Изучение взаимодействия белков внеклеточного матрикса с рецепторами CD133+ стволовых клеток и CD133– дифференцированных клеток глиомы

Введение. Лечение мультиформной глиобластомы остается малоэффективным из-за быстроразвивающихся рецидивов опухоли, обусловленных высоким туморогенным потенциалом, устойчивостью к химиолучевой терапии и повышенной диссеминацией стволовых клеток глиомы (СКГ). Молекулярные механизмы взаимодействия этих клеток с внеклеточным матриксом (ВКМ) практически не изучены. В настоящее время также не ясно, чем отличается сигналинг ВКМ-рецепторного взаимодействия (ВКМ-РВ) для СКГ и дифференцированных клеток глиомы (ДКГ).

Цель исследования – методом протеомной масс-спектрометрии высокого разрешения изучить экспрессию детерминант сигнального каскада ВКМ-РВ в CD133⁺ СКГ и CD133^–  ДКГ.

Результаты.  Идентифицированы 1990 белков, 18 из которых связаны с процессом ВКМ-РВ. Обнаружена положительная регуляция 14 белков ВКМ-РВ в CD133⁺  СКГ по сравнению с CD133^–    ДКГ, 10 из которых имели повышенную экспрессию более чем в 2 раза. Отмечено повышение в CD133⁺ СКГ экспрессии 4 белков, активирующих сигнальный каскад ВКМ-РВ.

Заключение. Установлены важные закономерности, которые могут быть использованы при разработке новых подходов к обнаружению потенциальных мишеней для терапии мультиформной глиобластомы.

1. Holland E.C. Glioblastoma multiforme: the terminator. Proc Natl Acad Sci USA 2000;97(12):6242-4. PMID: 10841526.

2. Huse J.T., Holland E.C. Targeting brain cancer: advances in the molecular pathology of malignant glioma and medulloblastoma. Nat Rev Cancer 2010;10(5):319—31. DOI: 10.1038/nrc2818. PMID: 20414201.

3. Beauchesne P. Extra-neural metastases of malignant gliomas: Myth or reality? Cancers 2011;3:461-77. DOI: 10.3390/cancers3010461. PMID: 24212625.

4. Bolteus A.J., Berens M.E., Pilkington G.J. Migration and invasion in brain neoplasms. Curr Neurol Neurosci Rep 2001;1(3):225—32. PMID: 11898522.

5. Cuddapah V.A., Robel S., Watkins S. et al. A neurocentric perspective on glioma invasion. Nat Rev Neurosci 2014;15(7):455—65. DOI: 10.1038/nrn3765. PMID: 24946761.

6. Claes A., Idema A.J., Wesseling P. Diffuse glioma growth: a guerilla war. Acta Neuropathol 2007;114(5):443—58. DOI: 10.1007/s00401-007-0293-7. PMID: 17805551.

7. Cayre M., Canoll P., Goldman J.E. Cell migration in the normal and pathological postnatal mammalian brain. Prog Neurobiol 2009;88(1):41—63. DOI: 10.1016/j.pneurobio.2009.02.001. PMID: 19428961.

8. Le Clainche C., Carlier M.F. Regulation of actin assembly associated with protrusion and adhesion in cell migration. Physiol Rev 2008;88(2):489—513. DOI: 10.1152/physrev.00021.2007. PMID: 18391171.

9. Huttenlocher A., Horwitz A.R. Integrins in cell migration. Cold Spring Harbor Perspect Biol 2011;3(9):a005074. DOI: 10.1101/cshperspect.a005074. PMID: 21885598.

10. Roos A., Ding Z., Loftus J.C., Tran N.L. Molecular and microenvironmental determinants of glioma stem-like cellsurvival and invasion. Front Oncol 2017;7:120. DOI: 10.3389/fonc.2017.00120. PMID: 28670569.

11. Kang S.K., Park J.B., Cha S.H. Multipotent, dedifferentiated cancer stemlike cells from brain gliomas. Stem Cells Dev 2006;15(3):423—35. DOI: 10.1089/scd.2006.15.423. PMID: 16846378.

12. Chen J., McKay R.M., Parada L.F. Malignant glioma: lessons from genomics, mouse models and stem cells. Cell 2012;149(1):36—47. DOI: 10.1016/j.cell.2012.03.009. PMID: 22464322.

13. Persano L., Rampazzo E., Basso G. et al. Glioblastoma cancer stem cells: Role of the microenvironment and therapeutic targeting. Biochem Pharmacol 2013;85(5):612—22. DOI: 10.1016/j.bcp.2012.10.001. PMID: 23063412.

14. Ortensi B., Osti D., Pellegatta S. et al. Rai is a new regulator of neural progenitor migration and glioblastoma invasion. Stem Cells 2012;30(5):817—32. DOI: 10.1002/stem.1056. PMID: 22311806.

15. Cheng L., Wu Q., Guryanova O.A. et al. Elevated invasive potential of glioblastoma stem cells. Biochem Biophys Res Commun 2011;406(4):643—8. DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.02.123. PMID: 21371437.

16. Safa A.R., Saadatzadeh M.R., Cohen-Gadol A.A. et al. Glioblastoma stem cells (GSCs) epigenetic plasticity and interconversion between differentiated non-GSCs and GSCs. Genes Dis 2015;2(2):152—63. DOI: 10.1016/j.gendis.2015.02.001. PMID: 26137500.

17. Tirino V., Desiderio V., Paino F. et al. Methods for cancer stem cell detection and isolation. Methods Mol Biol 2012;879:513—29. DOI: 10.1007/978-1-61779-815-3_32. PMID: 22610581.

18. Bryukhovetskiy A., Shevchenko V., Kovalev S. et al. To the novel paradigmof proteome-based cell therapy of tumors: through comparative proteome mapping of tumor stem cells and tissue-specific stem cells of humans. Cell Transplantation 2014;9:1—42. DOI: 10.3727/096368914X684907. PMID: 25303679.

19. Singh S.K., Hawkins C., Clarke I.D. et al. Identification of human brain tumour initiating cells. Nature 2004;432(7015):396—401. DOI: 10.1038/nature03128. PMID: 15549107.

20. Beier D., Hau P., Proescholdt M. et al. CD133(+) and CD133(—) glioblastoma-derived cancer stem cells show differential growth characteristics and molecular profiles. Cancer Res 2007;67(9):4010—5. PMID: 17483311.

21. Beier C.P., Beier D. CD133 negative cancer stem cells in glioblastoma. Front Biosci (Elite Ed) 2011;3:701—10. PMID: 21196345.

22. Munthe S., Petterson S.A., Dahlrot R.H. et al. Glioma cells in the tumor periphery have a stem cell phenotype. PloS One 2016;11(5):e0155106. DOI: 10.1371/journal.pone.0155106. PMID: 27171431.

23. Cheng L., Huang Z., Zhou W. et al. Glioblastoma stem cells generate vascular pericytes to support vessel function and tumor growth. Cell 2013;153(1):139—52. DOI: 10.1016/j.cell.2013.02.021. PMID: 23540695.

24. Hambardzumyan D., Bergers G. Glioblastoma: defining tumor niches. Trends Cancer 2015;1(4):252—65. DOI: 10.1016/j.trecan.2015.10.009. PMID: 27088132.

25. Matsukado Y., Maccarty C.S., Kernohan J.W. The growth of glioblastoma multiforme (astrocytomas, grades 3 and 4) in neurosurgical practice. J Neurosurg 1961;18:636—44. DOI: 10.3171/jns.1961.18.5.0636. PMID: 13768222.

26. Muller C., Holtschmidt J., Auer M. et al. Hematogenous dissemination of glioblastoma multiforme. Sci Transl Med 2014;6(247):247ra101. DOI: 10.1126/scitransLmed.3009095. PMID: 25080476.

27. Glass R., Synowitz M. CNS macrophages and peripheral myeloid cells in brain tumours. Acta Neuropathol 2014;128:347-62. DOI: 10.1007/s00401-014-1274-2. PMID: 24722970.

28. Wu C. Focal adhesion: a focal point in current cell biology and molecular medicine. Cell Adhesion Mig 2007;1(1):13—8. PMID: 19262093.

29. Arnaout M.A., Goodman S.L., Xiong J.P. Structure and mechanics of integrin-based cell adhesion. Curr Opin Cell Biol 2007;19(5):495—507. DOI: 10.1016/j.ceb.2007.08.002. PMID: 17928215.

30. Humphries J.D., Byron A., Humphries M.J. Integrin ligands at a glance. J Cell Sci 2006; 119(Pt 19):3901—3. DOI: 10.1242/jcs.03098. PMID: 16988024.

31. Madamanchi A., Santoro SA., Zutter M.M. alpha2beta1 Integrin. Adv Exp Med Biol 2014;819:41-60. DOI: 10.1007/978-94-017-9153-3_3. PMID: 25023166.

32. Danen E.H. Integrins: regulators of tissue function and cancer progression. Curr Pharm Des 2005;11(7):881—91. PMID: 15777241.

33. Xie J.J., Guo J.C., Wu Z.Y. et al. Integrin alpha5 promotes tumor progression and is an independent unfavorable prognostic factor in esophageal squamous cell carcinoma. Hum Pathol 2016;48:69-75. DOI: 10.1016/j.humpath.2015.09.029. PMID: 26772401.

34. Feng L., Ma J., Ji H. et al. miR-330-5p suppresses glioblastoma cell proliferation and invasiveness through targeting ITGA5. Biosci Rep 2017;37(3). DOI: 10.1042/BSR20170019. PMID: 28336765.

35. Skuli N., Monferran S., Delmas C. et al. Alphavbeta3/alphavbeta5 integrins-FAK-RhoB: a novel pathway for hypoxia regulation in glioblastoma. Cancer Res 2009;69(8):3308—16. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-2158. PMID: 19351861.

36. Desgrosellier J.S., Cheresh D.A. Integrins in cancer: biological implications and therapeutic opportunities. Nat Rev Cancer 2010;10(1):9—22. DOI: 10.1038/nrc2748. PMID: 20029421.

37. Klekner A., Hutoczki G., Virga J. et al. Expression pattern of invasionrelated molecules in the peritumoral brain. Clin Neurol Neurosurg 2015;139:138—43. PMID: 26451999.

38. Serres E., Debarbieux F., Stanchi F. et al. Fibronectin expression in glioblastomas promotes cell cohesion, collective invasion of basement membrane in vitro and orthotopic tumor growth in mice. Oncogene 2014;33(26):3451—62. DOI: 10.1038/onc.2013.305. PMID: 23912459.

39. Ryan M.C., Christiano A.M., Engvall E. et al. The functions of laminins: lessons from in vivo studies. Matrix Biol 1996;15(6):369—81. PMID: 9049976.

40. Caffo M., Germano A., Caruso G. et al. An immunohistochemical study of extracellular matrixproteins laminin, fibronectin and type IV collagen in paediatric glioblastoma multiforme. Acta Neurochir (Wien) 2004;146(10):1113—8. DOI: 10.1007/s00701-004-0344-y. PMID: 15309586.

41. Yu Q., Xue Y., Liu J. et al. Fibronectin promotes the malignancy of glioma stemlike cells via modulation of cell adhesion, differentiation, proliferation and chemoresistance. Front Mol Neurosci 2018;11:130. DOI: 10.3389/fnmol.2018.00130. PMID: 29706869.

42. Yeh W.L., Lu D.Y., Liou H.C. et al. A forward loop between glioma and microglia: glioma-derived extracellular matrix-activated microglia secrete IL-18 to enhance the migration of glioma cells. J Cell Physiol 2012;227(2):558—68. DOI: 10.1002/jcp.22746. PMID: 21442623

43. Wiranowska M., Ladd S., Moscinski L.C. et al. Modulation of hyaluronan production by CD44 positive glioma cells. Int J Cancer 2010;127(3):532—42. DOI: 10.1002/ijc.25085. PMID: 19957333.

44. Turley E.A., Noble P.W., Bourguignon L.Y. Signaling properties of hyaluronan receptors. J Biol Chem 2002;277(7):4589—92. DOI: 10.1074/jbc.R100038200. PMID: 11717317.

45. Anido J., Saez-Borderias A., Gonzalez-Junca A. et al. TGF-beta receptor inhibitors target the CD44(high)/Id1(high) glioma-initiating cell population in human glioblastoma. Cancer Cell 2010;18(6):655—68. DOI: 10.1016/j.ccr.2010.10.023. PMID: 21156287.

46. Hamilton S.R., Fard S.F., Paiwand F.F. et al. The hyaluronan receptors CD44 and Rhamm(CD168) form complexes with ERK1,2 that sustain high basal motility in breast cancer cells. J Biol Chem 2007;282(22):16667—80. DOI: 10.1074/jbc.M702078200. PMID: 17392272.

47. Zhao T., Guan L., Yu Y. et al. Kindlin-2 promotes genome instability in breast cancer cells. Cancer Lett 2013;330(2):208—16. DOI: 10.1016/j.canlet.2012.11.043. PMID: 23211537.

48. Ghobrial I.M., Witzig T.E., Adjei A.A. Targeting apoptosis pathways in cancer therapy. CA Cancer J Clin 2005;55(3):178—94. PMID: 15890640.

49. Kim Y.M., Kim E.C., Kim Y. The human lysyl oxidase-like 2 protein functions as an amine oxidase toward collagen and elastin. Mol Biol Rep 2011;38(1):145—9. DOI: 10.1007/s11033-010-0088-0. PMID: 20306300.

50. Du X.G., Zhu M.J. Clinical relevance of lysyl oxidase-like 2 and functional mechanisms in glioma. Onco Targets Ther 2018;11:2699—708. DOI: 10.2147/OTT.S164056. PMID: 29785119.

51. Guo Q., Song Y., Zhang H. et al. Detection of hypermethylated fibrillin-1 in the stool samples of colorectal cancer patients. Med Oncol 2013;30(4):695. DOI: 10.1007/s12032-013-0695-4. PMID: 23963856.

52. Cierna Z., Mego M., Jurisica I. et al. Fibrillin-1 (FBN-1) a new marker of germ cell neoplasia in situ. BMC Cancer 2016;16:597. DOI: 10.1186/s12885-016-2644-z. PMID: 27487789.