Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press23310.17650/2313-805X-2019-6-3-57-62RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИDifferences in the profile of cytokine expression induced by implantation of oncogenic and non-oncogenic millipore filtersИсследование экспрессии цитокинов при подкожной имплантации онкогенных и неонкогенных миллипоровых фильтровhttps://orcid.org/0000-0002-3068-0233RybalkinaE. Yu.РыбалкинаЕ. Ю.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

Екатерина Юрьевна Рыбалкина

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

 

Kate_Rybalkina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8192-7913SusovaO. Yu.CусоваО. Ю.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

MoizhessT. G.МойжессТ. Г.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России150920196357620811201908112019Copyright ©; 2019, Rybalkina E.Y., Susova O.Y., Moizhess T.G.Copyright ©; 2019, Рыбалкина Е.Ю., Cусова О.Ю., Мойжесс Т.Г.2019Rybalkina E.Y., Susova O.Y., Moizhess T.G.Рыбалкина Е.Ю., Cусова О.Ю., Мойжесс Т.Г.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/233

Background. Clarification of the mechanisms of carcinogenesis induced by foreign bodies is one of the urgent problems of modern oncology. This is due to the fact that there is a relationship between the processes of inflammation and carcinogenesis. Today, there is no doubt the fact that cytokines and signal molecules in the focus of inflammation (products of inflammation) can contribute to the initiation of carcinogenesis, as well as stimulate tumor progression. In the case of carcinogenesis induced by foreign bodies, the key issue is understanding the differences in the body’s response to the implantation of foreign bodies that can cause tumor formation and do not have this ability. One of the phenomena of this type of carcinogenesis is the occurrence of sarcoma after the subcutaneous implantation in mice of hydrophilic millipore filters with a pore diameter not exceeding 0.1 μm and the inability to induce tumors of one’s with a pore diameter greater than or equal to 0.22 μm.

The objective of our work was to study the differences between oncogenic and non-oncogenic filters at the molecular level.

Materials and methods. Reverse transcription polymerase chain reaction method was used to study the expression of a number of cytokines that are products of macrophage cells that live on the surface of implanted filters and in the surrounding capsule. Filters with pore diameters of 0.025 μm (carcinogenic) and 0.45 μm (non-carcinogenic) were compared in 8, 35 days and 5.5 months after implantation.

Results and conclusion. After 8 days we observed significant (p <0.01) excess of expression of two cytokines interleukin 1β (IL-1β) by cells around oncogenic filters (with pore of 0.025 μm) compared to non-oncogenic one’s (with pore of 0.45 μm) After 35 days, significant (p <0.01) excess of expression of IL-1β, Tnf-α, iNOS (induced nitric oxide synthase), and IL-6 by cells around the oncogenic filters (0.025 μm) compared to non-oncogenic one’s (0.45 μm) was observed. There was no quantitative difference in the expression of Nf-κB1 and Nf-κB2 (nuclear factor κ-B1, κ-B2), Tgf-β (transforming growth factor β), IL-10. After 5.5 months the expression of IL-1β by cells on oncogenic filters was still significant; for Tnf-α, iNOS, IL-6 and IL-10 there was no practically difference in expression. For Nf-κB1 and Nf-κB2, Tgf-β and COX-2 (cyclooxygenase 2) the difference was significant, cells on non-oncogenic filters are expressed more then on oncogenic one’s.

Введение. Выяснение механизмов канцерогенеза, индуцируемого инородными телами, – одна из актуальных проблем современной онкологии. Это обусловлено тем, что есть взаимосвязь между процессами воспаления и канцерогенеза. Сегодня уже не вызывает сомнений факт, что цитокины и сигнальные молекулы в очаге воспаления (продукты воспаления) могут способствовать инициации канцерогенеза, а также стимулировать опухолевую прогрессию. В случае канцерогенеза, индуцированного инородными телами, ключевым вопросом является понимание различий в реакции организма на имплантацию инородных тел, способных вызывать образование опухоли и не обладающих этой способностью. Феномен данного вида канцерогенеза заключается в возникновении сарком при подкожной имплантации мышам гидрофильных миллипоровых фильтров с диаметром пор, не превышающим 0,1 мкм, и неспособности индуцировать опухоли фильтров с диаметром пор, превышающим или равным 0,22 мкм.

Цель исследования – изучение различий между опухолеродными и неопухолеродными фильтрами на молекулярном уровне.

Материалы и методы. Методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией в реальном времени оценивали экспрессию генов различных цитокинов – продуктов клеток макрофагального происхождения, обитающих на поверхности имплантированных фильтров и в окружающей их капсуле. Сравнивали фильтры с диаметрами пор 0,025 мкм (канцерогенные) и 0,45 мкм (неканцерогенные) на сроках 8, 35 и 160 сут (5,5 мес) с момента имплантации.

Результаты и заключение. Через 8 сут мы получили достоверное (р <0,01) превышение экспрессии гена цитокина интерлейкина 1β (IL-1β) клетками вокруг канцерогенных фильтров с порами 0,025 мкм по сравнению с неканцерогенными фильтрами с порами 0,45 мкм. Через 35 дней показано достоверное (p <0,01) превышение экспрессии IL-1β, Tnf-α (фактора некроза опухоли α), iNOS (индуцируемой синтазы оксида азота) и IL-6 клетками вокруг фильтров 0,025 мкм по сравнению с 0,45 мкм. Количественной разницы в экспрессии Nf-κB1 и Nf-κB2 (транскрипционного фактора κ-В1 и κ-В2), Tgf-β (трансформирующего фактора роста β) и IL-10 не обнаружено. Через 5,5 мес превышение экспрессии IL-1β клетками на 0,025‑фильтрах по‑прежнему значимо. Для генов Tnf-α, iNOS, IL-6 и IL-10 разницы в экспрессии практически нет; для генов Nf-κB1 и Nf-κB2 и Tgf-β и COX-2 (циклооксигеназы 2) разница значима, при этом экспрессия этих генов была в клетках на неонкогенных фильтрах (0,45 мкм) выше, чем на онкогенных (0,025 мкм).

implantation of millipore filtercytokinesarcomaимплантированный миллипоровый фильтрцитокинсаркомаThe reported research was funded by Russian Foundation for Basic Research (grant No. 18-54-16006)Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-54-16006)Moizhess T.G. Carcinogenesis induced by foreign bodies. Biokhimiya = Biochemistry 2008;73(7): 949–63. (In Russ.).Мойжесс Т.Г. О канцерогенезе, индуцируемом инородными телами. Биохимия 2008;73(7):949–63.Karp R.D., Johnson K.H., Buoen L.C. et al. Tumorigenesis by Millipore filters in mice: histology and ultrastructure of tissue reactions as related to pore size. J Natl Cancer Ins 1973;51(4):1275–85. DOI: 10.1093/jnci/51.4.1275.Dmitrieva O.S., Shilovskiy I.P., Khaitov M.R. et al. Interleukins 1 and 6 as main mediators of inflammation and cancer. Biokhimiya = Biochemistry 2016;2:166–78. (In Russ.).Дмитриева О.С., Шиловский И.П., Хаитов М.Р., Гривенников С.И. Интерлейкин 1 и интерлейкин 6 как главные медиаторы воспаления при развитии рака. Биохимия 2016;2:166–78.Grivennikov S., Karin M. Inflammation and oncogenesis: a vicious connection. Curr Opin Genet Dev 2010;20(1):65–71. DOI: 10.1016/j.gde.2009.11.004.Кorneev R.V., Atretkhany K.N., Drutskaya M.S. et al. TLR-signaling and proinflammatory cytokines as drivers of tumorigenesis. Cytokine 2017;89:127–35. DOI: 10.1016/j.cyto.2016.01.021.Wei J., Zhang X., Bi Y. et al. AntiInflammatory effects of cumin essential oil by blocking JNK, ERK, and NF-kB signaling pathways in LPS-stimulated RAW 264.7 cells. Evid Based Complement Alternat Med 2015;2015:474509. DOI: 10.1155/2015/474509.Dvoriantchikova G., Ivanov D. Tumor necrosis factor-alfa mediates activation of NF-κB and JNK signaling cascades in retinal ganglion cells and astrocytes in opposite ways. Eur J Neuroscie 2014;40:3171–8. DOI: 10.1111/ejn.12710.Cao W., Chen W., Liang X. et al. All-transretinoic acid ameliorates the inflammation by inducing transforming growth factor beta 1 and interleukin 10 in mouse epididymitis. Am J Reprod Immunol 2014;(4): 312–21. DOI: 10.1111/aji.12197.Grisham M.B., Jourd’heuil D., Wink D.A. Review article: chronic inflammation and reactive oxygen and nitrogen metabolism – implications in DNA damage and mutagenesis. Aliment Pharmacol Ther 2000;14(Suppl 1):3–9. DOI: 10.1046/j.1365-2036.2000.014s1003.x.Kawanishi S., Ohnishi S., Ma N. et al. Crosstalk between DNA damage and inflammation in the multiple steps of carcinogenesis. Int J Mol Sci 2017;18(8). DOI: 10.3390/ijms18081808.Ohnishi S., Ma N., Thanan R. et al. DNA damage in inflammation-related carcinogenesis and cancer stem cells. Oxid Med Cell Longev 2013;2013:387014. DOI: 10.1155/2013/38701.Hsieh L.T., Frey H., Nastase M.V. et al. Bimodal role of NADPH oxidases in the regulation of biglycan-triggered IL-1β synthesis. Matrix Biol 2016;49:61–81. DOI: 10.1016/j.matbio.2015.12.005.Rousset F., Hazane-Puch F., Pinosa C. et al. IL-1beta mediates MMP secretion and IL-1beta neosynthesis via upregulation of p22(phox) and NOX4 activity in human articular chondrocytes. Osteoarthritis Cartilage 2015;23(11):1972–80. DOI: 10.1016/j.joca.2015.02.167.Resende C., Regalo G., Durães C., et al. Interleukin-1B signalling leads to increased survival of gastric carcinoma cells through a CREB-C/EBPβ-associated mechanism. Gastric Cancer 2016;19(1):74–84. DOI: 10.1007/s10120-014-0448-x.Lemos D.R., McMurdo M., Karaca G. et al. Interleukin-1β activates a mycdependent metabolic switch in kidney stromal cells necessary for progressive tubulointerstitial fibrosis. J Am Soc Nephrol 2018;29(6):1690–705. DOI: 10.1681/ASN.2017121283.Subramaniam K.S., Omar I.S., Kwong S.C. et al. Cancer-associated fibroblasts promote endometrial cancer growth via activation of interleukin-6/ STAT-3/c-Myc pathway. Am J Cancer Res 2016;6(2):200–13.Moizhess T.G., Vasiliev J.M. Early and late stages of foreign-body carcinogenesis can be induced by implants of different shapes. Int J Cancer 1989;44(3):449–53. DOI: 10.1002/ijc.2910440312.Iomhair M.M., Lavelle S.M. Effect of film size on production of foreign body sarcoma by perforated film implants. Technol Health Care 1997;5(4):331–4.Burkitt M.D., Hanedi A.F., Duckworth C.A. et al. NF-κB1, NF-κB2 and c-Rel differentially regulate susceptibility to colitis-associated adenoma development in C57BL/6 mice. J Pathol 2015;236(3):326–36. DOI: 10.1002/path.4527.Cartwright T., Perkins N.D., Wilson C.L. NFkB1: a suppressor of inflammation, ageing and cancer. FEBS J 2016;283(10): 1812–22. DOI: 10.1111/febs.13627.Hong S., Lee H.J., Kim S.J., Hahm K.B. Connection between inflammation and carcinogenesis in gastrointestinal tract: focus on TGF-beta signaling. World J Gastroenterol 2010;16(17):2080–93.Huang J.J., Blobe G.C. Dichotomous roles of TGF-β in human cancer. Biochem Soc Trans 2016;44(5):1441–54. DOI: 10.1042/BST20160065.Telliez A., Furman C., Pommery N., Hénichart J.P. Mechanisms leading to COX-2 expression and COX-2 induced tumorigenesis: topical therapeutic strategies targeting COX-2 expression and activity. Anticancer Agents Med Chem 2006;6(3):187–208.Carullo G., Galligano F., Aiello F. Structure-activity relationships for the synthesis of selective cyclooxygenase 2 inhibitors: an overview (2009–2016). Medchemcomm 2016;8(3): 492–500. DOI: 10.1039/c6md00569a.Brodbeck W.G., Voskerician G., Ziats N. et al. In vivo leukocyte cytokine mRNA responses to biomaterials are dependent on surface chemistry. J Biomed Mater Res А 2003;64(2):320–9. DOI: 10.1002/jbm.a.10425.