Регуляция ферроптоза макрофагов человека донорами оксида азота

И.И. Власова, М.Д. Юрканова, А.А. Золотопуп, Т.О. Ключерев, П.С. Тимашев

Ключевые слова: ферроптоз; ТНР-1-макрофаги; доноры оксида азота.

2025, том 17, номер 3, стр. 41.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2025.17.3.04

Полный текст статьи

html pdf

Аннотация
Список литературы
Как цитировать в References

Ферроптоз — программируемая форма клеточной гибели, в которой основным звеном является железозависимое перекисное окисление липидов. Макрофаги — основные клетки иммунной системы, они функционируют в проокислительной среде, поэтому изучение их предрасположенности к ферроптозу и поиск подходов к его регуляции имеют важное значение.

Цель исследования — изучить особенности ферроптоза макрофагов, дифференцированных из клеток миелоидной лейкемии ТНР-1, и сравнить влияние доноров NO с разным временем полураспада на степень развития ферроптоза.

Материалы и методы. Для индукции ферроптоза ТНР-1-макрофагов были использованы ингибиторы глутатионпероксидазы 4 (GPX4) — RSL3 и ML-162, а также ингибитор цистин-глутаматного обмена эрастин. За развитием ферроптоза следили с помощью трех независимых методов: восстановление живыми клетками аламарового синего, измерение лактатдегидрогеназы в среде, LIVE/DEAD-тест. Ферроптотическая гибель клеток была доказана с помощью специфического ингибитора ферростатина-1, а также путем выявления окисления липидов в клетках с использованием флуоресцентного зонда BODIPY 581/591 С11.

Результаты. RSL3 и ML-162 дозозависимо индуцировали ферроптоз клеток. Ферроптоз ТНР-1-макрофагов — медленный процесс, он начинается через ~5 ч после добавления индуктора. Эрастин является слабым индуктором ферроптоза, однако он усиливал ферроптоз, вызванный ингибиторами GPX4. Мы сравнили способность двух доноров NO с разным временем полураспада влиять на ферроптоз ТНР-1-макрофагов: DEA NONOate (2 мин) и DPTA NONOate (3 ч). Доноры добавляли однократно после индуктора в концентрации 100–120 мкМ или несколько раз до достижения заданной концентрации. DEA не влиял на ферроптоз ТНР-1-макрофагов, тогда как DPTA полностью ингибировал ферроптоз.

Заключение. DPTA — донор NO cо временем полураспада 3 ч при 37°С — может быть использован для ингибирования ферроптоза ТНР-1-макрофагов, который развивается в течение 17–19 ч. Следовательно, существуют механизмы пролонгирования действия NO, которые необходимо изучать с целью использования доноров NO для регуляции ферроптоза клеток.

Dixon S.J., Olzmann J.A. The cell biology of ferroptosis. Nat Rev Mol Cell Biol 2024; 25(6): 424–442, https://doi.org/10.1038/s41580-024-00703-5.
Stockwell B.R., Friedmann Angeli J.P., Bayir H., Bush A.I., Conrad M., Dixon S.J., Fulda S., Gascón S., Hatzios S.K., Kagan V.E., Noel K., Jiang X., Linkermann A., Murphy M.E., Overholtzer M., Oyagi A., Pagnussat G.C., Park J., Ran Q., Rosenfeld C.S., Salnikow K., Tang D., Torti F.M., Torti S.V., Toyokuni S., Woerpel K.A., Zhang D.D. Ferroptosis: a regulated cell death nexus linking metabolism, redox biology, and disease. Cell 2017; 171(2): 273–285, https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.09.021.
Yang W.S., Stockwell B.R. Ferroptosis: death by lipid peroxidation. Trends Cell Biol 2016; 26(3): 165–176, https://doi.org/10.1016/j.tcb.2015.10.014.
Kagan V.E., Tyurina Y.Y., Vlasova I.I., Kapralov A.A., Amoscato A.A., Anthonymuthu T.S., Tyurin V.A., Shrivastava I.H., Cinemre F.B., Lamade A., Epperly M.W., Greenberger J.S., Beezhold D.H., Mallampalli R.K., Srivastava A.K., Bayir H., Shvedova A.A. Redox epiphospholipidome in programmed cell death signaling: catalytic mechanisms and regulation. Front Endocrinol (Lausanne) 2021; 11: 628079, https://doi.org/10.3389/fendo.2020.628079.
Stockwell B.R., Jiang X., Gu W. Emerging mechanisms and disease relevance of ferroptosis. Trends Cell Biol 2020; 30(6): 478–490, https://doi.org/10.1016/j.tcb.2020.02.009.
Jiang X., Stockwell B.R., Conrad M. Ferroptosis: mechanisms, biology and role in disease. Nat Rev Mol Cell Biol 2021; 22(4): 266–282, https://doi.org/10.1038/s41580-020-00324-8.
Bayır H., Dixon S.J., Tyurina Y.Y., Kellum J.A., Kagan V.E. Ferroptotic mechanisms and therapeutic targeting of iron metabolism and lipid peroxidation in the kidney. Nat Rev Nephrol 2023; 19(5): 315–336, https://doi.org/10.1038/s41581-023-00689-x.
Toppo S., Flohé L., Ursini F., Vanin S., Maiorino M. Catalytic mechanisms and specificities of glutathione peroxidases: variations of a basic scheme. Biochim Biophys Acta 2009; 1790(11): 1486–1500, https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2009.04.007.
Yang Y., Wang Y., Guo L., Gao W., Tang T.L., Yan M. Interaction between macrophages and ferroptosis. Cell Death Dis 2022; 13(4): 355, https://doi.org/10.1038/s41419-022-04775-z.
Klyucherev T.O., Peshkova M.A., Revokatova D.P., Serejnikova N.B., Fayzullina N.M., Fayzullin A.L., Ershov B.P., Khristidis Y.I., Vlasova I.I., Kosheleva N.V., Svistunov A.A., Timashev P.S. The therapeutic potential of exosomes vs. matrix-bound nanovesicles from human umbilical cord mesenchymal stromal cells in osteoarthritis treatment. Int J Mol Sci 2024; 25(21): 11564, https://doi.org/10.3390/ijms252111564.
Suleimanov S.K., Efremov Y.M., Klyucherev T.O., Salimov E.L., Ragimov A.A., Timashev P.S., Vlasova I.I. Radical-generating activity, phagocytosis, and mechanical properties of four phenotypes of human macrophages. Int J Mol Sci 2024; 25(3): 1860, https://doi.org/10.3390/ijms25031860.
Daigneault M., Preston J.A., Marriott H.M., Whyte M.K., Dockrell D.H. The identification of markers of macrophage differentiation in PMA-stimulated THP-1 cells and monocyte-derived macrophages. PLoS One 2010; 5(1): e8668, https://doi.org/ 10.1371/journal.pone.0008668.
Balon K., Wiatrak B. PC12 and THP-1 cell lines as neuronal and microglia model in neurobiological research. Appl Sci 2021; 11(9): 3729, https://doi.org/10.3390/app11093729.
Liang Y., Xu X.D., Xu X., Cai Y.B., Zhu Z.X., Zhu L., Ren K. Linc00657 promoted pyroptosis in THP-1-derived macrophages and exacerbated atherosclerosis via the miR-106b-5p/TXNIP/NLRP3 axis. Int J Biol Macromol 2023; 253(Pt 4): 126953, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126953.
Rossi Á.D., Higa L.M., Herlinger A.L., Ribeiro-Alves M., de Menezes M.T., Giannini A.L.M., Cardoso C.C., Da Poian A.T., Tanuri A., Aguiar R.S. Differential expression of human microRNAs during dengue virus infection in THP-1 monocytes. Front Cell Infect Microbiol 2021; 11: 714088, https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.714088.
Yi Z.H., Li S.Q., Ke J.Y., Wang Y., Zhao M.Z., Li J., Li M.Q., Zhu Z.L. Baicalein relieves ferroptosis-mediated phagocytosis inhibition of macrophages in ovarian endometriosis. Curr Issues Mol Biol 2022; 44(12): 6189–6204, https://doi.org/10.3390/cimb44120422.
Hadian K. Ferroptosis suppressor protein 1 (FSP1) and coenzyme Q10 cooperatively suppress ferroptosis. Biochemistry 2020; 59(5): 637–638, https://doi.org/10.1021/acs.biochem.0c00030.
Sun X., Ou Z., Chen R., Niu X., Chen D., Kang R., Tang D. Activation of the p62-Keap1-NRF2 pathway protects against ferroptosis in hepatocellular carcinoma cells. Hepatology 2016; 63(1): 173–184, https://doi.org/10.1002/hep.28251.
Shah R., Margison K., Pratt D.A. The potency of diarylamine radical-trapping antioxidants as inhibitors of ferroptosis underscores the role of autoxidation in the mechanism of cell death. ACS Chem Biol 2017; 12(10): 2538–2545, https://doi.org/10.1021/acschembio.7b00730.
Kapralov A.A., Yang Q., Dar H.H., Tyurina Y.Y., Anthonymuthu T.S., Kim R., St Croix C.M., Mikulska-Ruminska K., Liu B., Shrivastava I.H., Tyurin V.A., Ting H.C., Wu Y.L., Gao Y., Shurin G.V., Artyukhova M.A., Ponomareva L.A., Timashev P.S., Domingues R.M., Stoyanovsky D.A., Greenberger J.S., Mallampalli R.K., Bahar I., Gabrilovich D.I., Bayır H., Kagan V.E. Redox lipid reprogramming commands susceptibility of macrophages and microglia to ferroptotic death. Nat Chem Biol 2020; 16(3): 278–290, https://doi.org/10.1038/s41589-019-0462-8.
Dar H.H., Anthonymuthu T.S., Ponomareva L.A., Souryavong A.B., Shurin G.V., Kapralov A.O., Tyurin V.A., Lee J.S., Mallampalli R.K., Wenzel S.E., Bayir H., Kagan V.E. A new thiol-independent mechanism of epithelial host defense against Pseudomonas aeruginosa: iNOS/NO• sabotage of theft-ferroptosis. Redox Biol 2021; 45: 102045, https://doi.org/10.1016/j.redox.2021.102045.
Aktan F. iNOS-mediated nitric oxide production and its regulation. Life Sci 2004; 75(6): 639–653, https://doi.org/10.1016/j.lfs.2003.10.042.
Korhonen R., Lahti A., Kankaanranta H., Moilanen E. Nitric oxide production and signaling in inflammation. Curr Drug Targets Inflamm Allergy 2005; 4(4): 471–479, https://doi.org/10.2174/1568010054526359.
Schairer D.O., Chouake J.S., Nosanchuk J.D., Friedman A.J. The potential of nitric oxide releasing therapies as antimicrobial agents. Virulence 2012; 3(3): 271–279, https://doi.org/10.4161/viru.20328.
Martin-Sanchez D., Ruiz-Andres O., Poveda J., Carrasco S., Cannata-Ortiz P., Sanchez-Niño M.D., Ruiz Ortega M., Egido J., Linkermann A., Ortiz A., Sanz A.B. Ferroptosis, but not necroptosis, is important in nephrotoxic folic acid-induced AKI. J Am Soc Nephrol 2017; 28(1): 218–229, https://doi.org/10.1681/ASN.2015121376.
Zhang Y., Sun C., Zhao C., Hao J., Zhang Y., Fan B., Li B., Duan H., Liu C., Kong X., Wu P., Yao X., Feng S. Ferroptosis inhibitor SRS 16-86 attenuates ferroptosis and promotes functional recovery in contusion spinal cord injury. Brain Res 2019; 1706: 48–57, https://doi.org/10.1016/j.brainres.2018.10.023.
Hoppenbrouwers T., Bastiaan-Net S., Garssen J., Pellegrini N., Willemsen L.E.M., Wichers H.J. Functional differences between primary monocyte-derived and THP-1 macrophages and their response to LCPUFAs. PharmaNutrition 2022; 22: 100322, https://doi.org/10.1016/j.phanu.2022.100322.
Schneemann M., Schoeden G. Macrophage biology and immunology: man is not a mouse. J Leukoc Biol 2007; 81(3): 579; discussion 580, https://doi.org/10.1189/jlb.1106702. Erratum in: J Leukoc Biol 2007; 81(5): 1334, https://doi.org/10.1189/jlb.81.5.1334.
Shumaev K.B., Dudylina A.L., Ivanova M.V., Pugachenko I.S., Ruuge E.K. Dinitrosyl iron complexes: formation and antiradical action in heart mitochondria. Biofactors 2018; 44(3): 237–244, https://doi.org/10.1002/biof.1418.

Vlasova I.I., Yurkanova M.D., Zolotopup A.A., Klyucherev T.O., Timashev P.S. Regulation of Ferroptosis in Human Macrophages by Nitric Oxide Donors. Sovremennye tehnologii v medicine 2025; 17(3): 41, https://doi.org/10.17691/stm2025.17.3.04