Механизмы гибели опухолевых клеток в ответ на стимуляцию внутреннего пути апоптоза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Копеина Гелина Сергеевна

• Копеина Гелина Сергеевна
• доктор наук
• 2023

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы гибели опухолевых клеток в ответ на стимуляцию внутреннего пути апоптоза»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Программируемая гибель клеток (ПГК) регулирует эмбриональное развитие высших организмов, обеспечивает генетическую стабильность клеток и элиминирует поврежденные клетки организма. В настоящее время Номенклатурный Комитет по исследованию гибели клеток признал наличие более 10 типов ПГК. Нарушения 111К ассоциируются с патогенезом ряда заболеваний, а эффективность их запуска играет важнейшую роль при терапии этих заболеваний, в первую очередь онкологических. Апоптоз - один из самых изученных типов ПГК - регулируется большим количеством белков, главными из которых являются белки двух семейств - каспаз и Bcl-2.

Первая группа, каспазы, разделяется на инициаторные и эффекторные белки, которые запускают и реализуют программируемую гибель, а также на белки, участвующие в регуляции воспаления. Каспаза-2, является уникальной, так как может выполнять как инициаторные, так и эффекторные функции. Этот белок играет важную роль в организме, отвечая за элиминацию анеуплоидных и полиплоидных клеток, а также запуск апоптоза в ответ на ряд стимулов, включая повреждения ДНК. Каспаза-2 контролирует внутренний (так называемый митохондриальный) путь апоптоза через расщепление белка Bid - члена семейства Bcl-2. Нами было показано, что в опухолевых клетках каспаза-2 в ответ на повреждения ДНК активируется в составе ранее неописанного комплекса, при этом регулирует два типа клеточной гибели - апоптоз и некроптоз. Нокаут или нокдаун каспазы-2 приводит к существенному подавлению апоптоза в опухолевых клетках, но при этом стимулирует некроптоз при запуске генотоксического стресса. Нами установлено, что каспаза-2 важна при детекции повреждений ДНК, регулируя фосфорилирование гистона Н2АХ. В ходе развития апоптоза каспаза-2 транслоцируется в ядро, наряду с другими инициаторными каспазами, ускоряя гибель клетки. Описанные выше свойства принципиально важны для успешной регуляции каспазой-2 гибели опухолевых клеток в ответ на химиотерапию. Для исследования физиологической роли каспазы-2 нами с помощью системы CRISPR/Cas9 были созданы 2 линии мышей нокаутных по гену этого белка. Анализ полученных животных показал наличие патологических изменений в половой системе самок, приводящих к их бесплодию. Помимо этого, нами было установлено, что уровень каспазы-2 наряду с некоторыми белками семейства Bcl-2 повышается в патологических тканях пациенток с карциномой яичника по сравнению с нормальными тканями.

Вторая группа белков, регулирующих процесс апоптоза через внутренний (митохондриальный) путь, это семейство Bcl-2. Данное семейство подразделяется на про-

и антиапоптотические белки, баланс которых контролирует пермеабилизацию внешней мембраны митохондрий (ПВММ) и последующий запуск апоптоза. Один из членов этого семейства - белок Mcl-1 - напрямую контролирует ПВММ - поскольку взаимодействует с главными эффекторами данного процесса - белками Bak и Bax. Также Mcl-1 взаимодействует и блокирует белок Bid, который активируется каспазой-2. Одним из механизмов устойчивости опухолевых клеток к апоптозу является повышенная экспрессия гена Mcl-1. Белок Mcl-1 быстро деградирует и его уровень в клетке тонко регулируется пост-трансляционными модификациями. Мы показали, что в тканях карциномы яичника повышается уровень этого белка, а также его контр-партнеров - Bak, Bax, Bim и Bid.

Наиболее перспективным направлением блокирования антиапоптотических белков семейства Bcl-2 для лечения онкологических заболеваний является их прямое ингибирование высокоселективными низкомолекулярными антагонистами - так называемыми ВН3-миметиками. Нами проведено сравнение эффективности таких ингибиторов на опухолевых клетках различного происхождения. Для исследования потенциальной устойчивости опухолевых клеток к соединению S63845 (ингибитору Mcl-1) в качестве индивидуального агента для терапии были получены стабильные клеточные линии, характеризующиеся резистентностью к действию этого вещества. Комбинирование нескольких BH3-миметиков позволяло преодолеть устойчивость опухолевых клеток. Следовательно, такое сочетание противоопухолевых агентов может быть рассмотрено для потенциального использования в клинической практике. Также мы проанализировали насколько соотношение изоформ белка Mcl-1 (продуктов альтернативного сплайсинга) влияет на прохождение клеточного цикла клетками и накопление повреждений ДНК. Было установлено, что повышение уровня изоформы Mcl-1S, обладающей проапоптотическими свойствами (в отличии от Mcl-1L), способствует «митотическому проскальзыванию», что может влиять на прогрессирование опухолевого заболевания.

Степень разработанности темы диссертации

Разработка новых противоопухолевых препаратов и повышение эффективности уже существующих основывается на расширении знаний механизмов запуска и контроля разных типов ПГК. Последние достижения в этой области помогли существенно расширить круг противоопухолевых препаратов и подходов, которые в настоящее время включают не только химио- и радиотерапию, но и иммунную, молекулярно-таргентную терапии и их комбинации. В зависимости от происхождения стрессового стимула процесс гибели клеток может инициироваться в разных внутриклеточных компартментах.

4

Различные органеллы могут запускать гибель клеток с помощью специфических сенсоров стресса и передавать модулирующие сигналы по всей клетке. Этот процесс регулируют несколько молекулярных переключателей внутри сигнальной сети. Детальное изучение молекулярных и биохимических механизмов показало, что ряд белков, регулирующих апоптоз, необходимы для взаимодействия между различными типами клеточной гибели, которые могут сосуществовать в одних и тех же клетках. Так, каспаза-8, классический инициатор внешнего пути апоптоза, является хорошо известным негативным регулятором некроптоза. Следовательно, ее инактивация за счет мутаций угнетает апоптотическую гибель опухолевых клеток, однако способствует индукции некроптоза.

В случае мутации и злокачественного перерождения клеток, изменения баланса механизмов регуляции вызывает не только потерю контроля над клеточным циклом, постоянный рост и деление раковых клеток, но и соответствующее подавление апоптоза за счет блокировки активности инициаторных каспаз. Аналогичное влияние также осуществляется на уровне белков семейства Вс1-2 и транскрипционных онкосупрессорных факторов таких как белок р53. Ранее не была исследована роль каспазы-2 во взаимодействии между различными типами ПГК и переключении с внутреннего пути апоптоза на другие при блокировке активности фермента. Более того, не была показана ее роль в ядре и на организменном уровне, что было впервые сделано в настоящей работе.

Запуск внутреннего пути апоптоза за счет регуляций белков семейства Вс1-2 является перспективным направлением в области терапии онкологических заболеваний. Уже сейчас есть зарегистрированный препарат (Venetoclax), блокирующий активность белка Bcl-2. Тем не менее, исследование предикторов эффективности такой терапии остается актуальным вопросом в современной онкобиологии. Кроме того, поиск успешных комбинаций препаратов-ингибиторов данного семейства является важным направлением при поиске новых подходов в терапии опухолей.

Цели и задачи исследования

Целью работы являлось изучение механизмов запуска и регуляции внутреннего пути апоптоза для потенциального улучшения эффективности терапии злокачественных заболеваний. Для достижения цели были сформулированы следующие научно-исследовательские задачи:

1. Исследовать ядерную транслокацию каспаз в процессе апоптоза.

2. Показать роль инициаторной каспазы-2 в детекции повреждений ДНК.

3. Создать алгоритм анализа влияния мутаций на активность и структуру каспаз.

4. Исследовать роль каспазы-2 в развитии некроптоза.

5

5. Создать нокаутных по каспазе-2 мышей с помощью системы CRISPR/Cas9 и проанализировать фенотип такого нокаута.

6. Изучить изменение уровня каспаз и белков семейства Bcl-2 в патологических и здоровых тканях пациенток с карциномой яичника.

7. Оценить способность ингибиторов антиапоптотических белков семейства Вс1-2 запускать гибель опухолевых клеток различного происхождения как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом.

8. Установить роль изоформ Mcl-1 в гибели опухолевых клеток и регуляции их деления.

Научная новизна

Внутренний путь апоптоза является одним из основных механизмов регуляции гомеостаза тканей и удаления потенциально опасных мутировавших клеток. Центральными регуляторами этого пути являются инициаторные каспаза-2, -8 и -9, а также белки семейства Bcl-2. Каспаза-2 отвечает как за запуск, так и за реализацию апоптоза в ответ на повреждения ДНК, элиминацию анеуплоидных и полиплоидных клеток, что говорит о ее существенной роли в поддержании генетической стабильности. Несмотря на важность этого фермента в индукции гибели опухолевых клеток механизм регуляции его работы остается до сих пор нераскрытым. В 2004 году был открыт комплекс PГОDosome, в составе которого может происходить активация каспазы-2 в ответ на повреждение ДНК. Нами было обнаружено, что каспаза-2 также способна активироваться независимо от этого комплекса. Согласно опубликованным данным каспаза-2 активируется при генотоксическом стрессе, запуская апоптоз в опухолевых клетках (показано несколькими группами, в том числе и нами [14, 16, 36]). Мы впервые продемонстрировали, что каспаза-2 способна регулировать не только апоптоз, но и RIP-зависимый некроптоз при обработке клеток химиотерапевтическими препаратами [7]. Такое свойство белка, вероятно, важно для регуляции нормального функционирования организма. Как было показано ранее для каспазы-8, нокаут ее гена приводит к массированному запуску некроптоза, что вызывает гибель организма модельного животного. Как показало наше исследование нокаута гена каспазы-2 на мышах, этот белок имеет драматическое значение для нормального развития и работы половой системы.

Анализ структуры каспазы-2 выявил, что у нее имеется всего 3 сайта фосфорилирования по сравнению с другими инициаторными каспазами, для каждой из которых было обнаружено не менее 7 таких аминокислотных остатков [4]. Проведённый биоинформатический анализ показал, что у каспазы-2 есть еще 5 потенциально

6

фосфорилируемых аминокислотных остатков. Для проверки влияния модификаций аминокислотные остатки обычно заменяют. Однако такие изменения в последовательности белка могут изменить его третичную структуру и привести к потере функциональности. Для расчета подобных изменений нами был разработан метод моделирования с применением молекулярной динамики, который показал, что потенциально фосфорилируемый остаток серина 384 не подвергается такой модификации, а координирует работу активного центра каспазы-2 [14, 29]. Важно отметить, что разработанный алгоритм можно использовать для оценки мутаций в любом белке.

Выяснилось, что инициаторные каспазы-2, - 8 и -9 транслоцируются в ядро в ходе апоптоза, что указывает на их ядерную функцию при реализации данного типа гибели [6, 8, 17]. Эксперименты показали, что каспаза-2 при этом способна регулировать фосфорилирование гистона Н2АХ, являющегося маркером повреждений ДНК. По-видимому, данный фермент участвует в детекции повреждений ДНК, поскольку его отсутствие приводило к снижению накопления уН2ЛХ как в линиях опухолевых клеток, так и в тканях модельного нокаутного организма. Вероятно, этот механизм является одним из основных в реализации онокосупрессорной функции каспазы-2, которая была описана ранее несколькими исследовательскими группами, включая нашу [16]. Принципиально важным оказалось, что полученные в ходе научно-исследовательской работы нокаутные по гену каспазы-2 самки мышей, в отличии от самцов, не способны давать потомство. Для дальнейшего исследования функций каспазы-2 нами проанализирован уровень каспазы-2 и ряда других белков, регулирующих апоптоз, в тканях пациенток с карциномой яичника. Было выявлено, что уровень каспазы-2 наряду с другими каспазами увеличивается в тканях карциномы яичника. Усиление экспрессии гена каспазы-2 в опухолевых клетках могло бы усилить их чувствительность к запуску апоптоза при повреждении ДНК. Однако дальнейший анализ показал, что при этом синхронно поднимается уровень антиапоптотического белка Мс1-1 из семейства Вс1-2. Этот факт свидетельствовал о том, что клетки опухоли пытаются защититься от индукции апоптоза, вызванного повышенным количеством каспазы-2. Дальнейшее исследование продемонстрировало, что содержание других белков семейства Вс1-2 (как про-, так и антиапоптотических) также увеличивалось в патологической ткани по сравнению с нормальной.

Кластерный анализ и метод главных компонент выявил, что изменение уровня как про- так и антиапоптотических белков Bcl-2 семейства в патологических тканях ассоциированo с прогрессией карциномы яичника. Поскольку Mcl-1 один из ключевых антиапоптотических белков семейства Вс1-2 [9, 12], то в дальнейшей работе были

7

использованы ингибиторы этого белка в сочетании с другими BH3-миметиками. Результаты экспериментов подтвердили, что сочетание ингибиторов двух антиапоптотических белков семейства Bcl-2 усиливает гибель опухолевых клеток различного происхождения и позволяет преодолевать приобретенную резистентность к ингибитору Mcl-1. Анализ опухолевых клеток выявил паттерн соотношения белков-партнёров Мс1-1, который делает клетки чувствительными к ингибитору Mcl-1 [24]. Однако встал вопрос, может ли ингибитор Mcl-1 обладать неспецифическими нежелательными эффектами, т.к. этот белок обладает не только антиапопотическими функциями. Более того, известно, что у Mcl-1 есть длинная и короткая изоформы (Mcl-1L и Mcl-1S), которые обладают противоположными функциями в апоптозе. Ингибирование длинной изоформы может приводить к перераспределению этих белков и менять эффективность работы BH3-миметика. Мы показали, что соотношение длинной и короткой изоформ Мс1-1 регулирует клеточный цикл и деление опухолевых клеток, что также важно учитывать при использовании ингибиторов Мс1-1 [15]. Однако, сам ингибитор не влиял на эти функции, и его применение не приводило к нежелательным эффектам. Таким образом, использование ингибиторов антиапоптотических белков семейства Вс1-2 в сочетании с химиотерапевтическими препаратами можно рассматривать в качестве потенциального подхода к улучшению эффективности лечения опухолевых заболеваний.

Теоретическое и практическое значение работы

В работе впервые была показана физиологическая функция одной из инициаторных каспаз - каспазы-2. Мы обнаружили, что при обработке опухолевых клеток химиотерапевтическими препаратами накопление маркера фосфорилирования гистона Н2АХ (маркер повреждений ДНК) коррелирует с содержанием каспазы-2. Снижение уровня последней за счет нокаута или нокдауна приводило к заметному угнетению апоптоза и уменьшению накопления этого маркера при повреждениях ДНК. Для того, чтобы подтвердить физиологическую значимость каспазы-2 для фосфорилирования Н2АХ, мы использовали нокаутных по каспазе-2 мышей. Анализ показал, что у таких животных действительно снижено накопление YH2AX при повреждениях ДНК по сравнению с мышами дикого типа. Этот результат говорит о том, что отсутствие каспазы-2 приводит к нарушению детекции повреждений ДНК не только в клетках отдельных культур, но и на уровне организма. Таким образом, каспаза-2 может является предиктором эффективности терапии опухолевых заболеваний с помощью ДНК-повреждающих агентов. Ранее роль каспазы-2 в развитии злокачественных образований в яичнике была

8

неизвестна. Поскольку, мы обнаружили, что самки мышей нокаутные по гену каспазы-2 характеризуются серьезной патологией половой системы, то, возможно, развитие карцином яичника также связано с изменением экспрессии гена каспазы-2. Мы показали, что в тканях карциномы яичника уровень каспазы-2 возрастает наряду с уровнем другой инициаторной каспазы-8. Как было показано ранее, такое возрастание уровня каспазы-8 положительно коррелирует с выживаемостью пациенток с карциномой яичника. Мы предположили, что такая корреляция может быть и для каспазы-2. Поскольку нами показано, что каспаза-2 участвует в детекции повреждений ДНК, то увеличение количества каспазы-2 в тканях карциномы яичника свидетельствует о важности этого фермента для эффективности терапии. Однако оказалось, что в патологических тканях пациенток с этим заболеванием повышается уровень про- и антиапоптотичских белков семейства Bcl-2. Увеличение количества антиапоптотических белков вызвано попыткой опухолевых клеток защититься от эффекта увеличения уровня каспаз. Поскольку регуляция работы системы белков семейства Bcl-2 базируется на строгом балансе между анти- и проапоптотическими членами, то вышеуказанное возрастание уровня первых приводит к повышению вторых. Такой эффект был описан как «близость» к апоптозу опухолевых клеток. Более того выяснилось, что изменение паттерна белков семейства Bcl-2 коррелирует с прогрессией заболевания. Поэтому применение ингибиторов антиапоптотических белков необходимо изучать как возможный новый путь терапии карцином яичника. Так, исследования показали, что применение ингибитора Mcl-1 усиливает гибель опухолевых клеток карциномы яичника и ряда других опухолей и не имеет нежелательных эффектов в виде нарушения процесса деления или накопления повреждений ДНК.

Методология и методы исследования

Работа выполнена с использованием широкого спектра современных методов биохимии, молекулярной и клеточной биологии. Основным объектом исследования были опухолевые клетки, а получаемые знания и методы исследования затем переносились на другие объекты - патологические ткани человека и мышей. Работа проводилась с использованием различных систем коррекции экспрессии отдельных генов, позволяющих как подавлять этот процесс (siRNA, shRNA и CRISPR/Cas9), так и усиливать его (введение соответствующих плазмид). Эксперименты с животными и анализ тканей пациентов проводили согласно законодательству РФ с согласия пациентов и после получения соответствующих разрешений этических комитетов.

Положения, выносимые на защиту

1. Инициаторные каспазы-2, - 8 и -9, а также эффекторная каспаза-3 транслоцируются в ядро при индукции апоптоза.

2. Инициаторная каспаза-2 регулирует фосфорилирование гистона Н2АХ, участвуя в детекции повреждений ДНК.

3. Разработанный алгоритм анализа влияния мутаций на активность и структуру каспаз может быть применен для оценки потенциальных сайтов посттрансляционных модификаций.

4. Каспаза-2 является негативным регулятором некроптоза.

5. Нокаутные по каспазе-2 самки мышей не способны иметь потомство.

6. Уровень каспазы-2 и некоторых белков семейства Bcl-2 повышается в тканях карциномы яичника, при этом изменение уровня белков Bcl-2 семейства связано с прогрессированием этого заболевания и устойчивостью опухолевых клеток к гибели.

7. BH3-миметики - ингибиторы антиапоптотических белков семейства Bcl-2 -эффективно запускают апоптоз опухолевых клеток различного происхождения как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, позволяя преодолевать приобретенную лекарственную устойчивость.

8. Соотношение изоформ Mcl-1 играет важную роль в регуляции клеточного цикла и накоплении повреждений ДНК, а ингибитор этого белка не оказывает негативного влияния на эти процессы.

Личный вклад автора

Все представленные данные получены автором или под ее непосредственным руководством. Автор осуществляла дизайн экспериментов и их выполнение, выбор методов, анализ результатов и подготовку их к публикации. Диссертация Копеиной Г. С. является самостоятельной научно-исследовательской работой, которая свидетельствует о профессиональной компетенции автора.

Степень достоверности и апробация результатов

Результаты работы были опубликованы в рецензируемых научных журналах (в том числе в Trends Cell Biol, Cell Death Differ, Oncogene, Cell Mol Life Sci, BBA, Cell Death Disease, Sci Rep, Cell Death Discovery, Cancers, Cells и других).

Материалы диссертации докладывались на международных конференциях, включая V Национальный конгресс по регенеративной медицине (Москва, Россия, 2022),

10

RSU International Conference "Health and Social Sciences" (Латвия, 2021), BGRS/SB-2020: 12th International Multiconference "Bioinformatics of Genome Regulation and Structure/Systems Biology" (Новосибирск, Россия, 2020), 27th SCT Young Research Fellows Meeting (Caen, Франция, 2020), V Всероссийская конференция по молекулярной онкологии (Москва, Россия, 2019), IV Национальный конгресс по регенеративной медицине (Москва, Россия, 2019), 27th ECDO Euroconference: "Cell Death and Regeneration" (Дрезден, Германия, 2019), Joint Bavarian-Russian Conference "Chemistry meets Biomedicine" (Москва, Россия, 2019), III Международная научная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский молодежный научный форум «Наука будущего -наука молодых» (Сочи, Россия, 2019), 26th ECDO Euroconference: Cell death in disease: from small molecules to translational medicine (Санкт-Петербург, Россия, 2018), III Национальный конгресс по регенеративной медицине (Москва, Россия, 2017), 25th ECDO Euroconference: "Cell death and immunity in disease: from molecules to translational medicine" (Лювен, Бельгия, 2017), Международная научная конференция "XII чтения памяти академика Ю. А. Овчинникова" VIII Российский симпозиум "Белки и пептиды" (Москва, Россия, 2017), 24th ECDO Euroconference: "Cell Death in Health and Disease" (Барселона, Испания, 2016), II Международная научная конференция «Наука будущего» (Казань, Россия, 2016), 22-nd ECDO Euroconference: "Cell Death & Rejuvenation" (Афины, Греция, 2014).

Основные научные результаты диссертации изложены в 41 статье и 2 патентах, опубликованных в рецензируемых изданиях, включая 34 публикаций за последние 10 лет (2013 -2022) в научных изданиях первого и второго квартилей (Q1 и Q2, соответственно), индексируемых в международных базах данных Web of Science и Scopus.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Копеина Гелина Сергеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения настоящего исследования было показано, что с физиологической точки зрения главной функцией каспазы-2 как опухолевого супрессора является поддержание стабильности генома. При этом данный фермент выполняет как роль регулятора двух типов ПГК, так и обладает функциями, несвязанными с гибелью клеток. Во-первых, каспаза-2 может запускать апоптоз в поврежденных клетках, контролируя гомеостаз тканей (Рис. 31). Более того, известно, что каспаза-2 способна расщеплять структурные белки (например, десмоплакин, golgin 160, и а-спектрин) в ходе апоптоза, усиливая деградацию клетки. С другой стороны, активная каспаза-2 способна стабилизировать уровень белка р53, расщепляя его негативный регулятор - Mdm2 (Рис. 31). Этот процесс запускает транскрипцию р53-зависимых генов, которые способны как регулировать клеточный цикл (например, белок р21), так и усиливать апоптоз (проапоптотические белки семейства Bcl-2 - Puma и Noxa).

Во-вторых, каспаза-2 участвует в детекции повреждений ДНК, регулируя уровень накопления одного из главных маркеров этого процесса - фосфорилированной формы гистона Н2АХ. Возможно, что эта функция важна для антиоксидантной защиты клеток, предотвращая усиление повреждений ДНК и геномных нарушений. Помимо этого, ранее было описано, что каспаза-2 способна регулировать работу факторов транскрипции FoxOl и Nrf2, которые защищают клетку от окислительного стресса (Рис. 31). Не следует исключать, что после активации каспазы-2 и исполнения ее неапоптотических функций, поврежденные клетки могут быть восстановлены и нормально функционировать. Апоптотическая функция каспазы-2 играет важную роль в подавлении роста опухоли, поскольку позволяет уничтожить потенциально опасные клетки. Однако, неапоптотическая функция не менее важна, поскольку каспаза-2 способна действовать как "коммутационный механизм" при повреждениях ДНК, регулируя конечный исход -погибнет ли клетка по пути апоптоза/некроптоза или выживет (Рис. 31).

Не исключено, что апоптотичская и неапоптотическая функции могут перекрываться. В такой ситуации каспаза-2 способна обеспечить правильную детекцию повреждений ДНК, а если они не могут быть репарированы, то активная каспаза-2 запускает гибель клеток. С дуальной функцией каспазы-2 возможно связана ее ключевая роль в функционировании половой системы самок и размножении. Как показано нами, нокаут по гену каспазы-2 приводил к отсутствию потомства у самок.

А

Б

Рис. 31. Апоптотические (А) и неапоптотические (Б) функции каспазы-2. Каспаза-2 изображена в виде ножниц, факторы транскрипции в виде треугольников, а другие белки в виде кружков. (А) Каспаза-2 может активироваться в ответ на различные повреждающие стимулы и инициировать апоптоз через расщепление белка Bid и последующей пермеабилизацией наружной мембраны митохондрий (MOMP - mitochondrial outer membrane permeabilization). Кроме того, каспаза-2 выполняет свою исполнительную функцию, расщепляя несколько внутриклеточных субстратов, что приводит к разрушению клетки. (Б) Каспаза-2 участвует в регуляции клеточного цикла и обеспечивает геномную стабильность. Опубликовано в [16].

Анализ карцином яичника подтверждает это предположение, поскольку повышение уровня каспазы-2 наблюдается в патологических тканях по сравнению с нормальными у пациенток с этим диагнозом. Согласно литературным данным такое повышение положительно коррелирует с успешностью лечения. Наряду с повышением уровня каспазы-2 было обнаружено накопление белков семейства Bcl-2 - как про-, так и антиапоптотических - в тканях карцином яичника. Такой эффект называется «праймингом» и свидетельствует о том, что для лечения данного типа опухолей могут быть применимы BH3-миметики, ингибирующие антиапоптотические белки семейства Bcl-2. Действительно, нами показано, что комбинация ингибиторов Mcl-1 и Bcl-2 способна запустить апоптоз в клетках карциномы яичника, а также в опухолевых клетках линий другого происхождения. Более того, сочетание таких агентов позволяет преодолеть устойчивость к ингибитору Mcl-1. Важно отметить, что сочетание блокаторов Mcl-1 и Bcl-XL слишком токсично и вряд ли может быть рекомендовано к использованию в клинической практике. Исследование потенциальных негативных эффектов ингибитора

Mc1-1 показало, что сам по себе он не влияет на клеточный цикл или накопление повреждений ДНК. Однако соотношение изоформ этого белка играет заметную роль в регуляции клеточного цикла, что необходимо учитывать при разработке подходов лечения опухолевых заболеваний.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Копеина Гелина Сергеевна, 2023 год

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. (Q1) Zamaraev AV, Kopeina GS, Zhivotovsky B, Lavrik IN. Cell death controlling complexes and their potential therapeutic role. Cell Mol Life Sci. 2015 Feb;72(3):505-17. doi: 10.1007/s00018-014-1757-2. I.F.=5.7.

2. (Q1) Prokhorova EA, Zamaraev AV, Kopeina GS, Zhivotovsky B, Lavrik IN. Role of the nucleus in apoptosis: signaling and execution. Cell Mol Life Sci. 2015 Dec;72(23):4593-612. doi: 10.1007/s00018-015-2031-y. I.F.=5.7.

3. (Q1) Kopeina GS, Senichkin VV, Zhivotovsky B. Caloric restriction - A promising anticancer approach: From molecular mechanisms to clinical trials. Biochim Biophys Acta. 2017 Jan;1867(1):29-41. doi: 10.1016/j.bbcan.2016.11.002. I.F.=7.94.

4. (Q1) Zamaraev AV, Kopeina GS, Prokhorova EA, Zhivotovsky B, Lavrik IN. Post-translational modification of caspases: The other side of apoptosis regulation. Trends Cell Biol. 2017 May;27(5):322-339. doi: 10.1016/j.tcb.2017.01.003. I.F.=15.3.

5. (Q1) Senichkin VV, Kopeina GS, Prokhorova EA, Zamaraev AV, Lavrik IN, Zhivotovsky B. Modulation of Mcl-1 transcription by serum deprivation sensitizes cancer cells to cisplatin. Biochim Biophys Acta Gen Subj. 2018 Mar;1862(3):557-566. doi: 10.1016/j.bbagen.2017.11.021. I.F.=5.08.

6. (Q1) Kopeina GS, Prokhorova EA, Lavrik IN, Zhivotovsky B. Alterations in the nucleocytoplasmic transport in apoptosis: Caspases lead the way. Cell Prolif. 2018 Oct;51(5): e12467. doi: 10.1111/cpr.12467. I.F.=4.9.

7. (Q2) Zamaraev AV, Kopeina GS, Buchbinder JH, Zhivotovsky B, Lavrik IN. Caspase-2 is a negative regulator of necroptosis. Int J Biochem Cell Biol. 2018 Sep; 102:101-108. doi: 10.1016/j.biocel.2018.07.006. I.F.= 3.34.

8. (Q1) Prokhorova EA, Kopeina GS, Lavrik IN, Zhivotovsky B. Apoptosis regulation by subcellular relocation of caspases. Sci Rep. 2018 Aug 15;8(1):12199. doi: 10.1038/s41598-018-30652-x. I.F.=4.12.

9. (Q1) Senichkin VV, Streletskaia AY, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Molecular comprehension of Mcl-1: From gene structure to cancer therapy. Trends Cell Biol. 2019 Jul;29(7):549-562. doi: 10.1016/j.tcb.2019.03.004. I.F.=18.56.

10. (Q1) Bazanov DR, Pervushin NV, Savitskaya VY, Anikina LV, Proskurnina MV, Lozinskaya NA, Kopeina GS. 2,4,5-Tris(alkoxyaryl)imidazoline derivatives as potent scaffold for novel p53-MDM2 interaction inhibitors: Design, synthesis, and biological evaluation. Bioorg Med Chem Lett. 2019 Aug 15;29(16):2364-2368. doi: 10.1016/j.bmcl.2019.06.007. I.F.=2.5.

11. (Q1) Prokhorova EA, Egorshina AY, Zhivotovsky B, Kopeina GS. The DNA-damage response and nuclear events as regulators of nonapoptotic forms of cell death. Oncogene. 2020 Jan;39(1):1-16. doi: 10.1038/s41388-019-0980-6. I.F.=6.63.

12. (Q1) Senichkin VV, Streletskaia AY, Gorbunova AS, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Saga of Mcl-1: regulation from transcription to degradation. Cell Death Differ. 2020 Feb;27(2):405-419. doi: 10.1038/s41418-019-0486-3. I.F.=8.09.

13. (Q1) Pervushin NV, Senichkin VV, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Mcl-1 as a "barrier" in cancer treatment: Can we target it now? Int Rev Cell Mol Biol. 2020; 351:23-55. doi: 10.1016/bs.ircmb.2020.01.002. I.F.=3.8.

14. (Q1) Zamaraev AV, Volik PI, Nilov DK, Turkina MV, Egorshina AY, Gorbunova AS, Iarovenko SI, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Requirement for Serine-384 in caspase-2 processing and activity. Cell Death Dis. 2020 Oct 3;11(10):825. doi: 10.1038/s41419-020-03023-6. I.F.=6.3.

15. (Q1) Streletskaia AY, Senichkin VV, Prikazchikova TA, Zatsepin TS, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Upregulation of Mcl-1S causes cell-cycle perturbations and DNA damage accumulation. Front Cell Dev Biol. 2020 Sep 25; 8:543066. doi: 10.3389/fcell.2020.543066. eCollection 2020. I.F.=5.2.

16. (Q1) Kopeina GS, Zhivotovsky B. Caspase-2 as a master regulator of genomic stability. Trends Cell Biol. 2021 Sep;31(9):712-720. doi: 10.1016/j.tcb.2021.03.002. I.F.=20,8.

17. (Q1) Senichkin VV, Prokhorova EA, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Simple and efficient protocol for subcellular fractionation of normal and apoptotic cells. Cells. 2021 Apr 9;10(4):852. doi: 10.3390/cells10040852. I.F.= 5,6.

18. (Q1) Zamaraev AV, Volik PI, Sukhikh GT, Kopeina GS, Zhivotovsky B. Long non-coding RNAs: A view to kill ovarian cancer. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2021 Aug;1876(1):188584. doi: 10.1016/j.bbcan.2021.188584. I.F.=10.68.

19. (Q2) Sazonova EV, Kopeina GS, Imyanitov EN, Zhivotovsky B. Platinum drugs and taxanes: can we overcome resistance? Cell Death Discov. 2021 Jun 26;7(1):155. doi: 10.1038/s41420-021 -00554-5. I.F.=4.53.

20. (Q2) Bazanov DR, Pervushin NV, Savin EV, Tsymliakov MD, Maksutova AI, Sosonyuk SE, Kopeina GS & Lozinskaya NA. Sulfonamide derivatives of cis-imidazolines as potent p53-MDM2/MDMX protein-protein interaction inhibitors. Medicinal Chemistry Research. 2021, volume 30, p. 2216-2227. DOI: 10.1007/s00044-021-02802-w. I.F.=2,4.

21. (Q1) Zaitceva V, Kopeina GS, Zhivotovsky B. Anastasis: Return journey from cell death. Cancers (Basel). 2021 Jul 22;13(15):3671. doi: 10.3390/cancers13153671. I.F.=6.64.

22. (Q1) Gongalsky MB, Muftieva DA, Saarinen JKS, Isomaki A, Pervushin NV, Kopeina GS, Peltonen LJ, Strachan CJ, Zhivotovsky B, Santos HA, Osminkina LA. Nonresonant CARS imaging of porous and solid silicon nanoparticles in human cells. ACS Biomater Sci Eng. 2021 Sep 23. doi: 10.1021/acsbiomaterials.1c00771. I.F.= 4.41.

23. (Q1) Gongalsky MB, Pervushin NV, Maksutova DE, Tsurikova UA, Putinsev PP, Guppenen OP, Evstratova YV, Shalygina OA, Kopeina GS, Kudryavtsev AA, Zhivotovsky B, Osminkina LA. Optical monitoring of the porous and solid silicon nanoparticles biodegradation. Nanomaterials. 2021: 11, 2167. I.F.=5.08.

24. (Q1) Senichkin VV, Pervushin NV, Zamaraev AV, Sazonova EV, Zuev AP, Streletskaia AY, Prikazchikova TA, Zatsepin TS, Kovaleva OV, Tchevkina EM, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Bak and Bcl-xL participate in regulating sensitivity of solid tumor derived cell lines to Mcl-1 inhibitors. Cancers (Basel). 2021 Dec 30;14(1):181. doi: 10.3390/cancers14010181. IF= 6.639.

25. (Q1) Sazonova EV, Petrichuk SV, Kopeina GS, Zhivotovsky B. A link between mitotic defects and mitotic catastrophe: detection and cell fate. Biol Direct. 2021 Dec 9;16(1):25. doi: 10.1186/s13062-021-00313-7. PMID: 34886882; PMCID: PMC8656038. IF 7.17.

26. (Q1) Egorshina AYu, Zamaraev AV, Kaminskyy VO, Radygina TV, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Necroptosis as a novel facet of mitotic catastrophe. Int J Mol Sci. 2022 Mar 29;23(7):3733. doi: 10.3390/ijms23073733. IF=5.542.

27. (Q1) Bazanov DR, Pervushin NV, Savin EV, Tsymliakov MD, Maksutova AI, Savitskaya VY, Sosonyuk SE, Gracheva YA, Seliverstov MY, Lozinskaya NA, Kopeina GS. Synthetic design and biological evaluation of new p53-MDM2 interaction inhibitors based on imidazoline core. Pharmaceuticals (Basel). 2022 Apr 2;15(4):444. doi: 10.3390/ph15040444. IF=5.22.

28. (Q1) Tolstik E, Gongalsky MB, Dierks J, Brand T, Pernecker M, Pervushin NV, Maksutova DE, Gonchar KA, Samsonova JV, Kopeina G, Sivakov V, Osminkina LA, Lorenz K. Raman and fluorescence micro-spectroscopy applied for the monitoring of sunitinib-loaded porous silicon nanocontainers in cardiac cells. Front Pharmacol. 2022 Aug 9; 13:962763. doi: 10.3389/fphar.2022.962763. IF= 5.99.

29. (Q2) Nilov DK, Zamaraev AV, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Exploring caspase mutations and post-translational modification by molecular modeling approaches. J Vis Exp. 2022 Oct 13;(188). doi: 10.3791/64206. IF=1,42.

30. (Q1) Sazonova EV, Chesnokov MS, Zhivotovsky B, Kopeina GS. Drug toxicity assessment: cell proliferation versus cell death. Cell Death Discov. 2022 Oct 14;8(1):417. doi: 10.1038/s41420-022-01207-x. IF= 7.11.

31. (Q1) Kopeina GS, Zhivotovsky B. Programmed cell death: Past, present and future. Biochem Biophys Res Commun. 2022 Dec 10; 633:55-58. doi: 10.1016/j.bbrc.2022.09.022. PMID: 36344162. IF= 3.32.

32. (Q2) Сеничкин В.В., Первушин Н.В., Зуев А.П., Животовский Б.Д., Копеина Г.С. Таргетирование белков семейства Bcl-2: что, где, когда? Биохимия, 2020, том 85, вып. 10, с. 1421-1441

33. (Q2) Первушин Н.В., Сеничкин В.В., Капуста А.А., Горбунова А.С., Каминский В.О., Животовский Б.Д., Копеина Г.С. Деградация Mcl-1 в условиях недостатка питательных веществ происходит независимо от аутофагии. Биохимия, 2020, том 85, вып. 10, с. 1452-1463

34. (Q2) Замараев А.В., Животовский Б., Копеина Г.С. Вирусные инфекции: негативный регулятор апоптоза и фактор онкогенности. Биохимия, 2020, том 85, вып. 10, с. 1398-1410.

35. Gorbunova AS, Kopeina GS, Zhivotovsky B. A balance between autophagy and other cell death modalities in cancer. Methods Mol Biol. 2022; 2445:3-24. doi: 10.1007/978-1-0716-2071-7_1. PMID: 34972982. IF= 1.37.

36. Копеина Г.С., Замараев А.В., Животовский Б.Д., Лаврик И.Н. Идентификация нового макромолекулярного комплекса активации каспазы-2 при повреждениях ДНК. Биоорганическая химия, 2016, том 42, № 1, с. 84-93. DOI: 10.7868/S0132342316010061.

37. Копеина Г.С., Аксенова В.И., Замараев А.В., Животовский Б.Д., Лаврик И.Н Mеханизм активации каспазы-2 при повреждениях ДНК. Доклады академии наук, 2016 467, № 5, с. 598-601. DOI: 10.7868/S0869565216110256.

38. Сеничкин В.В., Копеина Г.С., Замараев А.В., Лаврик И.Н., Животовский Б.Д. Ограничение питательных веществ как подход к комбинированной терапии опухолей. Молекулярная биология, 2016, том 50, № 3, с. 416-434. DOI: 10.7868/S0026898416030101

39. Егоршина А.Ю., Замараев А.В., Лаврик И.Н., Животовский Б.Д., Копеина Г.С. Каспаза-2 - онкосупрессор и регулятор метаболизма: что день грядущий нам готовит? 2018. Молекулярная биология, том 52, № 5, с. 1-14

40. Копеина Г.С., Замараев А.В., Животовский Б.Д., Лаврик И.Н. Программируемый некроз и регенерация тканей. 2018, Гены и клетки (Москва), № 2, с. 35-38.

41. Замараев А.В., Егоршина А.Ю., Лаврик И.Н., Животовский Б.Д., Копеина Г.С. Выделение высокомолекулярных комплексов активации инициаторных каспаз при повреждениях ДНК. 2019, Клеточные технологии в биологии и медицине, № 3, с. 165-174.

42. Патент 2018 #2671510. Способ выделения белкового высокомолекулярного комплекса активации каспазы-2 человека. Авторы: Копеина Г.С., Замараев А.В., Лаврик И.Н., Животовский Б.Д.

43. Патент 2020 #2730497. 2,4,5-три(метоксифенил) цис-имидазолины и способ их получения. Авторы: Базанов Д.Р., Лозинская Н.А., Первушин Н.В., Копеина Г.С., Аникина Л.В., Савицкая В.Ю., Максутова А.И.