Дифференциальная экспрессия генов и активация сигнальных путей в радиорезистентных и радиочувствительных раковых клеточных линиях

Цель исследования — изучить дифференциальную экспрессию генов и активацию сигнальных путей в радиорезистентных и радиочувствительных раковых клеточных линиях.

Материалы и методы. Использованы радиорезистентная раковая клеточная линия хронического миелолейкоза К562 и радиочувствительные раковые клеточные линии HCT-116р53 (+/+), НСТ-116р53 (–/–), Me45. Анализ транскриптома выполняли с применением гибридизационных ДНК-чипов высокой плотности Affymetrix серии HGU133А. Биоинформационный анализ проводили с использованием оригинальной программы Gene Selector. Исследование сетей белковых взаимодействий выполняли с помощью онлайн-системы STRING. Для ранжирования генов по сигнальным путям использовали программу PANTHER и базу данных QIAGEN SABiosciences. Количественную активацию сигнальных путей рассчитывали с помощью биоинформационного алгоритма OncoFinder.

Результаты. Выявлено 4 гена: DAAM1, IFNAR2, PALLD, STK17A, экспрессия которых при лучевых воздействиях увеличивается в радиорезистентной клеточной линии и снижается в радиочувствительных клеточных линиях. С использованием программы PANTHER были найдены три сигнальных пути — Wnt signaling pathway, Interferon signaling pathway, p53 signaling pathway, в которых задействованы эти гены и которые являются общими для исследуемых клеточных линий. Установлена значительная разница в активации найденных путей в радиорезистентной и радиочувствительных клеточных линиях.

Заключение. На основе анализа сетей молекулярных взаимодействий и активации сигнальных путей выявлено, что наибольшие отличия между радиорезистентной и радиочувствительной клеточными линиями наблюдаются в активности сигнальных путей Interferon signaling pathway и p53 signaling pathway. Экспрессия гена ТР53 не связана с активностью сигнального пути p53 signaling pathway. Сопоставление изменений экспрессии генов и активации сигнальных путей позволяет предложить в качестве индикаторов радиорезистентности при радиационном излучении экспрессию генов DAAM1, IFNAR2, PALLD.

1. Зинченко В.А., Чащина Л.И. Возможные механизмы устойчивости опухолевых клеток к лучевой и химиотерапии. Biopolym Cell 2005; 21(6): 473–484.
2. Tang H.L., Tang H.M., Mak K.H., Hu S., Wang S.S., Wong K.M., Wong C.S., Wu H.Y., Law H.T., Liu K., Talbot C.C. Jr., Lau W.K., Montell D.J., Fung M.C. Cell survival, DNA damage, and oncogenic transformation after a transient and reversible apoptotic response. Mol Biol Cell 2012; 23(12): 2240–2252, http://dx.doi.org/10.1091/mbc.E11-11-0926.
3. Panganiban R.-A.M., Snow A.L., Day R.M. Mechanisms of radiation toxicity in transformed and non-transformed cells. Int J Mol Sci2013; 14(8): 15931–15958, http://dx.doi.org/10.3390/ijms140815931.
4. Тихомирова А.В., Ягудина Р.И. Фармако­эконо­ми­чес­кий анализ прямых медицинских затрат при лечении метастатического колоректального рака режимами XELOX или FOLFOX4 в сочетании с бевацизумабом или без него в качестве терапии первой линии. Фармакоэкономика 2010; 2: 22–27.
5. Chinnaiyan P., Varambally S., Tomlins S.A., Ray S., Huang S., Chinnaiyan A.M., Harari P.M. Enhancing the antitumor activity of ErbB blockade with histone deacetylase (HDAC) inhibition. Int J Cancer 2006; 118(4): 1041–1050, http://dx.doi.org/10.1002/ijc.21465.
6. Corvò R., Pastrone I., Scolaro T., Marcenaro M., Berretta L., Chiara S. Radiotherapy and oral capecitabine in the preoperative treatment of patients with rectal cancer: rationale, preliminary results and perspectives. Tumor 2003; 89(4): 361–367.
7. El Sheikh S.S., Domin J., Abel P., Stamp G., Lalani El-N. Phosphorylation of both EGFR and ErbB2 is a reliable predictor of prostate cancer cell proliferation in response to EGF. Neoplasia 2004; 6(6): 846–853, http://dx.doi.org/10.1593/neo.04379.
8. Milas L., Fan Z., Andratschke N.H., Ang K.K. Epidermal growth factor receptor and tumor response to radiation: in vivo preclinical studies. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2004; 58(3): 966–971, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrobp.2003.08.035.
9. Nasu S., Ang K.K., Fan Z., Milas L. C225 antiepidermal growth factor receptor antibody enhances tumor radiocurability. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2001; 51(2): 474–477, http://dx.doi.org/10.1016/S0360-3016(01)01671-6.
10. Lezhnina K., Kovalchuk O., Zhavoronkov A.A., Korzinkin M.B., Zabolotneva A.A., Shegay P.V., Sokov D.G., Gaifullin N.M., Rusakov I.G., Aliper A.M., Roumiantsev S.A., Alekseev B.Y., Borisov N.M., Buzdin A.A. Novel robust biomarkers for human bladder cancer based on activation of intracellular signaling pathways. Oncotarget 2014; 5(19): 9022–9032, http://dx.doi.org/10.18632/oncotarget.2493.
11. Saenko Y.V., Shutov A.M., Rastorgueva E.V., Maslakova A.G. The role of mitochondria in the development of radiation-induced oxidative stress in K562 leukemia cells. Bull Exp Biol Med 2013; 154(5): 631–634, http://dx.doi.org/10.1007/s10517-013-2017-4.
12. Spary L.K., Al-Taei S., Salimu J., Cook A.D., Ager A., Watson H.A., Clayton A., Staffurth J., Mason M.D., Tabi Z. Enhancement of T cell responses as a result of synergy between lower doses of radiation and T cell stimulation. J Immunol 2014; 192(7): 3101–3110, http://dx.doi.org/10.4049/jimmunol.1302736.
13. Buzdin A.A., Zhavoronkov A.A., Korzinkin M.B., Venkova L.S., Zenin A.A., Smirnov P.Y., Borisov N.M. Oncofinder, a new method for the analysis of intracellular signaling pathway activation using transcriptomic data. Front Genet 2014; 5: 55, http://dx.doi.org/10.3389/fgene.2014.00055.
14. Matsumoto H., Hamada N., Takahashi A., Kobayashi Y., Ohnishi T. Vanguards of paradigm shift in radiation biology: radiation-induced adaptive and bystander responses. J Radiat Res 2007; 48(2): 97–106, http://dx.doi.org/10.1269/jrr.06090.
15. Yan H., Yang K., Xiao H., Zou Y.J., Zhang W.B., Liu H.Y. Over-expression of cofilin-1 and phosphoglycerate kinase 1 in astrocytomas involved in pathogenesis of radioresistance. CNS Neurosci Ther 2012; 18(9): 729–736, http://dx.doi.org/10.1111/j.1755-5949.2012.00353.x.
16. Toker A., Yoeli-Lerner M. Akt signaling and cancer: surviving but not moving on. Cancer Res 2006; 66(8): 3963–3966, http://dx.doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-06-0743.
17. Hodge D.R., Hurt E.M., Farrar W.L. The role of IL-6 and STAT3 in inflammation and cancer. Eur J Cancer 2005; 41(16): 2502–2512, http://dx.doi.org/10.1016/j.ejca.2005.08.016.
18. Rahaman S.O., Harbor P.C., Chernova O., Barnett G.H., Vogelbaum M.A., Haque S.J. Inhibition of constitutively active STAT3 suppresses proliferation and induces apoptosis in glioblastoma multiforme cells. Oncogene 2002; 21(55): 8404–8413, http://dx.doi.org/10.1038/sj.onc.1206047.
19. Hehlgans S., Haase M., Cordes N. Signalling via integrins: implications for cell survival and anticancer strategies. Biochim Biophys Acta2007; 1775(1): 163–180, http://dx.doi.org/10.1016/j.bbcan.2006.09.001.
20. Eke I., Sandfort V., Storch K., Baumann M., Röper B., Cordes N. Pharmacological inhibition of EGFR tyrosine kinase affects ILK-mediated cellular radiosensitization in vitro. Int J Radiati Biol 2007; 83(11–12): 793–802, http://dx.doi.org/10.1080/09553000701727549.
21. Park C.C., Zhang H., Pallavicini M., Gray J.W., Baehner F., Park C.J., Bissell M.J. Beta1 integrin inhibitory antibody induces apoptosis of breast cancer cells, inhibits growth, and distinguishes malignant from normal phenotype in three dimensional cultures and in vivo. Cancer Res2006; 66(3): 1526–1535, http://dx.doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-05-3071.
22. Shi X., Zhang Y., Zheng J., Pan J. Reactive oxygen species in cancer stem cells. Antioxid Redox Signal 2012; 16(11): 1215–1228, http://dx.doi.org/10.1089/ars.2012.4529.
23. Woodward W.A., Chen M.S., Behbod F., Alfaro M.P., Buchholz T.A., Rosen J.M. WNT/beta — catenin mediates radiation resistance of mouse mammary progenitor cells. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104(2): 618–623, http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0606599104.
24. Zhan J.F., Chen L.H., Yuan Y.W., Xie G.Z., Sun A.M., Liu Y., Chen Z.X. STAT1 promotes radioresistance of CD44(+)/CD24(–/low) cells in breast cancer. Exp Biol Med (Maywood) 2011; 236(4): 418–22, http://dx.doi.org/10.1258/ebm.2011.010287.
25. Fryknäs M., Dhar S., Oberg F., Rickardson L., Rydåker M., Göransson H., Gustafsson M., Pettersson U., Nygren P., Larsson R., Isaksson A. STAT1 signaling is associated with acquired crossresistance to doxorubicin and radiation in myeloma cell lines. Int J Cancer 2007; 120(1): 189–195, http://dx.doi.org/10.1002/ijc.22291.
26. Sherr C.J. Principles of tumor suppression. Cell 2004; 116(2): 235–246, http://dx.doi.org/10.1016/S0092-8674(03)01075-4.
27. Brantley M.A. Jr., Harbour J.W. Deregulation of the Rb and p53 pathways in uveal melanoma. Am J Pathol 2000; 157(6): 1795–1801, http://dx.doi.org/10.1016/S0002-9440(10)64817-1.
28. Chana J.S., Wilson G.D., Cree I.A., Alexander R.A., Myatt N., Neale M., Foss A.J., Hungerford J.L. c-myc, p53, and Bcl-2 expression and clinical outcome in uveal melanoma. Br J Ophthalmol 1999; 83(1): 110–114, http://dx.doi.org/10.1136/bjo.83.1.110.
29. Kishore K., Ghazvini S., Char D.H., Kroll S., Selle J. p53 gene and cell cycling in uveal melanoma. Am J Ophthal 1996; 121(5): 561–567, http://dx.doi.org/10.1016/s0002-9394(14)75431-5.

Glushchenko E.S., Slesarvev S.M., Moskovkin A.A., Plotcev V.M., Saenko Y.V. Differential Gene Expression and Activation of Signaling Pathways in Radioresistant and Radiosensitive Cancer Cell Lines. Sovremennye tehnologii v medicine 2016; 8(2): 14, https://doi.org/10.17691/stm2016.8.2.02