Действие противоопухолевого препарата ONC201 на число митохондриальных нуклеоидов в культуре клеток рака молочной железы BT474

Исследовано действие цитостатического противоопухолевого препарата ONC201 на число митохондриальных нуклеоидов в клетке и средний размер митохондрий в культуре клеток рака молочной железы человека линии BT474. Показано, что инкубация клеток BT474 в течение 24 ч с ONC201 (10 мкМ) снижает количество нуклеоидов с 262 ± 46 до 140 ± 27 на клетку, а увеличение длительности инкубации до 48 ч сопровождается снижением количества митохондриальных нуклеоидов до 67 ± 22 на клетку. Обнаружено, что ONC201-индуцированное изменение числа нуклеоидов на клетку зависело от длительности присутствия агента в среде инкубации. Кратковременное (24 ч) и долговременное (48 ч) воздействия на клетки однократной дозы ONC201 приводили к обратимому и/или необратимому изменению количества нуклеоидов на клетку. Так, после 24 ч обработки и последующей инкубации клеток в свободной от ONC201 среде (отмывка) в течение 120 ч, наблюдалось восстановление количества нуклеоидов до 211 ± 47 на клетку. Напротив, 120-часовая отмывка клеток, после 48 ч обработки, не приводила к восстановлению количества нуклеоидов, и их количество оставалось на уровне 70 ± 59 на клетку. Изменение количества митохондриальных нуклеоидов, независимо от длительности обработки клеток препаратом ONC201, положительно коррелирует с изменением среднего размера митохондрий как показателя их морфологии. Заключается, что ONC201 оказывает цитостатическое действие на клетки ВТ474 в культуре, подавляет пролиферацию клеток, индуцирует зависимое от длительности обработки обратимое или необратимое уменьшение числа митохондриальных нуклеоидов и фрагментацию митохондрий.

1. Allen J.E., Kline C.L., Prabhu V.V., et al. Discovery and clinical introduction of first-in-class imipridone ONC201 // Oncotarget. 2016. Vol. 7. N 45. P. 74380–74392.

2. Arrillaga-Romany I., Chi A.S., Allen J.E., Oster W., Wen P.Y., Batchelor T.T. A phase 2 study of the first imipridone ONC201, a selective DRD2 antagonist for oncology, administered every three weeks in recurrent glioblastoma // Oncotarget. 2017. Vol. 8. N 45. P. 79298–79304.

3. Graves P.R., Aponte-Collazo L.J., Fennell E.M. J., et al. Mitochondrial protease ClpP is a target for the anticancer compounds ONC201 and related analogues // ACS Chem. Biol. 2019. Vol. 14. N 5. P. 1020–1029.

4. Ishizawa J., Zarabi S.F., Davis R.E., et al. Mitochondrial ClpP-mediated proteolysis induces selective cancer cell lethality // Cancer Cell. 2019. Vol. 35. N 5. P. 721–737.

5. Greer Y.E., Porat-Shliom N., Nagashima K., et al. ONC201 kills breast cancer cells in vitro by targeting mitochondria // Oncotarget. 2018. Vol. 9. N 26. P. 18454–18479.

6. Stoker M.L., Newport E., Hulit J.C., West A.P., Morten K.J. Impact of pharmacological agents on mitochondrial function: a growing opportunity? // Biochem. Soc. Trans. 2019. Vol. 47. N 6. P. 1757–1772.

7. Taanman J.W. The mitochondrial genome: structure, transcription, translation and replication // Biochim. Biophys. Acta 1999. Vol. 1410. N 2. P. 103–123.

8. Calvo S.E., Mootha V.K. The mitochondrial proteome and human disease // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2010. Vol. 11. P. 25–44.

9. Green D.R., Galluzzi L., Kroemer G. Cell biology. Metabolic control of cell death // Science. 2014. Vol. 345. N 6203: 1250256.

10. Porporato P. E., Filigheddu N., Pedro J.M.B., Kroemer G., Galluzzi L. Mitochondrial metabolism and cancer // Cell Res. 2018. Vol. 28. N 3. P. 265–280.

11. Fontana G.A., Gahlon H.L. Mechanisms of replication and repair in mitochondrial DNA deletion formation // Nucleic Acids Res. 2020. Vol. 48. N 20. P. 11244–11258.

12. La Morgia C., Maresca A., Caporali L., Valentino M.L., Carelli V. Mitochondrial diseases in adults // J. Intern. Med. 2020. Vol. 287. N 6. P. 592–608.

13. Ralff M.D., Jhaveri A., Ray J.E., Zhou L., Lev A., Campbell K.S., Dicker D.T., Ross E.A., El-Deiry W.S. TRAIL receptor agonists convert the response of breast cancer cells to ONC201 from anti-proliferative to apoptotic // Oncotarget. 2020. Vol. 11. N 42. P. 3753–3769.

14. McArthur K., Whitehead L.W., Heddleston J.M., et al. BAK/BAX macropores facilitate mitochondrial herniation and mtDNA efflux during apoptosis // Science. 2018. Vol. 359. N 6378: eaao6047.

15. Pruss M., Dwucet A., Tanriover M., Hlavac M., Kast, R.E., Debatin K.M., Wirtz C.R., Halatsch M.E., Siegelin M.D., Westhoff M.A., Karpel-Massler G. Dual metabolic reprogramming by ONC201/TIC10 and 2-Deoxyglucose induces energy depletion and synergistic anti-cancer activity in glioblastoma // Br. J. Cancer. 2020. Vol. 122. N 8. P. 1146–1157.

16. Kline C.L., Van den Heuvel A.P., Allen J.E., Prabhu V.V., Dicker D.T., El-Deiry, W.S. ONC201 kills solid tumor cells by triggering an integrated stress response dependent on ATF4 activation by specific eIF2alpha kinases // Sci. Signal. 2016. Vol. 9. N 415: ra18.

17. Geiss C., Witzler C., Poschet G., Ruf W., RegnierVigouroux A. Metabolic and inflammatory reprogramming of macrophages by ONC201 translates in a pro-inflammatory environment even in presence of glioblastoma cells // Eur. J. Immunol. 2021. Vol. 51. N 5. P. 1246–1261.

18. Kukat C., Wurm C.A., Spåhr H., Falkenberg M., Larsson N.G., Jakobs S. Super-resolution microscopy reveals that mammalian mitochondrial nucleoids have a uniform size and frequently contain a single copy of mtDNA // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011. Vol. 108. N 33. P. 13534–13539.

19. Bonekamp N.A., Larsson N.G. SnapShot: Mitochondrial nucleoid // Cell. 2018. Vol. 172. N 1–2. P. 388–388.e1.

20. Sasaki T., Sato Y., Higashiyama T., Sasaki N. Live imaging reveals the dynamics and regulation of mitochondrial nucleoids during the cell cycle in Fucci2- HeLa cells // Sci. Rep. 2017. Vol. 7: e11257.

21. Leonard A.P., Cameron, R.B., Speiser J.L., Wolf B.J., Peterson Y.K., Schnellmann R.G., Beeson C.C., Rohrer B. Quantitative analysis of mitochondrial morphology and membrane potential in living cells using high-content imaging, machine learning, and morphological binning // Biochim. Biophys. Acta. 2015. Vol. 1853. N 2. P. 348–360.

22. Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis // Nat. Methods. 2012. Vol. 9. N 7. P. 676–682.

23. Armstrong R.A. When to use the Bonferroni correction // Ophthalmic Physiol. Opt. 2014. Vol. 34. N 5. P. 502–508.

24. Galluzzi L., Bravo-San Pedro J.M., Kroemer G. Organelle-specific initiation of cell death // Nat. Cell Biol. 2014. Vol. 16. N 8. P. 728–736.

25. Galluzzi L., Bravo-San Pedro J. M., Kepp O., Kroemer G. Regulated cell death and adaptive stress responses // Cell Mol. Life Sci. 2016. Vol. 73. N 11–12. P. 2405–2410.

26. Gallage, S., Gil J. Mitochondrial Dysfunction Meets Senescence // Trends Biochem. Sci. 2016. Vol. 41. N 3. P. 207–209.

27. Vasileiou P.V.S., Evangelou K., Vlasis K., Fildisis G., Panayiotidis M.I., Chronopoulos, E., Passias P.G., Kouloukoussa M., Gorgoulis V.G., Havaki S. Mitochondrial homeostasis and cellular senescence // Cells. 2019. Vol. 8. N 7: 686.

28. Prabhu V.V., Morrow S., Rahman Kawakibi A., et al. ONC201 and imipridones: Anti-cancer compounds with clinical efficacy // Neoplasia. 2020. Vol. 22. N 12. P. 725–744.

29. Ishizawa J., Kojima K., Chachad D., et al. ATF4 induction through an atypical integrated stress response to ONC201 triggers p53-independent apoptosis in hematological malignancies // Sci. Signal. 2016. Vol. 9. N 415: ra17.