Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press33010.17650/2313-805X-2021-8-1-32-40RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИThe effect of hypoxia on the secretome of human glioblastoma multiforme cellsВлияние гипоксии на секретом клеток мультиформной глиобластомы человекаhttps://orcid.org/0000-0001-9626-6847KushnirT. I.КушнирТ. И.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-0154-8604ArnotskayaN. E.АрноцкаяН. Е.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0001-7588-1066KudryavtsevI. A.КудрявцевИ. А.
Belarus

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-4125-7342MitrofanovA. A.МитрофановА. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-4160-9598BekyashevA. K.БекяшевА. Х.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-0401-9900ShevchenkoV. E.ШевченкоВ. Е.
Russian Federation

Valeriy Evgenievich Shevchenko

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478

Валерий Евгеньевич Шевченко 

115478 Москва, Каширское шоссе, 24

vshev2015@yandex.ruN.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина» Минздрава России150120218132400905202109052021Copyright ©; 2021, Kushnir T.I., Arnotskaya N.E., Kudryavtsev I.A., Mitrofanov A.A., Bekyashev A.K., Shevchenko V.E.Copyright ©; 2021, Кушнир Т.И., Арноцкая Н.Е., Кудрявцев И.А., Митрофанов А.А., Бекяшев А.Х., Шевченко В.Е.2021Kushnir T.I., Arnotskaya N.E., Kudryavtsev I.A., Mitrofanov A.A., Bekyashev A.K., Shevchenko V.E.Кушнир Т.И., Арноцкая Н.Е., Кудрявцев И.А., Митрофанов А.А., Бекяшев А.Х., Шевченко В.Е.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/330

Background. Glioblastoma multiforme (GBM) develops in the hypoxic microenvironment, which plays an important role in the pathogenesis of the disease and is closely associated with tumor growth, development and poor prognosis. Hypoxia increases the resistance of tumor cells (TC) to radiation therapy and chemotherapy, promotes the appearance of an aggressive TC phenotype, leading to the disease recurrence. The molecular mechanism of hypoxic action on the secretome of GBM cells, which is involved in the formation of the tumor microenvironment, remains unclear. Also, markers of the aggressive hypoxia-associated phenotype of tumor cells have not been established.

 The purpose of research – to study the molecular mechanisms of the hypoxia-associated effect on the secretome of the U251 GBM cells.

Materials and method. High resolution proteomic mass spectrometry, cell technologies.

Results. A total of 1432 proteins were identified in the secretomes of two types of GBM cells (control and experiment). After the action of hypoxia, statistically significant changes in the expression of 390 proteins were registered. 11 proteins showed increase in expression over two orders of magnitude. The intracellular signaling pathways which are responsible for the hypoxia-associated effects on the U251 GMB cells have been identified.

Conclusions. Hypoxia significantly affected the proteomic composition of the GBM cells secretome. Five overexpressed secretome proteins, S100A6, HEY1, ZIP3, S100A4, ZEB2, have been proposed as potential markers of the hypoxiaassociated phenotype of GBM, for which participation in the pathogenesis of glioblastoma multiforme has been previously showed.

Введение. Мультиформная глиобластома (МГБ) развивается на фоне гипоксической микросреды, играющей важную роль в патогенезе заболевания и тесно связанной с ростом и развитием опухоли и плохим прогнозом. Гипоксия (ГС) повышает резистентность опухолевых клеток (ОК) к лучевой терапии и химиотерапии, способствует появлению агрессивного фенотипа ОК, приводящего к рецидиву заболевания. Молекулярные механизмы действия ГС на секретом клеток МГБ, участвующий в формировании микроокружения опухоли, остается не изученным. В настоящее время также не установлены маркеры агрессивного гипоксического фенотипа опухолевых клеток.

Цель исследования – изучение молекулярных механизмов действия гипоксии на секретом клеток U251 МГБ.

Материалы и методы: протеомная масс-спектрометрия высокого разрешения, клеточные технологии.

Результаты. В секретомах двух типов клеток МГБ (контроля и опыта) в целом идентифицированы 1432 белка. После действия гипоксии зарегистрированы статистически значимые изменения в экспрессии 390 белков. Повышение экспрессии более чем на два порядка наблюдали у 11 протеинов. Идентифицированы внутриклеточные сигнальные пути, ответственные за действие гипоксии на клетки U251 МГБ.

Заключение. Гипоксия оказывала заметное влияние на протеомный состав секретома клеток МГБ. В качестве потенциальных маркеров гипоксического фенотипа МГБ предложены 5 гиперэкспрессированных белков секретома: S100A6, HEY1, ZIP3, S100A4, ZEB2, для которых ранее доказано участие в патогенезе мультиформной глиобластомы.

glioblastoma multiformehypoxiaproteomesecretomeprognostic markersmass spectrometryмультиформная глиобластомагипоксияпротеомсекретомпрогностические маркерымасс-спектрометрияФинансируется в рамках госбюджетной темы № 2021-76Evans S.M., Judy K.D., Dunphy I. et al. Hypoxia is important in the biology and aggression of human glial brain tumors. Clin Cancer Res 2004;10:8177–84. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-04-1081.Cooper L.A.D., Gutman D.A., Chisolm C. et al. The tumor microenvironment strongly impacts master transcriptional regulators and gene expression class of glioblastoma. Am J Pathol 2012;180:2108–19. DOI: 10.1016/j.ajpath.2012.01.040.Masson N., Ratcliffe P.J. Hypoxia signaling pathways in cancer metabolism: the importance of co-selecting interconnected physiological pathways. Cancer Metab 2014;2(1):3. DOI: 10.1186/2049-3002-2-3.Schito L., Semenza G.L. Hypoxiainducible factors: master regulators of cancer progression. Trends Cancer 2016;2:758–70. DOI: 10.1016/j.trecan.2016.10.016.Finger E.C., Giaccia A.J. Hypoxia, inflammation, and the tumor microenvironment in metastatic disease. Cancer Metastasis Rev 2010;29:285–93. DOI: 10.1007/s10555-010-9224-5.Shevchenko V., Arnotskaya N., Kushnir T. et al. Transforming growth factor-β mimics the key proteome properties of CD133-differentiated and CD133+ cancer stem cells in glioblastoma. Int Rev Neurobiol 2020;151: 220–42. DOI: 10.1016/bs.irn.2020.03.007.Tesarova P., Kalousova M., Zima T., Tesar V. HMGB1, S100 proteins and other RAGE ligands in cancer – markers, mediators and putative therapeutic targets. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub 2016;160:1–10. DOI: 10.5507/bp.2016.003.Fei F., Qu J., Zhang M., Li Y., Zhang S. S100A4 in cancer progression and metastasis: A systematic review. Oncotarget 2017;8:73219–39. DOI: 10.18632/oncotarget.18016.Dao Trong P., Rösch S., Mairbäurl H. et al. Identification of a prognostic hypoxia-associated gene set in IDH-mutant glioma. Int J Mol Sci 2018;19:2903. DOI: 10.3390/ijms19102903.Yu N.M., Ahn J.Y., Choi E.J. et al. Detection of differentially expressed genes in glioblastoma by suppression subtractive hybridization. J Korean Neurosurg Soc 2005;37:443–8.Lesniak W., Slomnicki L.P., Filipek A. S100A6 – new facts and features. Biochem Biophys Res Commun 2009;4:1087–92. DOI: 10.1016/j.bbrc.2009.10.150.Hulleman E., Quarto M., Vernell R. et al. A role for the transcription factor HEY1 in glioblastoma. J Cell Mol Med 2009;1:136–46. DOI: 10.1111/j.1582-4934.2008.00307.x.Liu Z., Sanders A.J., Liang G. et al. Hey factors at the crossroad of tumorigenesis and clinical therapeutic modulation of hey for anticancer treatment. Mol Cancer Ther 2017;16:775–87. DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-16-0576.Chen P., Liu H., Hou A. et al. Prognostic significance of zinc finger E-Box-binding homeobox family in glioblastoma. Med Sci Monit 2018;24:1145–51. DOI: 10.12659/MSM.905902.Lin Y., Chen Y., Wang Y. et al. ZIP4 is a novel molecular marker for glioma. Neuro-Oncology 2013;15:1008–16. DOI: 10.1093/neuonc/not042.