Высвобождение ионов цинка из лизосом приводит к гибели опухолевых клеток

При метастатическом раке лизосомы часто гипертрофируются и способствуют прогрессии заболевания. Опухоль чувствительна к любым нарушениям в функционировании лизосом, однако их массовое ингибирование может повредить не только злокачественные, но и нормальные клетки. Ученые из США исследовали возможность воздействия на опухолевые клетки через конкретные молекулярные лизосомные механизмы, которые при раке активируются необычным способом.

Катионный муколипиновый канал TRPML1 расположен на мембранах поздних эндосом и лизосом. Этот канал обладает двойной проницаемостью для ионов Ca²⁺ и Zn²⁺/Fe²⁺. TRPML1 (далее ML1), как и другие каналы семейства TRPML, участвует в биогенезе и движении лизосом, лизосомном экзоцитозе и гомеостазе тяжелых металлов.

На первом этапе авторы новой работы определили экспрессию белка ML1 в нормальных тканях кожи, а также в образцах доброкачественных невусов и тканей метастатической меланомы с помощью иммуногистохимического анализа. В тканях метастатической меланомы уровень ML1 был значительно выше, чем в других образцах. Далее с помощью количественной ПЦР в реальном времени и вестерн-блоттинга ученые показали, что в высокометастатических клеточных линиях меланомы MeWo и M12 экспрессия мРНК и белка ML1 увеличена в 2–4 раза по сравнению с нормальными меланоцитами.

Ученые предположили, что активность ML1 можно регулировать с помощью TRPML-специфических синтетических агонистов (ML-SA) и ингибиторов (ML-SI). Ингибиторы ML-SI3 или ML-SI4 не оказывали влияния на жизнеспособность клеток M12 и MeWo, тогда как агонисты ML-SA5 и ML-SA8 проводили их гибели. При этом нормальные меланоциты после обработки агонистом оставались жизнеспособными. Действие ML-SA было избирательным: они не влияли на клетки рака шейки матки HeLa и нейробластомы SH-SY5Y и обладали слабой цитотоксичностью в отношении линии метастатического рака молочной железы MDA231-BrM2.

Действие ML-SA зависело от ионов Zn²⁺. Молекулы, хелатирующие Zn²⁺, полностью предотвращали или значительно снижали индуцированную ML-SA гибель клеток M12 и MeWo. Авторы сделали вывод, что именно проницаемость ML1 для Zn²⁺ лежит в основе цитотоксичности ML-SA.

После обработки клеток ML-SA в клетках меланомы происходило набухание и фрагментирование митохондрий в течение 0,5–1 ч. ML-SA вызывали активацию ML1 с последующим высвобождением лизосомного Zn²⁺, что приводило к потере потенциала митохондриальной мембраны, повреждению митохондрий, истощению клеточного АТФ и гибели клеток. Такой механизм гибели отличается от апоптоза, некроптоза, ферроптоза или аутофагии.

Для оценки терапевтической эффективности ML-SA in vivo, авторы сконструировали клетки MeWo и M12, экспрессирующие флуоресцентный белок mCherry и люциферазу Fluc. Эти клетки пересаживали под кожу мышам и наблюдали за ростом опухоли с помощью биолюминесценции. У животных, которым через неделю после трансплантации опухолевых клеток вводили внутрибрюшинно ML-SA5 в дозе 5 мг/кг 3 раза в неделю, значительное снижался рост опухоли и увеличивалась выживаемость. Такая терапия не была токсична для мышей. Такой же эффект давал ML-SA8 для мышей, которым клетки меланомы имплантировали в мозг.

По мнению авторов, фармакологическая аномальная апрегуляция ML1 может быть потенциальной стратегией для лечения метастатической меланомы и других видов рака, экспрессирующих ML1.