Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press48110.17650/2313-805X-2022-9-4-96-111RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИSigns of apoptosis in circulating tumor cell subpopulations with phenotypes associated with stemness and epithelial-mesenchymal transition in breast carcinomaПроявления апоптоза в субпопуляциях циркулирующих опухолевых клеток с фенотипами, ассоциированными со стволовостью и эпителиально-мезенхимальным переходом, при карциноме молочной железыhttps://orcid.org/0000-0002-7633-9620PerelmuterV. M.ПерельмутерВ. М.
Russian Federation

Vladimir Mikhailovich Perelmuter

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

Владимир Михайлович Перельмутер

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

pvm@ngs.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4737-8951GrigorievaE. S.ГригорьеваЕ. С.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0001-9429-9813ZavyalovaM. V.ЗавьяловаМ. В.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

2 Moskovsky Tract, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

634050 Томск, Московский тракт, 2

https://orcid.org/0000-0003-2061-8417TashirevaL. A.ТаширеваЛ. А.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0002-3025-4445AlifanovV. V.АлифановВ. В.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

2 Moskovsky Tract, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

634050 Томск, Московский тракт, 2

https://orcid.org/0000-0002-0301-8455SavelevaO. E.СавельеваО. Е.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0002-1195-4008VtorushinS. V.ВторушинС. В.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

2 Moskovsky Tract, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

634050 Томск, Московский тракт, 2

https://orcid.org/0000-0002-3651-0665ChoynzonovE. L.ЧойнзоновЕ. Л.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

2 Moskovsky Tract, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

634050 Томск, Московский тракт, 2

https://orcid.org/0000-0003-1526-9013CherdyntsevаN. V.ЧердынцеваН. В.
Russian Federation

5 Cooperative Lane, Tomsk 634009

2 Moskovsky Tract, Tomsk 634050

36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

634009 Томск, переулок Кооперативный, 5

634050 Томск, Московский тракт, 2

634050, Томск, проспект Ленина, 36

Cancer Research Institute of the Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of SciencesНаучно-исследовательский институт онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наукSiberian State Medical University, Ministry of Health of RussiaФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииNational Research Tomsk State UniversityНациональный исследовательский Томский государственный университет15122022941712202217122022Copyright ©; 2022, Perelmuter V.M., Grigorieva E.S., Zavyalova M.V., Tashireva L.A., Alifanov V.V., Saveleva O.E., Vtorushin S.V., Choynzonov E.L., Cherdyntsevа N.V.Copyright ©; 2022, Перельмутер В.М., Григорьева Е.С., Завьялова М.В., Таширева Л.А., Алифанов В.В., Савельева О.Е., Вторушин С.В., Чойнзонов Е.Л., Чердынцева Н.В.2022Perelmuter V.M., Grigorieva E.S., Zavyalova M.V., Tashireva L.A., Alifanov V.V., Saveleva O.E., Vtorushin S.V., Choynzonov E.L., Cherdyntsevа N.V.Перельмутер В.М., Григорьева Е.С., Завьялова М.В., Таширева Л.А., Алифанов В.В., Савельева О.Е., Вторушин С.В., Чойнзонов Е.Л., Чердынцева Н.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/481

Introduction. Ability of circulating tumor cells (CTC) initiate metastases in distant sites is associated primarily with their resistance to apoptosis which allows them to retain viability in the blood. Knowledge of phenotypical signs associated with this ability would allow to predict the risk of metastases and optimize adjuvant therapy.Aim. To examine signs of apoptosis in CTC populations with various phenotypical characteristics.Materials and methods. The study included 58 patients with invasive breast carcinoma of unspecified type, stages T1–4N0–3M0. Cell concentrates extracted from patients’ whole blood were stained with an antibody cocktail against CK7 / 8, CD45, EpCAM, CD44, CD24, CD133, ALDH, N-cadherin which allowed to identify CTC with signs of stemness and epithelial-mesenchymal transition. Annexin V and 7‑amino-actinomycin D staining was used for evaluation of apoptosis stage in CTC populations.Results. Circulating tumor cells are characterized by heterogeneity in respect to signs of stemness and epithelial-mesenchymal transition and presence of early and late signs of apoptosis and necrosis. CTC phenotypes including co-expression of epithelial marker CK7 / 8 and stemness marker CD133 (but not CD44) are characterized by absence of signs of apoptosis. Co-expression of CK7 / 8 and CD133 in CTC with stemness markers CD44+ / C D24– is associated with development of early but not late signs of apoptosis and necrosis. Circulating tumor cells without co-expression of CK7 / 8 and CD133 could have both early and late signs of apoptosis and necrosis. Circulating tumor cells phenotypes with signs of early apoptosis expressing CD133 remain in blood after non-adjuvant chemotherapy opposed to CTC without CD133 expression.Conclusion. There are CTC phenotypical signs associated with stemness and epithelial-mesenchymal transition and linked to apoptosis resistance or sensitivity.

Введение. Способность циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) инициировать метастазирование в отдаленных сайтах, прежде всего, связана с их резистентностью к апоптозу, что позволяет сохранить жизнеспособность в кровотоке. Знание фенотипических признаков, связанных с этой способностью, позволило бы прогнозировать риск развития метастазов и оптимизировать адъювантную терапию.Цель исследования – изучение проявлений апоптоза в популяциях ЦОК с различными фенотипическими характеристиками.Материалы и методы. В исследование включены 58 пациенток с инвазивной карциномой молочной железы неспецифического типа стадии T1–4N0–3M0. Клеточные концентраты, полученные из цельной крови пациентов, окрашены коктейлем антител к C K7 / 8, CD45, EpCAM, CD44, CD24, CD133, ALDH, N-кадгерину, что позволяет идентифицировать ЦОК с признаками стволовости и эпителиально-мезенхимального перехода. Окрашивание аннексином V и 7-аминоактиномицином D использовали для оценки разных стадий апоптоза каждой из популяций ЦОК.Результаты. Циркулирующие опухолевые клетки характеризуются выраженной гетерогенностью по проявлениям признаков стволовости и эпителиально-мезенхимального перехода и ассоциации с наличием ранних и поздних признаков апоптоза и некроза. Для ЦОК с фенотипами, включающими коэкспрессию эпителиального маркера CK7 / 8 и маркера стволовости CD133 (но не C D44), более характерно отсутствие признаков апоптоза. Коэкспрессия CK7 / 8 и C D133 ЦОК с маркерами стволовости CD44+ / C D24– ассоциирована с развитием ранних, но не поздних признаков апоптоза и некроза. Циркулирующие опухолевые клетки с отсутствием коэкспрессии CK7 / 8 и C D133 могли иметь и ранние, и поздние признаки апоптоза и некроза. Фенотипы ЦОК с признаками раннего апоптоза, экспрессирующие CD133, в отличие от ЦОК без экспрессии CD133, сохраняются в крови после неоадъювантной химиотерапии.Заключение. Существуют фенотипические признаки ЦОК, имеющие отношение к стволовости и эпителиально-мезенхимальному переходу, сопряженные с устойчивостью к апоптозу или чувствительностью к нему.

breast cancercirculating tumor cellsapoptosisthe effect of chemotherapyрак молочной железыциркулирующие опухолевые клеткиапоптозвлияние химиотерапииThe work was carried out with the financial support of the Russian Science Foundation (grant No. 19-75-30016). The equipment of the Center for Collective Use “Medical Genomics” of the Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences was used in the work.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-75-30016). В работе использовано оборудование Центра коллективного пользования «Медицинская геномика» Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук.Vismara M., Reduzzi C., Daidone M.G. et al. Circulating tumor cells (CTCs) heterogeneity in metastatic breast cancer: different approaches for different needs. Adv Exp Med Biol 2020;1220: 81–91. DOI: 10.1007/978-3-030-35805-1_6Savelieva O.E., Tashireva L.A., Buldakov M.A. et al. CXCR4 expression in different subsets of CTCs and single (detached) breast cancer cells. Sibirskij onkologicheskij zhurnal = Siberian Journal of Oncology 2018;17(4):75–80. (In Russ.). DOI: 10.21294/1814-4861-2018-17-4-75-80Савельева О.Е., Таширева Л.А., Булдаков М.А. и др. Экспрессия CXCR4 в различных популяциях циркулирующих и оди- ночных опухолевых клеток рака молочной железы. Сибирский онкологический журнал 2018;17(4):75–80. DOI: 10.21294/1814-4861-2018-17-4-75-80Krog B.L., Henry M.D. Biomechanics of the circulating tumor cell microenvironment. Adv Exp Med Biol 2018;1092:209–33. DOI: 10.1007/978-3-319-95294-9_11Meng S., Tripathy D., Frenkel E.P. et al. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin Cancer Res 2004;10(24):8152–62. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-04-1110Aceto N., Bardia A., Miyamoto D.T. et al. Circulating tumor cell clusters are oligoclonal precursors of breast cancer metastasis. Cell 2014;158(5):1110–22. DOI: 10.1016/j.cell.2014.07.013Weinberg R.A. Leaving home early: reexamination of the canonical models of tumor progression. Cancer Cell 2008;14(4):283–4. DOI: 10.1016/j.ccr.2008.09.009Buchheit C.L., Weigel K.J., Schafer Z.T. Cancer cell survival during detachment from the ECM: multiple barriers to tumour progression. Nat Rev Cancer 2014;14(9):632–41. DOI: 10.1038/nrc3789Yu T., Wang C., Xie M. et al. Heterogeneity of CTC contributes to the organotropism of breast cancer. Biomed Pharmacother 2021;137:111314. DOI: 10.1016/j.biopha.2021.111314Barzegar Behrooz A., Syahir A., Ahmad S. CD133: beyond a cancer stem cell biomarker. J Drug Target 2019;27(3):257–69. DOI: 10.1080/1061186X.2018.1479756Guo F., Yang Z., Sehouli J. et al. Blockade of ALDH in cisplatinresistant ovarian cancer stem cells in vitro synergistically enhances chemotherapy-induced cell death. Curr Oncol 2022;29(4):2808–22. DOI: 10.3390/curroncol29040229Chen C., Zhao S., Karnad A. et al. The biology and role of CD44 in cancer progression: therapeutic implications. J Hematol Oncol 2018;11(1):64. DOI: 10.1186/s13045-018-0605-5Cao Z.-Q., Wang Z., Leng P. Aberrant N-кадгерин expression in cancer. Biomed Pharmacother 2019;118:109320. DOI: 10.1016/j.biopha.2019.109320Jordan N.V., Bardia A., Wittner B.S. et al. HER2 expression identifies dynamic functional states within circulating breast cancer cells. Nature 2016;537(7618):102–6. DOI: 10.1038/nature19328Kallergi G., Konstantinidis G., Markomanolaki H. et al. Apoptotic circulating tumor cells in early and metastatic breast cancer patients. Mol Cancer Ther 2013;12(9):1886–95. DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-12-1167Spiliotaki M., Mavroudis D., Kapranou K. et al. Evaluation of proliferation and apoptosis markers in circulating tumor cells of women with early breast cancer who are candidates for tumor dormancy. Breast Cancer Res;16(6):485. DOI: 10.1186/s13058-014-0485-8Jansson S., Bendahl P.O., Larsson A.M. et al. Prognostic impact of circulating tumor cell apoptosis and clusters in serial blood samples from patients with metastatic breast cancer in a prospective observational cohort. BMC Cancer 2016;16:433. DOI: 10.1186/s12885-016-2406-yPandya V., Githaka J.M., Patel N. et al. BIK drives an aggressive breast cancer phenotype through sublethal apoptosis and predicts poor prognosis of ER-positive breast cancer. Cell Death Dis 2020;11(6):448. DOI: 10.1038/s41419-020-2654-2Xu Y., So C., Lam H.M. et al. Flow cytometric detection of newlyformed breast cancer stem cell-like cells after apoptosis reversal. J Vis Exp 2019;143. DOI: 10.3791/58642Zimmermann M., Meyer N. Annexin V/7-AAD staining in keratinocytes. Methods Mol Biol 2011;740:57–63. DOI: 10.1007/978-1-61779-108-6_8Madjd Z., Mehrjerdi A.Z., Sharifi A.M. et al. CD44+ cancer cells express higher levels of the anti-apoptotic protein Bcl-2 in breast tumours. Cancer Immun 2009;9:4.Mori Y., Takeuchi A., Miyagawa K. et al. CD133 prevents colon cancer cell death induced by serum deprivation through activation of Akt-mediated protein synthesis and inhibition of apoptosis. FEBS Open Bio 2021;11(5):1382–94. DOI: 10.1002/2211-5463.13145Nguyen P.T., Nguyen D., Chea C. et al. Interaction between N-cadherin and decoy receptor-2 regulates apoptosis in head and neck cancer. Oncotarget 2018;9(59):31516–30. DOI: 10.18632/oncotarget.25846Xu Y., So C., Lam H.M. et al. Apoptosis reversal promotes cancer stem cell-like cell formation. Neoplasia 2018;20(3):295–303. DOI: 10.1016/j.neo.2018.01.005