D-Glucosamine induces various forms of cancer cells death
Authors: Гильяно Н.Я. , Дуботолова М.М. , Носкин Л.А. , Степанов С.И. , Арутюнян А.В. , Алчинова И.Б. , Ибатуллин Ф.М. 
Published: October 2022

Введение. D-глюкозамин - природный аминосахар, который используются в медицинской практике поскольку проявляет противовоспалительное, антиоксидантное, антивозрастное, противофиброзное, нейропротекторное и кардиозащитное действие. Цель работы - оценка влияния D-глюкозамина на пролиферацию, апоптоз и аутофагию в нейроцитах крыс линии РС12 в норме и в условиях аминокислотного и углеводного голодания. Методика. Работа выполнена на клеточной линии PC 12, которая представляет собой феохромоцитому крыс. Клетки имеют физиологические и биохимические характеристики нейронов, способны продуцировать катехоламины и широко используются в исследованиях болезни Альцгеймера и Паркинсона. Клетки выращивали в условиях аминокислотного голодания и/или при низком уровне глюкозы (углеводное голодание). Для оценки активности деления клеток и клеточной гибели использовали проточную цитометрию, морфологический анализ состава и размера клеточных популяций с использованием специфических красителей. Оценку размера везикул, образующихся в результате аутофагии, проводили методом лазерной корреляционной спектроскопии. Результаты. Культивирование клеток линии РС12 в среде с низким содержанием глюкозы и аминокислот запускает механизм апоптотической гибели, но добавление D-глюкозамина в концентрации 1 ммоль/л оказывает протекторное воздействие и снижает уровень популяции <2c. Добавление D-глюкозамина в концентрациях 5 ммоль/и 10 ммоль/л снижало выживаемость клеток и уменьшало количество колоний. Прижизненная окраска клеток акридиновым оранжевым не выявила фрагментации ядерного материала, окраска клеток монодансилкадаверином позволила наблюдать множество аутофагальных вакуолей. Наличие свободной аминогруппы у молекулы D-глюкозамина является фактором, вызывающим аутофагию большей интенсивности. Микровезикулы, формирующиеся в результате отпочковывания плазматической мембраны, образуют две фракции частиц: одна в пределах 200, другая - 1000 нм. Заключение. Цитотоксический эффект D-глюкозамина на клетках РС12 реализуется через индукцию аутофагии, вероятно, через ингибирование фосфорилирования m-TOR, что делает этот природный представитель аминосахаров возможным конкурентом рапамицина. D-глюкозамин безопасен даже при длительном применении у людей, включая пациентов с нарушенной толерантностью к глюкозе или диабетом.

D-glucosamine is a natural amino sugar that is used in medical practice due to its anti-inflammatory, antioxidant, anti-aging, antifibrotic, neuroprotective and cardioprotective properties. The aim of this work was to evaluate the effects of D-glucosamine on proliferation, apoptosis, and autophagy in PC12 rat neurocytes during starvation and under normal conditions. Methods. The study was performed on PC 12 cells, which represent rat pheochromocytoma. These PC12 cells have the physiological and biochemical characteristics of neurons. They are able to produce catecholamines, and they are widely used in Alzheimer’s and Parkinson’s disease research. Starvation conditions were achieved by reducing the concentration of glucose (carbohydrate starvation) and/or serum (amino acid starvation). Cell division activity and cell death were assessed by flow cytometry and by morphological analysis of the composition and size of cell populations using acridine orange and monodansylcadaverine staining. The size of vesicles formed due to autophagy was assessed using laser correlation spectroscopy. Results. Cultivation of PC12 cells under the starvation conditions triggered the mechanism of apoptotic death, whereas D-glucosamine at 1 mM had a protective effect and reduced the cell population to <2c. The addition of glucosamine at 5 and 10 mM reduced both cell survival and the number of colonies. Intravital staining of cells with acridine orange did not detect fragmentation of nuclear material, whereas staining of cells with monodansylcadaverine detected autophagic vacuoles. Microvesicles resulting from budding of the plasma membrane formed two fractions of particles with average sizes of 200 and 1000 nm. Conclusion. The cytotoxic effect of D-glucosamine on PC12 cells is caused by the induction of autophagy, probably through the inhibition of m-TOR phosphorylation, which allows us to consider D-glucosamine as a possible competitor of rapamycin. D-glucosamine is safe even for long-term use in humans, including patients with impaired glucose tolerance or diabetes.