Влияние подавления экспрессии NOTCH1 на формирование фенотипа опухолевых стволовых клеток рака легкого и толстой кишки человека

   Введение. Рак легкого и колоректальный рак являются одними из самых распространенных типов злокачественных новообразований, характеризующихся неблагоприятным прогнозом. Опухолевая прогрессия обусловливается аберрантной активностью межклеточных сигнальных путей, которая может возникать за счет мутаций в генах, кодирующих их компоненты. В частности, онкогенная роль рецептора NOTCH1 сигнального пути Notch доказана для различных типов рака, включая рак легкого и колоректальный рак. В рамках настоящего исследования мы изучали важность продукции рецептора NOTCH1 для прогрессии данных типов злокачественных новообразований.

   Цель исследования – изучение роли экспрессии NOTCH1 в поддержании пула и фенотипа опухолевых стволовых клеток (ОСК) карцином легкого и толстой кишки человека.

   Материалы и методы. Эксперименты проводили на полученных ранее клеточных линиях карцином легкого А549 и толстой кишки HCT116 человека с подавленной экспрессией NOTCH1. В первую очередь было изучено влияние подавления экспрессии NOTCH1 на способность к метастазированию клеток А549 и туморогенность клеток А549 и НСТ116 при их введении иммунодефицитным бестимусным мышам линии BALB/c nu/nu. Далее были проведены тесты in vitro по определению пула и фенотипа ОСк в культуре опухолевых клеток: цитофлуориметрический анализ активности АВС-транспортеров (выявление способности к выведению красителя во внешнюю среду) и анализ колониеобразования в полужидкой среде. В заключение определены доля клеток в культуре, продуцирующих маркер ОСК (CD133), методом проточной цитофлуориметрии и уровень экспрессии некоторых генов, продукты которых ассоциированы с фенотипом ОСк (NANOG, POU5F1, SOX2), с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени.

   Результаты. Подавление экспрессии NOTCH1 приводило к снижению числа экспериментальных животных с метастазами и количества сформированных метастатических очагов, а также к увеличению минимальной прививочной дозы. Активность АВС-транспортеров, способность к неприкрепленному росту, доля CD133-положительных клеток в культуре и экспрессия генов, продукты которых связаны с поддержанием пула и фенотипа ОСк, снижались при подавлении экспрессии NOTCH1 в обеих клеточных линиях.

   Заключение. Экспрессия гена, кодирующего рецептор NOTCH1, важна для поддержания пула и фенотипа ОСК карцином легкого и толстой кишки человека. Полученные данные могут представлять ценность при разработке противоопухолевых терапевтических стратегий.

1. National Cancer Institute. Cancer stat facts: lung and bronchus cancer. Available at: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/lungb.html.

2. National Cancer Institute. Cancer stat facts: colorectal cancer. Available at: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/colorect.html.

3. Genomic Data Commons, The Cancer Genomic Atlas. TCGA-LUAD. Available at: https://portal.gdc.cancer.gov/projects/TCGA-LUAD.

4. Genomic Data Commons, The Cancer Genomic Atlas. TCGA-COAD. Available at: https://portal.gdc.cancer.gov/projects/TCGA-COAD.

5. Васильева М.В., Хромова Н.В., Копнин Б.П. и др. Значимость экспрессии рецептора NOTCH1 для прогрессии карцином легкого и толстой кишки человека. Биохимия 2022;87(10):1505–13. DOI: 10.31857/S0320972522100153

6. Batlle E., Clevers H. Cancer stem cells revisited. Nat Med 2017;23(10):1124 –34. DOI: 10.1038/nm.4409

7. Фармаковская М.Д., Хромова Н.В., Копнин Б.П., Копнин П.Б. Повышение туморогенного потенциала клеток рака ободочной кишки человека линии НСТ116 за счет увеличения содержания раковых стволовых клеток при подавлении экспрессии Е-кадгерина. Российский биотерапевтический журнал 2016;15(3):6–14. DOI: 10.17650/1726-9784-2016-15-3-06-14

8. Yuan X., Wu H., Xu H. et al. Meta-analysis reveals the correlation of Notch signaling with non-small cell lung cancer progression and prognosis. Sci Rep 2015;5:10338. DOI: 10.1038/srep10338

9. Liu L., Tao T., Liu S. et al. An RFC4/Notch1 signaling feedback loop promotes NSCLC metastasis and stemness. Nat Comm 2021;12(1):2693. DOI: 10.1038/s41467-021-22971-x

10. Allen T.D., Rodriguez E.M., Jones K.D. et al. Activated Notch1 induces lung adenomas in mice and cooperates with Myc in the generation of lung adenocarcinoma. Cancer Res 2011;71(18):6010–8. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-11-0595

11. Ali S.A., Justilien V., Jamieson L. et al. Protein kinase Cι drives a NOTCH3-dependent stem-like phenotype in mutant KRAS lung adenocarcinoma. Cancer Cell 2016;29(3):367–78. DOI: 10.1016/j.ccell.2016.02.012

12. Tyagi A., Sharma A.K., Damodaran C. A review on Notch signaling and colorectal cancer. Cells 2020;9(6):1549. DOI: 10.3390/cells9061549

13. Sonoshita M., Itatani Y., Kakizaki F. et al. Promotion of colorectal cancer invasion and metastasis through activation of NOTCH-DAB1-ABL-RHOGEF protein TRIO. Cancer Discov 2015;5(2):198–11. DOI: 10.1158/2159-8290.CD-14-0595

14. O’Brien C.A., Kreso A., Jamieson C.H.M. Cancer stem cells and self-renewal. Clin Cancer Res 2010;16(12):3113–20. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-09-2824

15. Flanagan S.P. ‘Nude’, a new hairless gene with pleiotropic effects in the mouse. Genet Res 1966;8(3):295–309. DOI: 10.1017/s0016672300010168

16. Ozvegy-Laczka C., Cserepes J., Elkind N.B. et al. Tyrosine kinase inhibitor resistance in cancer: role of ABC multidrug transporters. Drug Resist 2005;8(1):15–26. DOI: 10.1016/j.drup.2005.02.002

17. Wu C., Wei Q., Utomo V. et al. Side population cells isolated from mesenchymal neoplasms have tumor initiating potential. Cancer Res 2007;67(17):8216–22. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-07-0999

18. Franken N.A., Rodermond H.M., Stap J. et al. Clonogenic assay of cells in vitro. Nat Protoc 2006;1(5):2315–9. DOI: 10.1038/nprot.2006.339

19. Yin A.H., Miraglia S., Zanjani E.D. et al. AC133, a novel marker for human hematopoietic stem and progenitor cells. Blood 1997;90(12):5002–12. DOI: 10.1182/blood.V90.12.5002

20. Tirino V., Camerlingo R., Franco R. et al. The role of CD133 in the identification and characterisation of tumour-initiating cells in non-small-cell lung cancer. Eur J Cardiothorac Surg 2009;36(3):446–53. DOI: 10.1016/j.ejcts.2009.03.063

21. Vermeulen L., Todaro M., Mello F.D. et al. Single-cell cloning of colon cancer stem cells reveals a multilineage differentiation capacity. Proc Natl Acad USA 2008;105(36):13427–32. DOI: 10.1073/pnas.0805706105

22. Fujimoto K., Beauchamp R.D., Whitehead R.H. Identification and isolation of candidate human colonic clonogenic cells based on cell surface integrin expression. Gastroenterology 2002;123(6):1941–8. DOI: 10.1053/gast.2002.37065

23. KEGG PATHWAY Database is a platform that provides wiring diagrams of molecular interactions, reactions and relations. Available at: https://www.genome.jp/kegg/pathway.html.