Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press65010.17650/2313-805X-2024-11-1-79-89EXPERIMENTAL REPORTЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СТАТЬЯImmune-phenotyping and transcriptomic profiling of blood monocytes from patients with breast cancer under neoadjuvant chemotherapyФенотипические и транскриптомные особенности моноцитов периферической крови в динамике неоадъювантной химиотерапии больных раком молочной железыhttps://orcid.org/0000-0003-2865-7576PatyshevaM. R.ПатышеваМ. Р.
Russian Federation

Marina Rinatovna Patysheva

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009; 36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

Марина Ринатовна Патышева

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5; 634050 Томск, проспект Ленина, 36

patysheva_mr@onco.tnimc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0601-2240StakheyevaM. N.СтахееваМ. Н.
Russian Federation

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0003-4671-6306GrigoryevaE. S.ГригорьеваЕ. С.
Russian Federation

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

https://orcid.org/0000-0002-0646-6093IamshchikovP. S.ЯмщиковП. С.
Russian Federation

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009; 36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5; 634050 Томск, проспект Ленина, 36

https://orcid.org/0000-0001-5758-7330LarionovaI. V.ЛарионоваИ. В.
Russian Federation

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009; 36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5; 634050 Томск, проспект Ленина, 36

BudnickyaА. A.БудницкаяА. А.
Russian Federation

36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

634050 Томск, проспект Ленина, 36

https://orcid.org/0000-0003-1630-4466TarabanovskayaN. A.ТарабановскаяН. А.
Russian Federation

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

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

5 Kooperativny Line, Tomsk 634009; 36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5; 634050 Томск, проспект Ленина, 36

https://orcid.org/0000-0003-0898-3075KzhyshkowskaJ. G.КжышковскаЮ. Г.
Russian Federation

36 Lenin Prospekt, Tomsk 634050

634050 Томск, проспект Ленина, 36

Cancer Research Institute of Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of SciencesНаучно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»National Research Tomsk State UniversityФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»1501202411179890504202405042024Copyright ©; 2024, Patysheva M.R., Stakheyeva M.N., Grigoryeva E.S., Iamshchikov P.S., Larionova I.V., Budnickya А.A., Tarabanovskaya N.A., Cherdyntseva N.V., Kzhyshkowska J.G.Copyright ©; 2024, Патышева М.Р., Стахеева М.Н., Григорьева Е.С., Ямщиков П.С., Ларионова И.В., Будницкая А.А., Тарабановская Н.А., Чердынцева Н.В., Кжышковска Ю.Г.2024Patysheva M.R., Stakheyeva M.N., Grigoryeva E.S., Iamshchikov P.S., Larionova I.V., Budnickya А.A., Tarabanovskaya N.A., Cherdyntseva N.V., Kzhyshkowska J.G.Патышева М.Р., Стахеева М.Н., Григорьева Е.С., Ямщиков П.С., Ларионова И.В., Будницкая А.А., Тарабановская Н.А., Чердынцева Н.В., Кжышковска Ю.Г.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/650

Introduction. Chemotherapy is a common treatment for breast cancer. Chemotherapeutic drugs effect blood monocytes, which are major contributors to cancer pathogenesis. However, to date, pro-tumor or anti-tumor programming by chemotherapy of monocytes is controversial.

Aim. To characterize changes in phenotypic and transcriptomic profiles of monocytes of breast cancer patients before and after chemotherapeutic treatment.

Materials and methods. In a cohort of 50 breast cancer patients, monocyte populations were identified based on their expression of CD14, CD16, CD163, and HLA-DR evaluated by flow cytometry before and after neoadjuvant chemotherapy. Bulk RNA sequencing was adopted to explore the transcriptomic profile of CD14+ monocytes before and after treatment. After treatment, we observed an increase in the activity of signaling pathways related to lipid metabolism and intracellular transport of vesicles from the endoplasmic reticulum, against the background of a decreased response to exposure to interferon γ and interferon α, and foreign molecules (exogenous nucleic acids, viruses and bacteria).

Results. In breast cancer patients, neoadjuvant chemotherapy decreased in CD14+16+HLA-DR+ monocytes. Under cytostatic treatment, increased gene expression of MGLL, NR4A2, UCK1, YOD1, ABCA2, PAPSS2, ATP10 (log2FoldChange ≥0.8; false discovery rate (FDR) ≤0.01) and decreased gene expression of KPNA2, ERCC4, JAGN1, RUBCNL, SMYD4, B3GALT4 (log2FoldChange ≥0.8; FDR ≤0.01) were observed in monocytes of patients. Using discriminant analysis, the relative numbers of CD14+16–, CD14+16+, CD14-16+, CD14+16-HLA-DR+, CD14+16+HLA-DR+ and CD14–16+HLA-DR+ monocytes in the blood were found to be valuable in predicting response to neoadjuvant chemotherapy.

Conclusion. Thus, association of blood monocytes with chemotherapeutic treatment in breast cancer was revealed.

Введение. Химиотерапия включена в большинство схем лечения рака молочной железы. Действие химиотерапевтических препаратов оказывает влияние на моноциты крови, которые являются одними из важнейших участников патогенеза онкологических заболеваний. Однако в настоящий момент не установлено, могут ли изменения моноцитов, индуцированные проведением химиотерапии, поддерживать эффект противоопухолевого лечения или, напротив, снижать его.

Цель исследования – охарактеризовать изменения фенотипического и транскриптомного профилей моноцитов больных раком молочной железы до и после химиотерапевтического лечения.

Материалы и методы. В группе, состоящей из 50 больных раком молочной железы, оценена популяционная структура моноцитов на основании экспрессии рецепторов CD14, CD16, CD163 и HLA-DR с помощью проточной цитометрии. У 9 пациенток проанализирован транскриптомный профиль CD14+-моноцитов с применением массового параллельного РНК-секвенирования. Все исследования выполнялись до и после проведения 4 курсов неоадъювантной химиотерапии.

Результаты. В группе больных раком молочной железы неоадъювантная химиотерапия приводила к снижению содержания CD14+16+HLA-DR+-моноцитов. На фоне цитостатического лечения в моноцитах пациентов отмечены повышение экспрессии генов MGLL, NR4A2, UCK1, YOD1, ABCA2, PAPSS2, ATP10 (log2FoldChange ≥0,8; ожидаемая доля ложных отклонений (false discovery rate, FDR) ≤0,01) и снижение экспрессии генов KPNA2, ERCC4, JAGN1, RUBCNL, SMYD4, B3GALT4 (log2FoldChange ≥0,8; FDR ≤0,01). После проведения терапии наблюдалось повышение активности сигнальных путей, связанных с липидным обменом и внутриклеточным транспортом везикул из эндоплазматического ретикулума, на фоне снижения ответа на воздействие интерферонов γ и α, и чужеродных молекул (экзогенных нуклеиновых кислот, вирусов и бактерий). С помощью дискриминантного анализа установлено, что относительное количество CD14+16–-, CD14+16+-, CD14–16+-, CD14+16–HLA-DR+-, CD14+16+HLA-DR+- и CD14–16+HLA-DR+-моноцитов в крови имеет ценность для предсказания ответа на неоадъювантную химиотерапию у больных раком молочной железы.

Заключение. Таким образом, выявлена связь параметров моноцитов крови с проведением химиотерапевтического лечения при раке молочной железы.

monocytesbreast cancerRNA-seqtranscriptomechemotherapyHLA-DRмоноцитырак молочной железыРНК-секвенированиетранскриптомхимиотерапияHLA-DRThe work was carried out with the financial support of the Russian Science Foundation (grant No. 22-25-00435)Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-25-00435)Malignanttumors in Russia in 2022 (morbidity and mortality). Ed. by А.D. Kaprin, V.V. Starinskiy, A.O. Shakhzadova. Moscow: MNIOI im. P.A. Gertsena – filial FGBU “NMITS radiologii” Minzdrava Rossii, 2022. 250 p. (In Russ.).Злокачeственые новообразования в Росии в 2021 году (заболеваемость и смертность). Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, А.О. Шахзадовой. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2022. 252 с.Kim G., Pastoriza J.M., Qin J. et al. Racial disparity in distant recurrence-free survival in patients with localized breast cancer: a pooled analysis of National Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project trials. Cancer 2022;128(14):2728–35. DOI: 10.1002/cncr.34241Qiu S.Q., Waaijer S.J.H., Zwager M.C. et al. Tumor-associated macrophages in breast cancer: innocent bystander or important player? Cancer Treat Rev 2018;70:178–89. DOI: 10.1016/j.ctrv.2018.08.010Linde N., Casanova-Acebes M., Sosa M.S. et al. Macrophages orchestrate breast cancer early dissemination and metastasis. Nature Commun 2018;9(1):21. DOI: 10.1038/s41467-017-02481-5Larionova I., Tuguzbaeva G., Ponomaryova A. et al. Tumorassociated macrophages in human breast, colorectal, lung, ovarian and prostate cancers. Front Oncol 2020;10:566511. DOI: 10.3389/fonc.2020.566511Cassetta L., Fragkogianni S., Sims A.H. et al. Human tumorassociated macrophage and monocyte transcriptional landscapes reveal cancer-specific reprogramming, biomarkers, and therapeutic targets. Cancer Cell 2019;35(4):588–602.e10. DOI: 10.1016/j.ccell.2019.02.009Ziegler-Heitbrock L. Blood monocytes and their subsets: established features and open questions. Front Immunol 2015;6:423. DOI: 10.3389/fimmu.2015.00423Olingy C.E., Dinh H.Q., Hedrick C.C. Monocyte heterogeneity and functions in cancer. J Leukoc Biol 2019;106(2):309–22. DOI: 10.1002/JLB.4RI0818-311RZhang B., Cao M., He Y. et al. Increased circulating M2-like monocytes in patients with breast cancer. Tumour Biol 2017;39(6):1010428317711571. DOI: 10.1177/1010428317711571Patysheva M., Larionova I., Stakheyeva M. et al. Effect of earlystage human breast carcinoma on monocyte programming. Front Oncol 2022;11:800235. DOI: 10.3389/fonc.2021.800235Cassetta L., Pollard J.W. A timeline of tumour-associated macrophage biology. Nat Rev Cancer 2023;23(4):238–57. DOI: 10.1038/s41568-022-00547-1Galluzzi L., Buque A., Kepp O. et al. Immunological effects of conventional chemotherapy and targeted anticancer agents. Cancer Cell 2015;28(6):690–714. DOI: 10.1016/j.ccell.2015.10.012Zitvogel L., Apetoh L., Ghiringhelli F. et al. Immunological aspects of cancer chemotherapy. Nat Rev Immunol 2008;8(1):59–73. DOI: 10.1038/nri2216Hughes R., Qian B.-Z., Rowan C. et al. Perivascular M2 macrophages stimulate tumor relapse after chemotherapy. Cancer Res 2015;75(17):3479–91. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-14-3587Kroemer G., Galassi C., Zitvogel L. et al. Immunogenic cell stress and death. Nat Immunol 2022;23(4):487–500. DOI: 10.1038/s41590-022-01132-2Stakheyeva M., Eidenzon D., Slonimskaya E. et al. Integral characteristic of the immune system state predicts breast cancer outcome. Exp Oncol 2019;41(1):32–8.Dobin A., Davis C.A., Schlesinger F. et al. STAR: ultrafast universal RNA-seq aligner. Bioinformatics 2013;29(1):15–21. DOI: 10.1093/bioinformatics/bts635Hartley S.W., Mullikin J.C. QoRTs: a comprehensive toolset for quality control and data processing of RNA-Seq experiments. BMC Bioinformatics 2015;16(1):224. DOI: 10.1186/s12859-015-0670-5van Helden S.F., Anthony E.C., Dee R. et al. Rho GTPase expression in human myeloid cells. PLoS One 2012;7(8):e42563. DOI: 10.1371/journal.pone.0042563Belge K.U., Dayyani F., Horelt A. et al. The proinflammatory CD14+CD16+DR++ monocytes are a major source of TNF. J Immunol 2002;168(7):3536–42. DOI: 10.4049/jimmunol.168.7.3536Myśliwska J., Smardzewski M., Marek-Trzonkowska N. et al. Expansion of CD14+CD16+ monocytes producing TNF-α in complication-free diabetes type 1 juvenile onset patients. Cytokine 2012;60(1):309–17. DOI: 10.1016/j.cyto.2012.03.010Mengos A.E., Gastineau D.A., Gustafson M.P. The CD14(+)HLADR(lo/neg) monocyte: an immunosuppressive phenotype that restrains responses to cancer immunotherapy. Front Immunol 2019;10:1147. DOI: 10.3389/fimmu.2019.01147Robinson A., Burgess M., Webb S. et al. Systemic influences of mammary cancer on monocytes in mice. Cancers 2022:14(3):833. DOI: 10.3390/cancers14030833Foulds G.A., Vadakekolathu J., Abdel-Fatah T.M.A. et al. Immunephenotyping and transcriptomic profiling of peripheral blood mononuclear cells from patients with breast cancer: identification of a 3 gene signature which predicts relapse of triple negative breast cancer. Front Immunol 2018;9:2028. DOI: 10.3389/fimmu.2018.02028Rahaman O., Ganguly D. Endocannabinoids in immune regulation and immunopathologies. Immunology 2021;164:242–52. DOI: 10.1111/imm.13378Xiang W., Shi R., Kang X. et al. Monoacylglycerol lipase regulates cannabinoid receptor 2-dependent macrophage activation and cancer progression. Nat Commun 2018;9(1):2574. DOI: 10.1038/s41467-018-04999-8Li L., Tian Y. The role of metabolic reprogramming of tumorassociated macrophages in shaping the immunosuppressive tumor microenvironment. Biomed Pharmac 2023;161:114504. DOI: 10.1016/j.biopha.2023.114504Navone N.D., Perga S., Martire S. et al. Monocytes and CD4+ T cells contribution to the under-expression of NR4A2 and TNFAIP3 genes in patients with multiple sclerosis. J Uroimmunol 2014;272(1–2): 99–102. DOI: 10.1016/j.jneuroim.2014.04.017Crean D., Cummins E.P., Bahar B. et al. Adenosine modulates NR4A orphan nuclear receptors to attenuate hyperinflammatory responses in monocytic cells. J Immunol 2015;195(4):1436 48. DOI: 10.4049/jimmunol.1402039Matchett E.C., Ambrose E.C., Kornbluth J. Characterization of uridinecytidine kinase like-1 nucleoside kinase activity and its role in tumor growth. Biochem J 2022;479(11):1149–64. DOI: 10.1042/BCJ20210770Han Z., Jia Q., Zhang J. et al. Deubiquitylase YOD1 regulates CDK1 stability and drives triple-negative breast cancer tumorigenesis. J Exp Clin Cancer Res 2023;42(1):228. DOI: 10.1186/s13046-023-02781-3