Інгібувальна дія метиленбісфосфонової кислоти на метаболічну активність та життєдійність клітинних ліній J774A.1 (2024)

Ukr.Biochem.J. 2024; Том 96, № 2, березень-квітень, c. 108-119

doi: https://doi.org/10.15407/ubj96.02.108

Д. О. Лабудзинський*, E. П. Пасічна,
О.І.Криніна, М. М. Великий

Інститут біохімії ім О. В. Палладіна НАН України, Київ;
*e-mail: labudzinskidmytro@gmail.com

See Also
Update: Thunderstorms with quarter-sized hail and damaging winds to hit Macon and Tallapoosa counties Friday

Отримано: 01 лютого 2024; Виправлено: 22 березня 2024;
Затверджено: 24 березня 2024; Доступно онлайн:30 квітня 2024

Бісфосфонати (БФ) є основними агентами в сучасній фармакології для лікування втрати кісткової тканини, пов’язаної з остеокласт-опосередкованим остеопорозом, хворобою Педжета та пухлинами кісток. Через відсутність повного розуміння молекулярного механізму їх дії в кістковій тканині та перекриття ключових властивостей між бісфосфонатами різних поколінь, комплексні дослідження інгібіторних та антирезорбтивних властивостей бісфосфонатів залишаються актуальними. Нашу роботу виконано з метою комплексного дослідження інгібуючої дії метиленбісфосфонової кислоти (МБФК) на мевалонатний шлях, метаболічну активність і загибель клітин in vitro порівняно із золедроновою кислотою. У клітинах J774A.1, оброблених MБФК, активність FPPS була інгібована на 80%, порівняно зі зниженням на 79% у зразках, оброблених золедроновою кислотою. Здатність MБФК знижувати відсоток життєздатних клітин дещо нижча порівняно з золедроновою кислотою. Після 24 годин інкубації з найменшою концентрацією БФ відсоток пригнічення метаболічної активності становив 10,6 і 25% відповідно. Через 48 годин ці значення зросли до 34,8 і 55,6% відповідно. Інгібуючі ефекти МБФК та золедронової кислоти на інтенсивність включення радіоактивно міченого попередника [14C]-ацетату до фракції холестерину становили 76,2 та 59,1% відповідно. У випадку ізопреноїдної фракції інгібуючі ефекти становили 40,9 і 51,2% відповідно. МБФК та золедронова кислота по-різному індукували апоптоз у культурі клітин J774A.1, збільшували кількість мертвих клітин у 2,4 та 6,3 раза, відповідно; а також збільшували кількість PI-позитивних клітин у 7,4 і 19 разів відповідно. МБФК та золедронова кислота також збільшили кількість TUNEL-позитивних клітин у культурі макрофагів у 2,6 та 5 разів відповідно. Золедронат значно знижував рівень експресії генів карбоангідрази 2 та NFATc1 порівняно з дією MБФК. Таким чином, використання метиленбісфосфонової кислоти в майбутніх дослідженнях як у терапії раку, так і остеопорозу виглядає багатообіцяючим завдяки меншій цитотоксичності, високій ефективності інгібування мевалонатного шляху та можливості варіації дозування.

Ключові слова: експресія генів, ензиматична активність FPPS, життєздатність клітин, золедронова кислота, клітинна загибель, макрофаги J774A.1, метилен-біс-фосфонова кислота, радіоізотопи

Завантажити повний текст у вигляді pdf-файлу

Посилання:

  1. Ebetino FH, Sun S, Cherian P, Roshandel S, Neighbors JD, Hu E, Dunford JE, Sedghizadeh PP, McKenna CE, Srinivasan V, Boeckman RK, Russell RGG.
    Bisphosphonates: The role of chemistry in understanding their biological actions and structure-activity relationships, and new directions for their therapeutic use. Bone. 2022;156:116289.PubMed, CrossRef
  2. Huang XL, Liu C, Shi XM, Cheng YT, Zhou Q, Li JP, Liao J. Zoledronic acid inhibits osteoclastogenesis and bone resorptive function by suppressing RANKL‑mediated NF‑κB and JNK and their downstream signalling pathways. Mol Med Rep. 2022;25(2):59.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Nurmi-Lüthje I, Lüthje P. Lessons learned from long-term side effects after zoledronic acid infusion following denosumab treatment: a case report and review of the literature. J Med Case Rep. 2022;16(1):473.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Kim JW, Yee J, Oh SH, Kim SH, Kim SJ, Chung JE, Gwak HS. Machine Learning Approaches for Predicting Bisphosphonate-Related Osteonecrosis in Women with Osteoporosis Using VEGFA Gene Polymorphisms. J Pers Med. 2021;11(6):541.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Riasnyi VM, Apukhovska LI, Velyky NN, Shymanskyy IO, Labudzynskyi DO, Komisarenko SV. Immunomodulatory effects of vitamin D(3) and bisphosphonates in nutritional osteoporosis in rats. Ukr Biokhim Zhurn. 2012;84(2):73-80. (In Ukrainian).PubMed
  6. Kasianenko IV, Pivniuk VM, Dekhtiar TV, Klimenko IO, Oliynichenko GP, Chekhun VF. Efficiency of the new bisphosphonate Mebifon in treatment of patients with bone metastases. Oncology. 2002;4(4):268-270. (In Ukrainian).
  7. Pivniuk VM, Sharykina NI, Dekhtyar TV, Khavych OO, Komisarenko SV, Karlova NP, Oliynychenko GP, Zhebrovska FI, Chekhun VF. Mebifon – an effective domestic bisphosphonic drug. Oncology. 2007; 9(2):1454-150. (In Ukrainian).
  8. Notarnicola M, Messa C, Cavallini A, Bifulco M, TecceMF, Eletto D, Di Leo A, Montemurro S, Laezza C, Caruso MG. Higher farnesyl diphosphate synthase activity in human colorectal cancer inhibition of cellular apoptosis. Oncology. 2004;67(5-6):351-358.PubMed, CrossRef
  9. chmidberger JW, Schnell R, Schneider G. Structural characterization of substrate and inhibitor binding to farnesyl pyrophosphate synthase from Pseudomonas aeruginosa. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2015;71(Pt 3):721-731.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Folch J, Lees M, Stanley GHS. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues. J Biol Chem. 1957;226(1):497-509.
    CrossRef
  11. Furse S, Egmond MR, Killian JA. Isolation of lipids from biological samples. Mol Membr Biol. 2015;32(3):55-64.PubMed, CrossRef
  12. Naha PC, Davoren M, Lyng FM, Byrne HJ. Reactive oxygen species (ROS) induced cytokine production and cytotoxicity of PAMAM dendrimers in J774A.1 cells. Toxicol Appl Pharmacol. 2010;246(1-2):91-99.PubMed, CrossRef
  13. Han JM, Song HY, Kim KI, Park WY, Park SH, Byun EB, Byun EH. Polysaccharides from Annona muricata leaves protect against cisplatin‑induced cytotoxicity in macrophages by alleviating mitochondrial dysfunction. Mol Med Rep. 2023;27(1):16.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Marcotorchino J, Romier B, Gouranton E, Riollet C, Gleize B, Malezet-Desmoulins C, Landrier JF. Lycopene attenuates LPS-induced TNF-α secretion in macrophages and inflammatory markers in adipocytes exposed to macrophage-conditioned media. Mol Nutr Food Res. 2012;56(5):725-732.PubMed, CrossRef
  15. Jamil M, Daneshvar A, Nachawati D, El Sharu H, Meysami A. A Rare Presentation of Zoledronate-Induced Systemic Inflammatory Response. Cureus. 2023;15(7):e41524.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Trivedi S, Al-Nofal A, Kumar S, Tripathi S, Kahoud RJ, Tebben PJ. Severe non-infective systemic inflammatory response syndrome, shock, and end-organ dysfunction after zoledronic acid administration in a child. Osteoporos Int. 2016;27(7):2379-2382.PubMed, CrossRef
  17. Fathi-Karkan S, Zeeshan M, Qindeel M, Malekshah RE, Rahdar A, Ferreira LFR. NPs loaded with zoledronic acid as an advanced tool for cancer therapy. J Drug Deliv Sci Technol. 2023;87:104805.CrossRef
  18. Tsoumpra MK, Muniz JR, Barnett BL, Kwaasi AA, Pilka ES, Kavanagh KL, Evdokimov A, Walter RL, Von Delft F, Ebetino FH, Oppermann U, Russell RGG, Dunford JE. The inhibition of human farnesyl pyrophosphate synthase by nitrogen-containing bisphosphonates. Elucidating the role of active site threonine 201 and tyrosine 204 residues using enzyme mutants. Bone. 2015;81:478-486.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Nürenberg G, Volmer DA. The analytical determination of isoprenoid intermediates from the mevalonate pathway. Anal Bioanal Chem. 2012;402(2):671-685.PubMed,CrossRef
  20. Henneman L, van Cruchten AG, Kulik W, Waterham HR. Inhibition of the isoprenoid biosynthesis pathway; detection of intermediates by UPLC-MS/MS. Biochim Biophys Acta. 2011;1811(4):227-233.PubMed, CrossRef
  21. Zhang Q, Yu W, Lee S, Xu Q, Naji A, Le AD. Bisphosphonate Induces Osteonecrosis of the Jaw in Diabetic Mice via NLRP3/Caspase-1-Dependent IL-1β Mechanism. J Bone Miner Res. 2015;30(12):2300-2312.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Moreau MF, Guillet C, Massin P, Chevalier S, Gascan H, Baslé MF, Chappard D. Comparative effects of five bisphosphonates on apoptosis of macrophage cells in vitro. Biochem Pharmacol. 2007;73(5):718-723.PubMed, CrossRef
  23. Streitbuerger A, Henrichs M, Ahrens H, Lanvers-Kaminzky C, Gouin F, Gosheger G, Hardes J. Cytotoxic effect of clodronate and zoledronate on the chondrosarcoma cell lines HTB-94 and CAL-78. Int Orthop. 2011;35(9):1369-1373.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Fiegl M, Juergens M, Hiddemann W, Braess J. Cytotoxic activity of the third-generation bisphosphonate zoledronic acid in acute myeloid leukemia. Leuk Res. 2007;31(4):531-539.PubMed, CrossRef
  25. Niu M, Valdes S, Naguib YW, Hursting SD, Cui Z. Tumor-Associated Macrophage-Mediated Targeted Therapy of Triple-Negative Breast Cancer. Mol Pharm. 2016;13(6):1833-1842.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26. Kasyanenko IV, Pivnyuk VM, Dekhtyar TV et al. The effectiveness of Mebifon in chemotherapy of patients with breast cancer of various stages. Oncology. 2003;5(3):145-150. (In Ukrainian).
  27. Zhu W, Xu R, Du J, Fu Y, Li S, Zhang P, Liu L, Jiang H. Zoledronic acid promotes TLR-4-mediated M1 macrophage polarization in bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw. FASEB J. 2019;33(4):5208-5219.PubMed, CrossRef
  28. Zhang Q, Atsuta I, Liu S, Chen C, Shi S, Shi S, Le AD. IL-17-mediated M1/M2 macrophage alteration contributes to pathogenesis of bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaws. Clin Cancer Res. 2013;19(12):3176-3188.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. Hu C, Zhang M, Wu J, Cao X, Chen L, Yan J, Liang G, Tan J. Bisphosphonate-Modified Functional Supramolecular Hydrogel Promotes Periodontal Bone Regeneration by Osteoclast Inhibition. ACS Appl Mater Interfaces. 2023;15(7):9066-9079.PubMed, CrossRef
  30. Cipriani M, Rostán S, León I, Li ZH, Gancheff JS, Kemmerling U, Olea Azar C, Etcheverry S, Docampo R, Gambino D, Otero L. Multi-target heteroleptic palladium bisphosphonate complexes. J Biol Inorg Chem. 2020;25(3):509-519.PubMed, CrossRef
  31. Kaboudin B, Daliri P, fa*ghih S, Esfandiari H. Hydroxy- and Amino-Phosphonates and -Bisphosphonates: Synthetic Methods and Their Biological Applications. Front Chem. 2022;10:890696.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Elmore S. Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicol Pathol. 2007;35(4):495-516.
    PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  33. Kaneko J, Okinaga T, Hikiji H, Ariyoshi W, Yoshiga D, Habu M, Tominaga K, Nishihara T. Zoledronic acid exacerbates inflammation through M1 macrophage polarization. Inflamm Regen. 2018;38:16.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  34. Lu KH, Lu EW, Lin CW, Yang JS, Yang SF. New insights into molecular and cellular mechanisms of zoledronate in human osteosarcoma. Pharmacol Ther. 2020;214:107611.PubMed, CrossRef
  35. Yang X, Xu X, Chen J, Wang Q, Wang G, Ai X, Wang X, Pan J. Zoledronic acid regulates the synthesis and secretion of IL-1β through Histone methylation in macrophages. Cell Death Discov. 2020;6:47.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  36. Nakagawa T, Ohta K, Kubozono K, Ishida Y, Naruse T, Takechi M, Kamata N. Zoledronate inhibits receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand-induced osteoclast differentiation via suppression of expression of nuclear factor of activated T-cell c1 and carbonic anhydrase 2. Arch Oral Biol. 2015;60(4):557-565.PubMed, CrossRef
  37. Sarhan D, Leijonhufvud C, Murray S, Witt K, Seitz C, Wallerius M, Xie H, Ullén A, Harmenberg U, Lidbrink E, Rolny C, Andersson J, Lundqvist A. Zoledronic acid inhibits NFAT and IL-2 signaling pathways in regulatory T cells and diminishes their suppressive function in patients with metastatic cancer. Oncoimmunology. 2017;6(8):e1338238.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Інгібувальна дія метиленбісфосфонової кислоти на метаболічну активність та життєдійність клітинних ліній J774A.1 (2024)

References

Top Articles
28 Of The Best Camping Products You Can Get On Amazon
Top 12 Super Trending Travel Destinations in 2024
The Nwitimes
Fuel Prices In Indiana
Erj Daily Incarcerations Mugshots
Terraria Enchanting
A One Piece Game Quest Dummy 2
NBA 2K23’s ultimate MyCareer build guide: Best player at each position and what that costs
First Third Bank Near Me
Enola Bedard Net Worth 2022
Eero Optimize For Conferencing And Gaming
SETI: Determination of G/T
Latest Posts
26 fun things to do in London when you're stuck for ideas
Experts Predict The Most Popular Travel Destinations Of 2024
Article information

Author: Pres. Lawanda Wiegand

Last Updated:

Views: 6397

Rating: 4 / 5 (71 voted)

Reviews: 86% of readers found this page helpful

Author information

Name: Pres. Lawanda Wiegand

Birthday: 1993-01-10

Address: Suite 391 6963 Ullrich Shore, Bellefort, WI 01350-7893

Phone: +6806610432415

Job: Dynamic Manufacturing Assistant

Hobby: amateur radio, Taekwondo, Wood carving, Parkour, Skateboarding, Running, Rafting

Introduction: My name is Pres. Lawanda Wiegand, I am a inquisitive, helpful, glamorous, cheerful, open, clever, innocent person who loves writing and wants to share my knowledge and understanding with you.