФК, что в свою очередь приводит к опосредованному киназой Akt снижению уровня внутриклеточного ингибитора каспазы-8, FLIP-s. В результате активируется каспаза-8, что ведет к гибели клеток. В случае этопозида депривация глутамина вызывала подавление апоптоза, что связано с ингибирование экспрессии транскрипционного фактора р53. Одним из факторов, способным влиять на эффективность терапии является митофагия – контроль качества митохондрий. Обнаружено, что стимуляция митофагии подавляет гибель опухолевых клеток, тогда как ее подавление усиливает терапевтический эффект препарата, поскольку в этом случае про-апоптотические митохондрии, со сниженным вследствие выхода цитохрома с мембранным потенциалом, не элиминируются, а запускают апоптоз.

1.Получены данные по корреляции энергетического потенциала митохондрий с чувствительностью клеток к различным индукторам апоптоза. Выявлены клеточные линии наиболее и наименее зависимые от гликолиза. Установлено, в каких клеточных линиях стимуляция апоптоза наиболее сильно отражается на активности митохондрий. 2. Выявлена корреляция между энергетическим потенциалом митохондрий и аутофагией. 3. Получены данные о чувствительности клеток различного происхождения к окислительному стрессу при действии различных индукторов апоптоза. Использование различных антиоксидантов позволило выяснить насколько клеточная гибель зависит от кислородных радикалов, а не является ли окислительный стресс последствием стимуляции апоптоза. 4. Исследовано изменение содержания белков Noxa, Bid и его усеченной формы t-Bid под действием терапевтических препаратов в клетках различного происхождения. 5. На основании полученных данных подготовлена к публикации одна статья, и написан отчет.