Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press73110.17650/2313-805X-2024-11-4-80-92RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИChanges in the expression of genes that regulate apoptosis as a factor in the development of chemoresistance in soft tissue sarcomaИзменения экспрессии генов-регуляторов апоптоза как фактор развития химиорезистентности сарком мягких тканейhttps://orcid.org/0000-0002-5082-9883FetisovT. I.ФетисовТ. И.
Russian Federation

Timur Igorevich Fetisov

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

Тимур Игоревич Фетисов

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

TimkaTryam@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8350-0021KhazanovaS. A.ХазановаС. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0009-0000-8673-597XShtompelP. A.ШтомпельП. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0001-6839-7436TrapeznikovaE. S.ТрапезниковаЕ. С.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-5548-3295TararykovaA. A.ТарарыковаА. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

ZinovyevaV. Yu.ЗиновьеваВ. Ю.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-0081-2688MarshallV. I.МаршаллВ. И.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0009-0000-3317-9543LowengerA. A.ЛовенгерА. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0003-4229-5911KupaevaI. S.КупаеваИ. С.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0003-0777-9152RogozhinD. V.РогожинД. В.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-1396-3434BokhyanA. Yu.БохянА. Ю.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-3167-7204BelitskyG. A.БелицкийГ. А.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-9710-8178YakubovskayaM. G.ЯкубовскаяМ. Г.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

https://orcid.org/0000-0002-8599-6833KirsanovK. I.КирсановК. И.
Russian Federation

24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115522

6 Miklukho-Maklaya St., Moscow 117198

115522 Москва, Каширское шоссе, 24

117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава РоссииPeoples’ Friendship University of RussiaФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»1512202411480921012202410122024Copyright ©; 2024, Fetisov T.I., Khazanova S.A., Shtompel P.A., Trapeznikova E.S., Tararykova A.A., Zinovyeva V.Y., Marshall V.I., Lowenger A.A., Kupaeva I.S., Rogozhin D.V., Bokhyan A.Y., Belitsky G.A., Yakubovskaya M.G., Kirsanov K.I.Copyright ©; 2024, Фетисов Т.И., Хазанова С.А., Штомпель П.А., Трапезникова Е.С., Тарарыкова А.А., Зиновьева В.Ю., Маршалл В.И., Ловенгер А.А., Купаева И.С., Рогожин Д.В., Бохян А.Ю., Белицкий Г.А., Якубовская М.Г., Кирсанов К.И.2024Fetisov T.I., Khazanova S.A., Shtompel P.A., Trapeznikova E.S., Tararykova A.A., Zinovyeva V.Y., Marshall V.I., Lowenger A.A., Kupaeva I.S., Rogozhin D.V., Bokhyan A.Y., Belitsky G.A., Yakubovskaya M.G., Kirsanov K.I.Фетисов Т.И., Хазанова С.А., Штомпель П.А., Трапезникова Е.С., Тарарыкова А.А., Зиновьева В.Ю., Маршалл В.И., Ловенгер А.А., Купаева И.С., Рогожин Д.В., Бохян А.Ю., Белицкий Г.А., Якубовская М.Г., Кирсанов К.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/731

Introduction. The active use of highly toxic chemotherapy in the treatment of soft tissue sarcomas determines the need to search for criteria and markers of chemoresistance of patients to the therapy.Aim. To study the connection between tumor cell resistance to chemotherapy and expression levels of apoptosis-regulating proteins (PUMA, PMAIP-1, PIDD-1, AIFM-2, Bax, GADD45a) in primary cultures of soft tissue sarcomas.Materials and methods. Primary cultures of soft tissue sarcomas were obtained using enzymatic digestion, cell death was evaluated using resazurine assay. Gene expression was measured using real-time polymerase chain reaction, protein levels using immunoblotting assay.Results. 73 primary cultures of soft tissue sarcomas were obtained, for which chemosensitivity to doxorubicin, ifosfamide, docetaxel, gemcitabine, pazopanib and their combinations was determined using a resazurin cytotoxicity test. Associations of AIFM-2 gene expression with resistance to pazopanib, doxorubicin and its combination with ifosfamide were found in liposarcoma, synovial and undifferentiated pleomorphic sarcomas. In addition, associations between the expression of the Bax, PUMA, PMAIP-1, GADD45a and PIDD-1 genes and resistance to the studied drugs in various nosological subgroups of sarcomas were identified. When studying the amount of protein, it was revealed that undifferentiated pleomorphic and synovial sarcomas with a low content of GADD45a are more resistant to the studied drugs. Liposarcomas with high Bax expression are more resistant to docetaxel and gemcitabine, while synovial sarcomas with high Bax expression are more sensitive to doxorubicin and ifosfamide.Conclusion. The data obtained indicate a relationship between the activity of the studied genes-regulators of apoptosis and resistance to drugs used in the treatment of soft tissue sarcomas.

Введение. Активное использование высокотоксичной химиотерапии в лечении сарком мягких тканей определяет необходимость поиска критериев и маркеров хеморезистентности пациентов к проводимой терапии.Цель исследования – изучение взаимосвязи резистентности опухолевых клеток к химиотерапии и уровня экспрессии белков-регуляторов апоптоза (PUMA, PMAIP-1, PIDD-1, AIFM-2, Bax, GADD45a) в первичных культурах сарком мягких тканей.Материалы и методы. Для получения первичных культур сарком мягких тканей использовалось ферментативное выделение, для определения клеточной гибели – резазуриновый тест. Экспрессия генов оценена с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени, количество белка – методом иммуноблоттинга.Результаты. Получены 73 первичные культуры сарком мягких тканей, для которых с помощью резазуринового теста на цитотоксичность определена хемочувствительность к доксорубицину, ифосфамиду, доцетакселу, гемцитабину, пазопанибу и их комбинациям. Обнаружены положительные связи экспрессии гена AIFM-2 с резистентностью к пазопанибу, доксорубицину и его комбинации с ифосфамидом в липосаркомах, синовиальных и недифференцированных плеоморфных саркомах. Кроме того, выявлена ассоциация экспрессии генов Bax, PUMA, PMAIP-1, GADD45a и PIDD-1 с резистентностью к исследуемым препаратам в различных нозологических подгруппах сарком. Результаты исследования количества белка показали, что недифференцированные плеоморфные и синовиальные саркомы с низким содержанием GADD45a наиболее резистентны к исследуемым препаратам. липосаркомы с высокой экспрессией Bax чувствительнее к доцетакселу и гемцитабину, в то время как синовиальные саркомы с высокой экспрессией Bax – к доксорубицину и ифосфамиду, но не к доцетакселу и гемцитабину. Заключение. Полученные данные свидетельствуют о взаимосвязи активности исследуемых генов-регуляторов апоптоза и резистентности к препаратам, применяемым в терапии сарком мягких тканей.

soft tissue sarcomachemotherapyapoptosischemoresistanceprognosis of individual sensitivity and development of drug resistanceсаркома мягких тканейхимиотерапияапоптозхеморезистентностьпрогноз индивидуальной чувствительности и развития лекарственной резистентностиResearch was supported by the Russian Science Foundation grant (grant No. 22-75-00100). The study protocol was approved by the local Ethical committee on animal experimentation of the N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of Russia.Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (грант № 22-75-00100). Протокол исследования одобрен локальным комитетом биоэтики ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России.Malignant neoplasms in Russia in 2018 (morbidity and mortality). Ed. by A.D. Kaprin, V.V. Starinsky, G.V. Petrov. Moscow: MNIOI im. P.A. Gertsena – filial FGBU “NMITS radiologii” Minzdrava Rossii, 2019. (In Russ.).Злокачественные новообразования в России в 2018 году (заболеваемость и смертность). Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, Г.В. Петрова. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2019.Sbaraglia M., Bellan E., Dei Tos A.P. The 2020 WHO classification of soft tissue tumours: news and perspectives. Pathologica 2021;113(2):70–84. DOI: 10.32074/1591-951x-213Judson I., Verweij J., Gelderblom H. et al. Doxorubicin alone versus intensified doxorubicin plus ifosfamide for first-line treatment of advanced or metastatic soft-tissue sarcoma: a randomised controlled phase 3 trial. Lancet Oncol 2014;15(4):415–23. DOI: 10.1016/s1470-2045(14)70063-4Neophytou C.M., Trougakos I.P., Erin N., Papageorgis P. Apoptosis deregulation and the development of cancer multi-drug resistance. Cancers 2021;13(17):4363. DOI: 10.3390/cancers13174363Hanahan D. Hallmarks of cancer: new dimensions. Cancer Discov 2022;12(1):31–46. DOI: 10.1158/2159-8290.Cd-21-1059Kirilin E.M., Fetisov T.I., Moiseeva N.I. et al. Soft tissue sarcoma study: association of genetic alterations in the apoptosis pathways with chemoresistance to doxorubicin. Cancers 2022;14(7):1796. DOI: 10.3390/cancers14071796Comprehensive and integrated genomic characterization of adult soft tissue sarcomas. Cell 2017;171(4):950–65.e928. DOI: 10.1016/j.cell.2017.10.014Peña-Blanco A., García-Sáez A.J. Bax, Bak and beyond – mitochondrial performance in apoptosis. FEBS J 2018;285(3):416–31. DOI: 10.1111/febs.14186Weiler E.S., Szabo T.G., Garcia-Carpio I., Villunger A. PIDD1 in cell cycle control, sterile inflammation and cell death. Biochem Soc Trans 2022;50(2):813–24. DOI: 10.1042/bst20211186Tan J.H., Cao R.C., Zhou L. et al. ATF6 aggravates acinar cell apoptosis and injury by regulating p53/AIFM2 transcription in Severe Acute Pancreatitis. Theranostics 2020;10(18):8298–314. DOI: 10.7150/thno.46934Huang Y., Liu N., Liu J. et al. Mutant p53 drives cancer chemotherapy resistance due to loss of function on activating transcription of PUMA. Cell Cycle 2019;18(24):3442–55. DOI: 10.1080/15384101.2019.1688951Shahbandi A., Rao S.G., Anderson A.Y. et al. BH3 mimetics selectively eliminate chemotherapy-induced senescent cells and improve response in TP53 wild-type breast cancer. Cell Death Differ 2020;27(11):3097–116. DOI: 10.1038/s41418-020-0564-6Ren X., Liu H., Zhang M. et al. Co-expression of ING4 and P53 enhances hypopharyngeal cancer chemosensitivity to cisplatin in vivo. Mol Med Rep 2016;14(3):2431–8. DOI: 10.3892/mmr.2016.5552Fairchild C.K., Floros, K.V., Jacob S. et al. Unmasking BCL-2 addiction in synovial sarcoma by overcoming low NOXA. Cancers 2021;13(1):2310. DOI: 10.3390/cancers13102310Mathews J.C., Pouryahya M., Moosmüller C. et al. Molecular phenotyping using networks, diffusion, and topology: soft tissue sarcoma. Sci Rep 2019;9(1):13982. DOI: 10.1038/s41598-019-50300-2Andreotti P.E., Cree I.A., Kurbacher C.M. et al. Chemosensitivity testing of human tumors using a microplate adenosine triphosphate luminescence assay: clinical correlation for cisplatin resistance of ovarian carcinoma. Cancer Res 1995;55(22):5276–82.Tapias L.F., Gilpin S.E., Ren X. et al. Assessment of proliferation and cytotoxicity in a biomimetic three-dimensional model of lung cancer. Ann Thoracic Surg 2015;100(2):414–21. DOI: 10.1016/j.athoracsur.2015.04.035Tanaka K., Ozaki T. Adjuvant and neoadjuvant chemotherapy for soft tissue sarcomas: JCOG Bone and Soft Tissue Tumor Study Group. Japanese J Clin Oncol 2021;51(2):180–4. DOI: 10.1093/jjco/hyaa231Moiseeva N.I., Laletina L.A., Fetisov T.I. et al. Analysis of multiple drug resistance mechanism in different types of soft tissue sarcomas: assessment of the expression of ABC-transporters, MVP, YB-1, and analysis of their correlation with chemosensitivity of cancer cells. Int J Mol Sci 2022;3(6):3183. DOI: 10.3390/ijms23063183De Graaff M.A., de Rooij M.A., van den Akker B.E. et al. Inhibition of Bcl-2 family members sensitises soft tissue leiomyosarcomas to chemotherapy. Br J Cancer 2016;114(11):1219–26. DOI: 10.1038/bjc.2016.117Win T.T., Yusuf Y., Jaafa H. Apoptotic activities in soft tissue sarcoma: immunohistochemical study and their association with tumour characteristics. Malaysian J Med Sci 2013;20(2):10–6.Muenchow A., Weller S., Hinterleitner C. et al. The BCL-2 selective inhibitor ABT-199 sensitizes soft tissue sarcomas to proteasome inhibition by a concerted mechanism requiring BAX and NOXA. Cell Death Disease 2020;11(8):701. DOI: 10.1038/s41419-020-02910-2De Sousa Abreu R., Penalva L.O., Marcotte E.M., Vogel C. Global signatures of protein and mRNA expression levels. Mol biosyst 2009;5(12):1512–26. DOI: 10.1039/b908315dVogel C., Marcotte E.M. Insights into the regulation of protein abundance from proteomic and transcriptomic analyses. Nat Rev Genet 2012;13(4):227–32. DOI: 10.1038/nrg3185Nakamura K., Asanuma K., Okamoto T. et al. Combination of everolimus and bortezomib inhibits the growth and metastasis of bone and soft tissue sarcomas via JNK/p38/ERK MAPK and AKT pathways. Cancers 2023;15(9): DOI: 10.3390/cancers15092468Mauro A., Ciccarelli C., De Cesaris P.S. et al. PKCalpha-mediated ERK, JNK and p38 activation regulates the myogenic program in human rhabdomyosarcoma cells. J Cell Sci 2002;115(Pt. 18): 3587–99. DOI: 10.1242/jcs.00037Ambroise G., Portier A., Roders N. et al. Subcellular localization of PUMA regulates its pro-apoptotic activity in Burkitt’s lymphoma B cells. Oncotarget 2015;6(35):38181–94. DOI: 10.18632/oncotarget.5901Damerell V., Pepper M.S., Prince S. Molecular mechanisms underpinning sarcomas and implications for current and future therapy. Signal Transduction targ Ther 2021;6(1):246. DOI: 10.1038/s41392-021-00647-8Guttà C., Rahman A., Aura C. et al. Low expression of pro-apoptotic proteins Bax, Bak and Smac indicates prolonged progression-free survival in chemotherapy-treated metastatic melanoma. Cell Death Dis 2020;11(2):124. DOI: 10.1038/s41419-020-2309-3Köhler T., Schill C., Deininger M.W. et al. High Bad and Bax mRNA expression correlate with negative outcome in acute myeloid leukemia (AML). Leukemia 2002;16(1):22–9. DOI: 10.1038/sj.leu.2402340Bairey O., Zimra Y., Shaklai M. et al. Bcl-2, Bcl-X, Bax, and Bak expression in short- and long-lived patients with diffuse large B-cell lymphomas. Clin Cancer Res 1999;5(10):2860–6.Fecker L.F., Geilen C.C., Tchernev G. et al. Loss of proapoptotic Bcl-2-related multidomain proteins in primary melanomas is associated with poor prognosis. J Inv Dermatol 2006;126(6):1366–71. DOI: 10.1038/sj.jid.5700192