Thioredoxin reductase 1 inhibitor shikonin promotes cell necroptosis via SecTRAPs generation and oxygen-coupled redox cycling

化学 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白还原酶 超氧化物 癌细胞 活性氧 程序性细胞死亡 细胞凋亡 氧化应激 生物化学 生物 酶 癌症 遗传学
作者
Yue Zhang,Shibo Sun,Weiping Xu,Rui Yang,Yijia Yang,Jianli Guo,Kun Ma,Jianqiang Xu
出处
期刊:Free Radical Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:180: 52-62 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2021.12.314
摘要

Shikonin, a naturally occurring naphthoquinone with potent anti-tumor activity, has been reported to induce cancer cell death via targeting selenoenzyme thioredoxin reductase 1 (TrxR1; TXNRD1). However, the interaction between shikonin and TrxR1 remains unclear, and the roles of the cellular antioxidant system in shikonin induced cell death are obscure. Here, we found that shikonin modified the Sec498 residue of TrxR1 to fully inhibit its antioxidant activity, however, the shikonin-modified TrxR1 still remained intrinsic NADPH oxidase activity, which promotes superoxide anions production. Besides, TrxR1 efficiently reduced shikonin in both selenocysteine dependent and selenocysteine independent manners, and the oxygen-coupled redox cycling of shikonin also generates excessive superoxide anions. The inhibitory effects and the redox cycling of shikonin towards TrxR1 caused cancer cell ROS-dependent necroptosis. Interestingly, as we evaluated, some cancer cell lines were insensitive to shikonin, especially kelch-like ECH associated protein 1 (KEAP1)-mutant non-small cell lung cancer (NSCLC) cells, which harbor constitutive activation of the nuclear factor-erythroid 2-related factor 2 (NRF2). NADPH bankruptcy caused by glucose starvation or glucose limitation (inhibiting glucose transporter 1 by BAY-876) could efficiently overcome the resistance of KEAP1-mutant NSCLC cells to shikonin. Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD), was known as a rate-limiting enzyme in the pentose phosphate pathway, however, the pharmacological inhibition of G6PD by 6-aminonicotinamide (6-AN), enhanced the shikonin-induced cytotoxicity but has no selectivity on KEAP1-mutant NSCLC cells. This study will be helpful in applying shikonin for potential chemotherapy, and in combinational treatment of KEAP1-mutant NSCLC.
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