Advances in Molecular OncologyAdvances in Molecular OncologyУспехи молекулярной онкологии2313-805X2413-3787Publishing House ABV Press84210.17650/2313-805X-2025-12-4-91-99RESEARCH ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleP-glycoprotein activation as a mechanism of drug resistance to carfilzomib in multiple myeloma cellsАктивация Р-гликопротеина как механизм лекарственной устойчивости к карфилзомибу клеток множественной миеломыhttps://orcid.org/0000-0003-0236-2796CherkasovaA. I.ЧеркасоваА. И.
Russian Federation
n.i.moiseeva@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8839-5881LaletinaL. A.ЛалетинаЛ. А.
Russian Federation
n.i.moiseeva@gmail.comKalabinaK. V.КалабинаК. В.
Russian Federation
n.i.moiseeva@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-5651-1454ScherbakovaE. A.ЩербаковаЕ. А.
Russian Federation
n.i.moiseeva@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6697-7154MoiseevaN. I.МоисееваН. И.
Russian Federation
n.i.moiseeva@gmail.comN.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России1412202512491991312202513122025Copyright ©; 2025, Cherkasova A.I., Laletina L.A., Kalabina K.V., Scherbakova E.A., Moiseeva N.I.Copyright ©; 2025, Черкасова А.И., Лалетина Л.А., Калабина К.В., Щербакова Е.А., Моисеева Н.И.2025Cherkasova A.I., Laletina L.A., Kalabina K.V., Scherbakova E.A., Moiseeva N.I.Черкасова А.И., Лалетина Л.А., Калабина К.В., Щербакова Е.А., Моисеева Н.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://umo.abvpress.ru/jour/article/view/842

Introduction. Carfilzomib (CFZ) is a second-generation proteasome inhibitor and serves as a constant component of multiple myeloma recurrence therapy. However, the mechanisms of development of resistance to CFZ have not been sufficiently studied.

Aim. To investigate the mechanisms of development of CFZ resistance in multiple myeloma cells.

Materials and methods. The study was performed in 2 multiple myeloma cell lines: АМО-1 and its CFZ-resistant subline АМО-1/CFZ. Cytotoxicity of the compounds was evaluated using the MTT assay, gene expression levels using real-time polymerase chain reaction. To evaluate protein expression, flow cytometry and western blot were used. Protein location was determined using immunocytochemistry, interaction with P-glycoprotein (P-gp) was evaluated using rhodamine accumulation assay.

Results. We have obtained a cell subline АМО-1/CFZ which was 46-fold more resistant to CFZ than initial cell line АМО-1. Genes of proteasome subunits did not change significantly compared to АМО-1. We have determined that CFZ is a substrate for P-gp and promotes its expression at the levels of messenger RNA and protein. Concurrent treatment of АМО-1/CFZ cells with nontoxic concentrations of P-gp inhibitor elacridar and CFZ led to complete restoration of sensitivity to this proteasome inhibitor. Activity of YB-1 protein, one of the possible transcription factors of P-gp, did not change in the resistant subline АМО-1/CFZ.

Conclusion. Therefore, P-gp hyperexpression mediates CFZ resistance in АМО-1/CFZ cells. However, molecular mechanisms leading to P-gp hyperexpression remain unknown.

Введение. Карфилзомиб (CFZ) – ингибитор протеасом II поколения – является постоянным компонентом терапии рецидивов множественной миеломы, однако механизмы возникновения резистентности к нему мало изучены.

Цель исследования – изучение механизмов формирования лекарственной устойчивости к CFZ в клетках множественной миеломы.

Материалы и методы. Исследование проводили на двух клеточных линиях множественной миеломы: АМО-1 и ее резистентной к CFZ сублинии АМО-1/CFZ. Цитотоксичность соединений определяли с помощью МТТ-теста, уровень экспрессии генов – с использованием полимеразной цепной реакции в реальном времени. Для оценки экспрессии белков применяли проточную цитометрию и вестерн-блоттинг. Локализацию белков определяли с помощью иммуноцитохимического метода, взаимодействие соединений с Р-гликопротеином (P-gp) оценивали в ходе опытов по выбросу родамина.

Результаты. Мы получили сублинию клеток АМО-1/CFZ, которая была в 46 раз устойчивее исходных клеток АМО-1 к CFZ. Гены субъединиц протеасом в АМО-1/CFZ изменялись мало по сравнению с АМО-1. Мы определили, что CFZ является субстратом P-gp и способствует повышению его экспрессии на уровне как матричной РНК, так и белка. Совместное воздействие на клетки АМО-1/CFZ нетоксичных концентраций ингибитора P-gp элакридара и CFZ привело к полному восстановлению чувствительности клеток к этому ингибитору протеасом. Активность белка YB-1 – одного из возможных транскрипционных факторов P-gp – не менялась в устойчивой сублинии АМО-1/CFZ.

Заключение. Таким образом, за устойчивость к CFZ в клетках АМО-1/CFZ отвечает гиперэкспрессия Р-gp. Однако остается открытым вопрос о молекулярных механизмах, приводящих к гиперэкспрессии Р-gp.

multiple myelomacarfilzomibP-glycoproteinproteasome inhibitorsproteasome β-subunit genesYB-1 proteinelacridarмножественная миеломакарфилзомибР-гликопротеинингибиторы протеасомгены β-субъединиц протеасомбелок YB-1элакридарRussian Science FoundationРоссийский научный фонд24-25-00491Zhou X., Xu R., Wu Y. et al. The role of proteasomes in tumorigenesis. Genes Dis 2023;11(4):101070. DOI: 10.1016/j.gendis.2023.06.037Okazuka K., Ishida T. Proteasome inhibitors for multiple myeloma. Jpn J Clin Oncol 2018;48(9):785–93. DOI: 10.1093/jjco/hyy108Issa M.E., Takhsha F.S., Chirumamilla C.S. et al. Epigenetic strategies to reverse drug resistance in heterogeneous multiple myeloma. Clin Epigenetics 2017;9(1):17. DOI: 10.1186/s13148-017-0319-5Manasanch E.E., Orlowski R.Z. Proteasome inhibitors in cancer therapy. Nat Rev Clin Oncol 2017;14(7):417–33. DOI: 10.1038/nrclinonc.2016.206Kim K.B. Proteasomal adaptations to FDA-approved proteasome inhibitors: a potential mechanism for drug resistance? Cancer Drug Resist 2021;4(3):634–45. DOI: 10.20517/cdr.2021.27Tripathi S.C., Vedpathak D., Ostrin E.J. The functional and mechanistic roles of immunoproteasome subunits in cancer. Cells 2021;10(12):3587. DOI: 10.3390/cells10123587Kuzmich E.V., Pavlova I.E., Bessmeltsev S.S. Sensitization to HLA antigens in patients with multiple myeloma. MEDLINE.RU 2024;25:319–32. (In Russ.).Woodle E.S., Tremblay S., Brailey P. et al. Proteasomal adaptations underlying carfilzomib-resistance in human bone marrow plasma cells. Am J Transplant 2020;20(2):399–410. DOI: 10.1111/ajt.15634Rajeev Krishnan S., De Rubis G., Suen H. et al. A liquid biopsy to detect multidrug resistance and disease burden in multiple myeloma. Blood Cancer J 2020;10(3):37. DOI: 10.1038/s41408-020-0304-7Kubiczkova L., Pour L., Sedlarikova L. et al. Proteasome inhibitors – molecular basis and current perspectives in multiple myeloma. J Cell Mol Med 2014;18(6):947–61. DOI: 10.1111/jcmm.12279Besse A., Stolze S., Rasche L. et al. Carfilzomib resistance due to ABCB1/MDR1 overexpression is overcome by nelfinavir and lopinavir in multiple myeloma. Leukemia 2018;32(2):391–401. DOI: 10.1038/leu.2017.212.Byrgazov K., Kraus M., Besse A. et al. Up-regulation of multidrug resistance protein MDR1/ABCB1 in carfilzomib-resistant multiple myeloma differentially affects efficacy of anti-myeloma drugs. Leuk Res 2021;101:106499. DOI: 10.1016/j.leukres.2020.106499Bargou R.C., Jürchott K., Wagener C. et al. Nuclear localization and increased levels of transcription factor YB-1 in primary human breast cancers are associated with intrinsic MDR1 gene expression. Nat Med 1997;3(4):447–50. DOI: 10.1038/nm0497-447Bommert K.S., Effenberger M., Leich E. et al. The feed-forward loop between YB-1 and MYC is essential for multiple myeloma cell survival. Leukemia 2013;27(2):441–50. DOI: 10.1038/leu.2012.185Rybalkina E.Y., Moiseeva N.I., Karamysheva A.F. Triterpenoids with modified A-ring as modulators of P-gp-dependent drug-resistance in cancer cells. Chem Biol Interact 2021;348:109645. DOI: 10.1016/j.cbi.2021.109645Laletina L.A., Moiseeva N.I., Klimova D.A., Stavrovskaya A.A. The role of АВС transporters in drug resistance to bortezomib in multiple myeloma. Uspekhi molekulyarnoy onkologii = Advances in Molecular Oncology 2019;6(1):49–56. (In Russ.). DOI: 10.17650/2313-805X-2019-6-1-49-56Moiseeva 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;23(6):3183. DOI: 10.3390/ijms23063183Lee M.J., Miller Z., Park J.E. et al. H727 cells are inherently resistant to the proteasome inhibitor carfilzomib, yet require proteasome activity for cell survival and growth. Sci Rep 2019;9(1):4089. DOI: 10.1038/s41598-019-40635-1Mynott R.L., Wallington-Beddoe C.T. Inhibition of P-glycoprotein does not increase the efficacy of proteasome inhibitors in multiple myeloma cells. ACS Pharmacol Transl Sci 2021;4(2):713–29. DOI: 10.1021/acsptsci.0c00200Takahashi K., Inukai T., Imamura T. et al. Anti-leukemic activity of bortezomib and carfilzomib on B-cell precursor ALL cell lines. PLoS One 2017;12(12):e0188680. DOI: 10.1371/journal.pone.0188680Kalitin N.N., Chernykh Y.B., Buravtsova I.V. Comparative analysis of quantitative parameters of expression of the retinoic acid nuclear receptor RARα gene and APE1/YB-1/MDR1 pattern genes in patients with newly detected multiple myeloma. Bull Exp Biol Med 2017;164(1):90–4. DOI: 10.1007/s10517-017-3931-7