Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press27210.17650/2313-805X-2020-7-2-29-38RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИGene expression analysis of ABC transporter family in breast tumors: relationship with chemotherapy effect and disease prognosisАнализ экспрессии генов семейства ABC-транспортеров в опухоли молочной железы: связь с эффективностью химиотерапии и прогнозом заболеванияhttps://orcid.org/0000-0001-7419-4512TsyganovM. M.ЦыгановМ. М.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

Матвей Михайлович Цыганов

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

TsyganovMM@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8815-2786IbragimovaM. K.ИбрагимоваМ. К.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0002-9657-9058PevznerA. M.ПевзнерА. М.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

36 Prospekt Lenina, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5 

634050 Томск, проспект Ленина, 36

https://orcid.org/0000-0003-1091-7528GaptulbarovaK. A.ГаптулбароваК. А.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

36 Prospekt Lenina, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5 

634050 Томск, проспект Ленина, 36

https://orcid.org/0000-0002-2917-8158GarbukovE. Yu.ГарбуковЕ. Ю.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0003-4382-5697SlonimskayaЕ. М.СлонимскаяЕ. М.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

UsyninE. A.УсынинЕ. А.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0002-0714-8927LitviakovN. V.ЛитвяковН. В.
Russian Federation

5 Kooperativny Pereulok, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

Cancer Research Institute, Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of SciencesНИИ онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»Tomsk State UniversityФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»150520207229380609202006092020Copyright ©; 2020, Tsyganov M.M., Ibragimova M.K., Pevzner A.M., Gaptulbarova K.A., Garbukov E.Y., Slonimskaya Е.М., Usynin E.A., Litviakov N.V.Copyright ©; 2020, Цыганов М.М., Ибрагимова М.К., Певзнер А.М., Гаптулбарова К.А., Гарбуков Е.Ю., Слонимская Е.М., Усынин Е.А., Литвяков Н.В.2020Tsyganov M.M., Ibragimova M.K., Pevzner A.M., Gaptulbarova K.A., Garbukov E.Y., Slonimskaya Е.М., Usynin E.A., Litviakov N.V.Цыганов М.М., Ибрагимова М.К., Певзнер А.М., Гаптулбарова К.А., Гарбуков Е.Ю., Слонимская Е.М., Усынин Е.А., Литвяков Н.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/272

Background. One of the main reasons of the ineffectiveness of chemotherapy is still considered to be the formation of the multidrug resistance phenotype of the tumor due to the expression of energy-dependent proteins of ABC transporters. Our previous studies for some ABC genes have established that the expression of these genes correlates with the effectiveness of neoadjuvant chemotherapy (NAC). Some of the clinical studies indicate that ABC transporters can influence not only the formation of chemoresistance in the tumor, but also the progression, invasion and metastasis of the tumor node. Objective: to evaluate the level of transcription of all 49 known ABC genes in a breast tumor before and after treatment and their prognostic significance. Materials and methods. The study included 31 patients with a diagnosis of stage IIA – IIIB breast cancer. RNA was isolated from paired samples of tumor tissue before and after NAC. A microarray study of all tumor samples was performed on ClariomТМ S Assay, human microarrays. Using microarray studies, the expression of 49 genes of the ABC transporter family was studied. Analysis of the microchip data was carried out using the program Transcriptome Analysis Console (TAC) software 4.0. Results. It was found that changes in the expression (increase/decrease during NAC) of the ABCA5, ABCA7, ABCB1, ABCB4, ABCB11, ABCC1, ABCC10, ABCC11, ABCG1, ABCG2, ABCG4, ABCG5, ABCG8 genes are statistically significantly associated with the response to NAC. In addition, the prognostic significance of ABCB1 and ABCB4 gene expression was established. Survival analysis showed that 5-year survival rates in patients with high gene expression of ABCB1 and ABCB4 are lower compared to patients with low expression of these genes (log-rank-test p = 0.001 and 0.04 respectively). Conclusion. Data were obtained on the relationship of gene expression of the ABC transporter family with the effect of NAC in patients with breast cancer and the outcome of the disease. The prognostic potential of the ABCB1 and ABCB4 genes in patients with breast cancer has been established.

Введение. Одной из основных причин неэффективности химиотерапии по-прежнему считают формирование фенотипа множественной лекарственной устойчивости опухоли за счет экспрессии энергозависимых белков АВС-транспортеров. Результаты предыдущих наших исследований для некоторых генов ABC позволили установить, что экспрессия данных генов коррелирует с эффективностью неоадъювантной химиотерапии (НХТ). Стоит отметить, что некоторые из клинических исследований указывают на то, что ABC-транспортеры могут влиять не только на формирование химиорезистентности в опухоли, но также на прогрессию, инвазию и метастазирование опухолевого узла. Цель исследования – оценка уровня транскриптов всех известных 49 генов ABC в опухоли молочной железы до и после проведения лечения и их прогностической значимости. Материалы и методы. В исследование была включена 31 пациентка с диагнозом рака молочной железы IIA–IIIB стадий. РНК выделяли из парных образцов опухолевой ткани до и после НХТ. Проведено микроматричное исследование всех образцов опухоли на микрочипах ClariomТМ S Assay, human. С помощью микроматричного исследования изучена экспрессия 49 генов семейства ABC-транспортеров. Анализ данных микрочипа осуществляли с использованием программы Transcriptome Analysis Console (TAC) software 4.0. Результаты. Установлено, что изменение экспрессии (повышение/снижение в процессе НХТ) генов ABCA5, ABCA7, ABCB1, ABCB4, ABCB11, ABCC1, ABCC10, ABCC11, ABCG1, ABCG2, ABCG4, ABCG5, ABCG8 статистически значимо связано с ответом на НХТ. Кроме этого, установлена прогностическая значимость экспрессии генов ABCB1 и ABCB4. Анализ выживаемости продемонстрировал, что показатели 5-летней выживаемости у больных с высокой экспрессией генов ABCB1 и ABCB4 ниже по сравнению таковыми у пациенток с низкой экспрессией данных генов (log-rank-тест p = 0,001 и 0,04 соответственно). Заключение. Получены данные о связи экспрессии генов семейства ABC-транспортеров с эффективностью НХТ у больных раком молочной железы и исходом заболевания. Установлен прогностический потенциал генов ABCB1 и ABCB4 у больных раком молочной железы.

breast cancermicroarraytranscriptABC transportersneoadjuvant chemotherapyprognosisрак молочной железымикроматричные исследованиятранскриптомABC-транспортерынеоадъювантная химиотерапияпрогнозThis work was supported by grant number 18-29-09131 Russian Foundation for Basic Research “The phenomenon of tumor “fading” during chemotherapy”.Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 18-29-09131 «Феномен «замирания» опухоли в процессе химиотерапии».1. Семиглазов В.Ф., Горбунова В.А., Тюляндин С.А. Химиотерапия рака молочной железы: современный взгляд на проблему. Медицинский совет 2017;1(6):56–60. DOI:10.21518/2079-701X-2017-6-56-60 [Semiglazov V.F., Gorbunova V.A., Tjuljandin S.A. Chemotherapy for breast cancer: a modern view of the problem. Meditsinskiy sovet = Medical Advice 2017;1(6):56–60. (In Russ.)].Семиглазов В.Ф., Горбунова В.А., Тюляндин С.А. Химиотерапия рака молочной железы: современный взгляд на проблему. Медицинский совет 2017;1(6):56–60. DOI:10.21518/2079-701X-2017-6-56-60 [Semiglazov V.F., Gorbunova V.A., Tjuljandin S.A. Chemotherapy for breast cancer: a modern view of the problem. Meditsinskiy sovet = Medical Advice 2017;1(6):56–60. (In Russ.)].2. Parkinson A., Ogilvie B.W. Biotransformation of xenobiotics. Casarett and Doull’s toxicology: Basic Sci Poisons 2008;7(1):161–304.Parkinson A., Ogilvie B.W. Biotransformation of xenobiotics. Casarett and Doull’s toxicology: Basic Sci Poisons 2008;7(1):161–304.3. Fletcher J.I., Haber M., Henderson M.J. et al. ABC transporters in cancer: more than just drug efflux pumps. Nat Rev Cancer 2010;10(2):147–56. DOI: 10.1038/nrc278.9.Fletcher J.I., Haber M., Henderson M.J. et al. ABC transporters in cancer: more than just drug efflux pumps. Nat Rev Cancer 2010;10(2):147–56. DOI: 10.1038/nrc278.9.4. Litviakov N.V., Cherdyntseva N.V., Tsyganov M.M. et al. Changing the expression vector of multidrug resistance genes is related to neoadjuvant chemotherapy response. Cancer Chemother Pharmacol 2013;71(1):153–63. DOI: 10.1007/s00280-012-1992-x.Litviakov N.V., Cherdyntseva N.V., Tsyganov M.M. et al. Changing the expression vector of multidrug resistance genes is related to neoadjuvant chemotherapy response. Cancer Chemother Pharmacol 2013;71(1):153–63. DOI: 10.1007/s00280-012-1992-x.5. Hlavata I., Mohelnikova-Duchonova B., Vaclavikova R. et al. The role of ABC transporters in progression and clinical outcome of colorectal cancer. Mutagenesis 2012;27(2):187–96. DOI: 10.1093/mutage/ger075.Hlavata I., Mohelnikova-Duchonova B., Vaclavikova R. et al. The role of ABC transporters in progression and clinical outcome of colorectal cancer. Mutagenesis 2012;27(2):187–96. DOI: 10.1093/mutage/ger075.6. Patel A., Li T.W., Anreddy N. et al. Suppression of ABCG2 mediated MDR in vitro and in vivo by a novel inhibitor of ABCG2 drug transport. Pharmacol Res 2017;121:184–93. DOI: 10.1016/j.phrs.2017.04.025.Patel A., Li T.W., Anreddy N. et al. Suppression of ABCG2 mediated MDR in vitro and in vivo by a novel inhibitor of ABCG2 drug transport. Pharmacol Res 2017;121:184–93. DOI: 10.1016/j.phrs.2017.04.025.7. Литвяков Н.В., Гарбуков Е.Ю., Слонимская Е.М. и др. Связь безметастатической выживаемости больных раком молочной железы и вектора изменения экспрессии генов множественной лекарственной устойчивости в опухоли при проведении НХТ. Вопросы онкологии 2013;59(3):334–40. DOI: https://doi.org/10.18722/VO2013593334-340. [Litviakov N.V., Garbukov E.Yu., Slonimskaya E.M. et al. Connection of metastasis-free survival in breast cancer patients and an expression vector of multidrug resistance genes in tumor during neoadjuvant chemotherapy. Voprosy onkologii = Oncology Issues 2013;59(3):334–40. (In Russ.)].Литвяков Н.В., Гарбуков Е.Ю., Слонимская Е.М. и др. Связь безметастатической выживаемости больных раком молочной железы и вектора изменения экспрессии генов множественной лекарственной устойчивости в опухоли при проведении НХТ. Вопросы онкологии 2013;59(3):334–40. DOI: https://doi.org/10.18722/VO2013593334-340. [Litviakov N.V., Garbukov E.Yu., Slonimskaya E.M. et al. Connection of metastasis-free survival in breast cancer patients and an expression vector of multidrug resistance genes in tumor during neoadjuvant chemotherapy. Voprosy onkologii = Oncology Issues 2013;59(3):334–40. (In Russ.)].8. Schwartz G.F., Hortobagyi G.N. Proceedings of the consensus conference on neoadjuvant chemotherapy in carcinoma of the breast, April 26–28, 2003, Philadelphia, Pennsylvania. Breast J 2004;10(4):273–94.Schwartz G.F., Hortobagyi G.N. Proceedings of the consensus conference on neoadjuvant chemotherapy in carcinoma of the breast, April 26–28, 2003, Philadelphia, Pennsylvania. Breast J 2004;10(4):273–94.9. Irizarry R.A., Hobbs B., Collin F. et al. Exploration, normalization, and summaries of high density oligonucleotide array probe level data. Biostatistics 2003;4(2): 249–64. DOI: 10.1093/biostatistics/4.2.249.Irizarry R.A., Hobbs B., Collin F. et al. Exploration, normalization, and summaries of high density oligonucleotide array probe level data. Biostatistics 2003;4(2): 249–64. DOI: 10.1093/biostatistics/4.2.249.10. Wind N., Holen I. Multidrug resistance in breast cancer – from in vitro models to clinical studies. Int J Breast Cancer 2011;2011:1–12. DOI: 10.4061/2011/967419.Wind N., Holen I. Multidrug resistance in breast cancer – from in vitro models to clinical studies. Int J Breast Cancer 2011;2011:1–12. DOI: 10.4061/2011/967419.11. Kim B., Fatayer H., Hanby A.M. et al. Neoadjuvant chemotherapy induces expression levels of breast cancer resistance protein that predict disease-free survival in breast cancer. PLoS One 2013;8(5):1–8. DOI: 10.1371/journal.pone.0062766.Kim B., Fatayer H., Hanby A.M. et al. Neoadjuvant chemotherapy induces expression levels of breast cancer resistance protein that predict disease-free survival in breast cancer. PLoS One 2013;8(5):1–8. DOI: 10.1371/journal.pone.0062766.12. Gillet J.P., Efferth T., Remacle J. Chemotherapy-induced resistance by ATP-binding cassette transporter genes. Biochim Biophys Acta 2007;1775(2):237–62. DOI: 10.1016/j.bbcan.2007.05.002.Gillet J.P., Efferth T., Remacle J. Chemotherapy-induced resistance by ATP-binding cassette transporter genes. Biochim Biophys Acta 2007;1775(2):237–62. DOI: 10.1016/j.bbcan.2007.05.002.13. Velaei K., Samadi N., Soltani S. et al. NFκBP65 transcription factor modulates resistance to doxorubicin through ABC transporters in breast cancer. Breast Cancer 2017;24(4):552–61. DOI: 10.1007/s12282-016-0738-8.Velaei K., Samadi N., Soltani S. et al. NFκBP65 transcription factor modulates resistance to doxorubicin through ABC transporters in breast cancer. Breast Cancer 2017;24(4):552–61. DOI: 10.1007/s12282-016-0738-8.14. Patch A.M., Christie E.L., Etemadmoghadam D. et al. Wholegenome characterization of chemoresistant ovarian cancer. Nature 2015;521(7553): 489–94. DOI: 10.1038/nature14410.Patch A.M., Christie E.L., Etemadmoghadam D. et al. Wholegenome characterization of chemoresistant ovarian cancer. Nature 2015;521(7553): 489–94. DOI: 10.1038/nature14410.15. Wilson C.S., Davidson G.S., Martin S.B. et al. Gene expression profiling of adult acute myeloid leukemia identifies novel biologic clusters for risk classification and outcome prediction. Blood 2006;108(2):685–96. DOI: 10.1182/blood-2004-12-4633.Wilson C.S., Davidson G.S., Martin S.B. et al. Gene expression profiling of adult acute myeloid leukemia identifies novel biologic clusters for risk classification and outcome prediction. Blood 2006;108(2):685–96. DOI: 10.1182/blood-2004-12-4633.16. Steinbach D., Gillet J.P., Sauerbrey A. et al. ABCA3 as a possible cause of drug resistance in childhood acute myeloid leukemia. Clin Cancer Res 2006;12(14):4357–63. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-05-2587.Steinbach D., Gillet J.P., Sauerbrey A. et al. ABCA3 as a possible cause of drug resistance in childhood acute myeloid leukemia. Clin Cancer Res 2006;12(14):4357–63. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-05-2587.17. Chen Z., Shi T., Zhang L. et al. Mammalian drug efflux transporters of the ATP binding cassette (ABC) family in multidrug resistance: a review of the past decade. Cancer Lett 2016;370(1):153–64. DOI: 10.1016/j.canlet.2015.10.010.Chen Z., Shi T., Zhang L. et al. Mammalian drug efflux transporters of the ATP binding cassette (ABC) family in multidrug resistance: a review of the past decade. Cancer Lett 2016;370(1):153–64. DOI: 10.1016/j.canlet.2015.10.010.18. Fung S.W., Cheung P.F.Y., Yip C.W. et al. The ATP-binding cassette transporter ABCF1 is a hepatic oncofetal protein that promotes chemoresistance, EMT and cancer stemness in hepatocellular carcinoma. Cancer Lett 2019;457:98–109. DOI: 10.1016/j.canlet.2019.05.010.Fung S.W., Cheung P.F.Y., Yip C.W. et al. The ATP-binding cassette transporter ABCF1 is a hepatic oncofetal protein that promotes chemoresistance, EMT and cancer stemness in hepatocellular carcinoma. Cancer Lett 2019;457:98–109. DOI: 10.1016/j.canlet.2019.05.010.19. Elsnerova K., MohelnikovaDuchonova B., Cerovska E. et al. Gene expression of membrane transporters: importance for prognosis and progression of ovarian carcinoma. Oncol Rep 2016;35(4):2159–70. DOI: 10.3892/or.2016.4599.Elsnerova K., MohelnikovaDuchonova B., Cerovska E. et al. Gene expression of membrane transporters: importance for prognosis and progression of ovarian carcinoma. Oncol Rep 2016;35(4):2159–70. DOI: 10.3892/or.2016.4599.20. Huang J.F., Wen C.J., Zhao G.Z. et al. Overexpression of ABCB4 contributes to acquired doxorubicin resistance in breast cancer cells in vitro. Cancer Chemother Pharmacol 2018;82(2):199–210. DOI: 10.1007/s00280-018-3603-y.Huang J.F., Wen C.J., Zhao G.Z. et al. Overexpression of ABCB4 contributes to acquired doxorubicin resistance in breast cancer cells in vitro. Cancer Chemother Pharmacol 2018;82(2):199–210. DOI: 10.1007/s00280-018-3603-y.21. Hu H., Wang M., Guan X. et al. Loss of ABCB4 attenuates the caspasedependent apoptosis regulating resistance to 5-Fu in colorectal cancer. Biosci Rep 2018;38(1):BSR20171428. DOI: 10.1042/BSR20171428.Hu H., Wang M., Guan X. et al. Loss of ABCB4 attenuates the caspasedependent apoptosis regulating resistance to 5-Fu in colorectal cancer. Biosci Rep 2018;38(1):BSR20171428. DOI: 10.1042/BSR20171428.22. Hontecillas-Prieto L., GarciaDominguez D.J., Vaca D.P. et al. Multidrug resistance transporter profile reveals MDR3 as a marker for stratification of blastemal Wilms tumour patients. Oncotarget 2017;8(7):11173–86. DOI: 10.18632/oncotarget.14491.Hontecillas-Prieto L., GarciaDominguez D.J., Vaca D.P. et al. Multidrug resistance transporter profile reveals MDR3 as a marker for stratification of blastemal Wilms tumour patients. Oncotarget 2017;8(7):11173–86. DOI: 10.18632/oncotarget.14491.23. Tulsyan S., Mittal R.D., Mittal B. The effect of ABCB1 polymorphisms on the outcome of breast cancer treatment. Pharmacogen Personal Med 2016;9(1):47–58. DOI: 10.2147/PGPM.S86672.Tulsyan S., Mittal R.D., Mittal B. The effect of ABCB1 polymorphisms on the outcome of breast cancer treatment. Pharmacogen Personal Med 2016;9(1):47–58. DOI: 10.2147/PGPM.S86672.24. Kim H.J., Im S.A., Keam B. et al. ABCB1 polymorphism as prognostic factor in breast cancer patients treated with docetaxel and doxorubicin neoadjuvant chemotherapy. Cancer Sci 2015;106(1): 86–93. DOI: 10.1111/cas.12560.Kim H.J., Im S.A., Keam B. et al. ABCB1 polymorphism as prognostic factor in breast cancer patients treated with docetaxel and doxorubicin neoadjuvant chemotherapy. Cancer Sci 2015;106(1): 86–93. DOI: 10.1111/cas.12560.