vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ16.162vavilov-821Research ArticleКлеточная биология. ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕCell biology. ORIGINAL ARTICLEРазработка регламента терапевтического режима, основанного на синергичном действии циклофосфана и препаратов двуцепочечной ДНК, приводящего к полному вылечиванию экспериментальных животных от асцитной формы опухоли мыши Кребс-2Development of the therapeutic regimen based on the synergistic activity of cyclophosphamide and double-stranded DNA preparation which results in complete cure of mice engrafted with Krebs-2 ascitesПоттерЕ. А.PotterE. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ДолговаЕ. В.DolgovaE. V.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ПроскуринаА. С.ProskurinaA. S.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ЕфремовЯ. Р.EfremovYa. R.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ТарановО. С.TaranovO. S.

р. п. Кольцово, Новосибирская область, Россия

Koltsovo, Novosibirsk region, Russia

НиколинВ. П.NikolinV. P.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ПоповаН. А.PopovaN. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ДубатоловаТ. Д.DubatolovaT. D.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ПетроваД. Д.PetrovaD. D.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ВерещагинЕ. И.VereschaginE. I.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

МинкевичА. М.MinkevichA. M.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

АндрушкевичО. М.AndrushkevichO. M.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

БайбородинС. И.BaiborodinS. I.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

РогачевВ. А.RogachevV. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ОстанинА. А.OstaninA. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ЧерныхЕ. Р.ChernykhE. R.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

КолчановН. А.KolchanovN. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

БогачевС. С.BogachevS. S.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

labmolbiol@mail.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RASRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS Novosibirsk State UniversityRussian FederationФедеральное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»РоссияThe State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”Russian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук»РоссияInstitute of Molecular and Cellular BiologyRussian FederationСпециализированный учебно-научный центр Новосибирского государственного университетаРоссияThe Specialized Educational Scientific Center at Novosibirsk State UniversityRussian FederationГосударственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФРоссияNovosibirsk State Medical AcademyRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии»РоссияInstitute of Clinical Immunology, SB RAMSRussian Federation201631122016205723735Copyright © Поттер Е.А., Долгова Е.В., Проскурина А.С., Ефремов Я.Р., Таранов О.С., Николин В.П., Попова Н.А., Дубатолова Т.Д., Петрова Д.Д., Верещагин Е.И., Минкевич А.М., Андрушкевич О.М., Байбородин С.И., Рогачев В.А., Останин А.А., Черных Е.Р., Колчанов Н.А., Богачев С.С., 20162016Поттер Е.А., Долгова Е.В., Проскурина А.С., Ефремов Я.Р., Таранов О.С., Николин В.П., Попова Н.А., Дубатолова Т.Д., Петрова Д.Д., Верещагин Е.И., Минкевич А.М., Андрушкевич О.М., Байбородин С.И., Рогачев В.А., Останин А.А., Черных Е.Р., Колчанов Н.А., Богачев С.С.Potter E.A., Dolgova E.V., Proskurina A.S., Efremov Y.R., Taranov O.S., Nikolin V.P., Popova N.A., Dubatolova T.D., Petrova D.D., Vereschagin E.I., Minkevich A.M., Andrushkevich O.M., Baiborodin S.I., Rogachev V.A., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Kolchanov N.A., Bogachev S.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/821

Совокупность всех данных, полученных в работах настоящего цикла исследований, определила основную логику создания нового сложнокомпозиционного препарата на основе двуцепочечной ДНК, применение которого в рамках нового терапевтического режима привело к полному вылечиванию мышей от асцита Кребс-2. Рассматривается предполагаемый механизм разрушения туморогенного начала опухоли Кребс-2, который заключается в элиминации из опухоли TAMRA+ стволовых инициирующих раковых клеток (СИРК). Проведен анализ изменения количества СИРК Кребс-2 в нативном асците и асците после обработки цитостатиком циклофосфаном (ЦФ). В нативном асците количество СИРК осциллирует на определенном уровне. После обработки циклофосфаном их количество относительно оставшихся после масштабного апоптоза коммитированных раковых клеток увеличивается по сравнению с исходным, что предполагает пониженную чувствительность СИРК к действию циклофосфана. Тем не менее произошедшая в результате проведенных обработок синхронизация СИРК в чувствительной фазе клеточного цикла делает их доступными для действия терапевтических агентов. Охарактеризован режим синергичного воздействия циклофосфана и препарата ДНК на развивающуюся асцитную опухоль Кребс-2, приводящего к полному вылечиванию 50 % экспериментальных животных. Этот режим включает трехкратные инъекции цитостатика циклофосфана в конечные точки каждого из трех последовательных репаративных циклов, дополненные инъекциями препарата двуцепочечной ДНК через 18 ч после каждой инъекции циклофосфана, и финальную обработку цитостатиком и препаратом ДНК в момент синхронизации клеток асцита в чувствительной фазе клеточного цикла после первичных обработок. Первые три инъекции «ЦФ + ДНК» необходимы для ареста всех асцитных клеток Кребс-2 в поздней S-G2-M-фазе и их синхронного выхода в G1-S-фазе следующего клеточного цикла. Момент такого синхронного выхода определен как принципиальная временная  точка финальной обработки препаратами, приводящей к эрадикации туморогенного начала рака Кребс-2. Дополнительно оцениваются некоторые биохимические, клеточные и патоморфологические параметры состояния экспериментальных животных в различных фазах лечения.

Cumulative evidence obtained in this series of studies has guided the logic behind the development of a novel composite dsDNA-based preparation whose therapeutic application according to the specific regimen completely cures the mice engrafted with otherwise lethal Krebs-2 ascites. The likely mechanism involves elimination of TAMRA+ tumor-inducing stem cells (TISCs) from Krebs-2 tumors. We performed quantitative analysis of TISC dynamics in Krebs-2  ascites following treatment with the cytostatic drug cyclophosphamide (CP) and untreated control cells. In intact ascites, TISC percentage oscillates around a certain value. Following CP treatment and massive apoptosis of committed cancer cell subpopulation, we observed relative increase in TISC percentage, which is consistent with reduced susceptibility of TISCs to CP. Nonetheless, this treatment apparently synchronizes TISCs in a cell cycle phase when they become sensitive to further drug treatments. We describe the regimen of synergistic DNA + CP activity against Krebs-2 ascites. This protocol results in a complete cure of 50 % of Krebs-2 engrafted mice and involves three metronomic injections of CP exactly at the timepoints when repair cycles are about to finish combined with dsDNA injections 18 hours following each CP injection. The “final shot” uses CP + DNA treatment, which targets the surviving yet highly synchronized and therefore treatmentsensitive cells. The first three CP/DNA injections appear to arrest Krebs-2 cells in late S-G2-M phase and result in their simultaneous progression into G1-S phase. The timing of the “final shot” is crucial for the successful treatment, which eradicates tumorigenic cell subpopulation from Krebs-2 ascites. Additionally, we quantified the changes in several biochemical, cellular and morphopathological parameters in mice throughout different treatment stages.

двуцепочечная ДНКциклофосфанасцит Кребс-2стволовые инициирующие раковые клеткирепарацияремиссияNERгомологичная рекомбинациясистемная воспалительная реакцияполиорганная недостаточностьdouble-stranded DNAcyclophosphamideKrebs-2 ascitestumor-initiating stem cellsrepairremissionNERhomologous recombinationsystemic inflammatory reactionmultiple organ failureReferencesAlyamkina E.A., Nikolin V.P., Popova N.A., Minkevich A.M., Kozel A.V., Dolgova E.V., Efremov Y.R., Bayborodin S.I., Andrushkevich O.M., Taranov O.S., Omigov V.V., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Vereschagin E.I., Kiseleva E.V., Zhukova M.V., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Bogachev S.S., Shurdov M.A. Combination of cyclophosphamide and double-stranded DNA demonstrates synergistic toxicity against established xenografts. Cancer Cell Int. 2015;15(32). DOI 10.1186/s12935-015-0180-6.Alyamkina E.A., Nikolin V.P., Popova N.A., Minkevich A.M., Kozel A.V., Dolgova E.V., Efremov Y.R., Bayborodin S.I., Andrushkevich O.M., Taranov O.S., Omigov V.V., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Vereschagin E.I., Kiseleva E.V., Zhukova M.V., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Bogachev S.S., Shurdov M.A. Combination of cyclophosphamide and double-stranded DNA demonstrates synergistic toxicity against established xenografts. Cancer Cell Int. 2015;15(32). DOI 10.1186/s12935-015-0180-6.Deleyrolle L.P., Ericksson G., Morrison B.J., Lopez J.A., Burrage K., Burrage P., Vescovi A., Rietze R.L., Reynolds B.A. Determination of somatic and cancer stem cell self-renewing symmetric division rate using sphere assays. PLoS One. 2011;6(1):e15844. DOI 10.1371/journal.pone.0015844.Deleyrolle L.P., Ericksson G., Morrison B.J., Lopez J.A., Burrage K., Burrage P., Vescovi A., Rietze R.L., Reynolds B.A. Determination of somatic and cancer stem cell self-renewing symmetric division rate using sphere assays. PLoS One. 2011;6(1):e15844. DOI 10.1371/journal.pone.0015844.Dolgova E.V., Alyamkina E.A., Efremov Y.R., Nikolin V.P., Popova N.A., Tyrinova T.V., Kozel A.V., Minkevich A.M., Andrushkevich O.M., Zavyalov E.L., Romaschenko A.V., Bayborodin S.I., Taranov O.S., Omigov V.V., Shevela E.Y., Stupak V.V., Mishinov S.V., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Mayorov V.I., Shurdov M.A., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Bogachev S.S. Identification of cancer stem cells and a strategy for their elimination. Cancer Biol. Ther. 2014;15(10):1378- 1394. DOI 10.4161/cbt.29854.Dolgova E.V., Alyamkina E.A., Efremov Y.R., Nikolin V.P., Popova N.A., Tyrinova T.V., Kozel A.V., Minkevich A.M., Andrushkevich O.M., Zavyalov E.L., Romaschenko A.V., Bayborodin S.I., Taranov O.S., Omigov V.V., Shevela E.Y., Stupak V.V., Mishinov S.V., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Mayorov V.I., Shurdov M.A., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Bogachev S.S. Identification of cancer stem cells and a strategy for their elimination. Cancer Biol. Ther. 2014;15(10):1378- 1394. DOI 10.4161/cbt.29854.Dolgova E.V., Likhacheva A.S., Orischenko K.E., Alyamkina E.A., Bogachev S.S., Shurdov M.A. Repair of interstrand crosslinks in a DNA molecule. Informatsionnyy vestnik VOGiS = The Herald of Vavilov Society for Geneticists and Breeders. 2010;14(2):332-356. (in Russian)Dolgova E.V., Likhacheva A.S., Orischenko K.E., Alyamkina E.A., Bogachev S.S., Shurdov M.A. Repair of interstrand crosslinks in a DNA molecule. Informatsionnyy vestnik VOGiS = The Herald of Vavilov Society for Geneticists and Breeders. 2010;14(2):332-356. (in Russian)Dolgova E.V., Potter E.A., Proskurina A.S., Minkevich A.M., Chernych E.R., Ostanin A.A., Efremov Y.R., Nikolin V.P., Popova N.A., Kolchanov N.A., Bogachev S.S. Properties of internalization factors contributing to the uptake of extracellular DNA into tumor-initiating stem cells of mouse Krebs-2 cell line. Stem Cell Res. Ther. 2016;7(1):76. DOI 10.1186/s13287-016-0338-8.Dolgova E.V., Potter E.A., Proskurina A.S., Minkevich A.M., Chernych E.R., Ostanin A.A., Efremov Y.R., Nikolin V.P., Popova N.A., Kolchanov N.A., Bogachev S.S. Properties of internalization factors contributing to the uptake of extracellular DNA into tumor-initiating stem cells of mouse Krebs-2 cell line. Stem Cell Res. Ther. 2016;7(1):76. DOI 10.1186/s13287-016-0338-8.Gómez-López S., Lerner R.G., Petritsch C. Asymmetric cell division of stem and progenitor cells during homeostasis and cancer. Cell. Mol. Life Sci. 2014;71:575-597. DOI 10.1007/s00018-013-1386-1.Gómez-López S., Lerner R.G., Petritsch C. Asymmetric cell division of stem and progenitor cells during homeostasis and cancer. Cell. Mol. Life Sci. 2014;71:575-597. DOI 10.1007/s00018-013-1386-1.Lathia J.D., Hitomi M., Gallagher J., Gadani S.P., Adkins J., Vasanji A., Liu L., Eyler C.E., Heddleston J.M., Wu Q., Minhas S., Soeda A., Hoeppner D.J., Ravin R., McKay R.D., McLendon R.E., Corbeil D., Chenn A., Hjelmeland A.B., Park D.M., Rich J.N. Distribution of CD133 reveals glioma stem cells self-renew through symmetric and asymmetric cell divisions. Cell Death Disease. 2011;2(9). DOI 10.1038/cddis.2011.80.Lathia J.D., Hitomi M., Gallagher J., Gadani S.P., Adkins J., Vasanji A., Liu L., Eyler C.E., Heddleston J.M., Wu Q., Minhas S., Soeda A., Hoeppner D.J., Ravin R., McKay R.D., McLendon R.E., Corbeil D., Chenn A., Hjelmeland A.B., Park D.M., Rich J.N. Distribution of CD133 reveals glioma stem cells self-renew through symmetric and asymmetric cell divisions. Cell Death Disease. 2011;2(9). DOI 10.1038/cddis.2011.80.Peshkova I.V., Bogachev S.S., Drobyazgin E.A., Chikinev Y.V., Mitrofanov I.M., Piontkovskaya K.A., Vereschagin E.I. Effect of glutamine on the nucleic acids exchange during the perioperative period in reconstructive esophagus surgery. J. Nutr. Health Food. 2015;2(4). DOI 10.15406/jnhfe.2015.02.00058.Peshkova I.V., Bogachev S.S., Drobyazgin E.A., Chikinev Y.V., Mitrofanov I.M., Piontkovskaya K.A., Vereschagin E.I. Effect of glutamine on the nucleic acids exchange during the perioperative period in reconstructive esophagus surgery. J. Nutr. Health Food. 2015;2(4). DOI 10.15406/jnhfe.2015.02.00058.Pine S.R., Liu W. Asymmetric cell division and template DNA cosegregation in cancer stem cells. Front Oncol. 2014;4(226). DOI 10.3389/fonc.2014.00226.Pine S.R., Liu W. Asymmetric cell division and template DNA cosegregation in cancer stem cells. Front Oncol. 2014;4(226). DOI 10.3389/fonc.2014.00226.Potter Е.А., Dolgova Е.V., Minkevich А.М., Efremov Y.R., Taranov О.S., Omigov V.V., Nikolin V.P., Popova N.A., Proskurina А.S., Vereschagin Е.I., Kozel А.V., Rogachev V.А., Petrov D.B., Ostanin А.А., Chernykh Е.R., Kolchanov N.А., Bogachev S.S. Therapeutic effects of cyclophosphamide, dsDNA preparations and their combinations against Krebs-2 ascites cancer cells and various cancer transplants. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016a;20(1):96-107. DOI 10.18699/VJ15.116. (in Russian)Potter Е.А., Dolgova Е.V., Minkevich А.М., Efremov Y.R., Taranov О.S., Omigov V.V., Nikolin V.P., Popova N.A., Proskurina А.S., Vereschagin Е.I., Kozel А.V., Rogachev V.А., Petrov D.B., Ostanin А.А., Chernykh Е.R., Kolchanov N.А., Bogachev S.S. Therapeutic effects of cyclophosphamide, dsDNA preparations and their combinations against Krebs-2 ascites cancer cells and various cancer transplants. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016a;20(1):96-107. DOI 10.18699/VJ15.116. (in Russian)Potter Е.А., Dolgova Е.V., Minkevich А.М., Nikolin V.P., Popova N.A., Efremov Y.R., Baiborodin S.I., Rogachev V.А., Proskurina А.S., Kozel А.V., Taranov О.S., Omigov V.V., Vereschagin Е.I., Petrov D.B., Ostanin А.А., Chernykh Е.R., Kolchanov N.А., Bogachev S.S. Analysis of different therapeutic schemes combining cyclophosphamide and double-stranded DNA preparations for eradication of Krebs-2 primary ascites in mice. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016b;20(1):108-124. DOI 10.18699/VJ15.117. (in Russian)Potter Е.А., Dolgova Е.V., Minkevich А.М., Nikolin V.P., Popova N.A., Efremov Y.R., Baiborodin S.I., Rogachev V.А., Proskurina А.S., Kozel А.V., Taranov О.S., Omigov V.V., Vereschagin Е.I., Petrov D.B., Ostanin А.А., Chernykh Е.R., Kolchanov N.А., Bogachev S.S. Analysis of different therapeutic schemes combining cyclophosphamide and double-stranded DNA preparations for eradication of Krebs-2 primary ascites in mice. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016b;20(1):108-124. DOI 10.18699/VJ15.117. (in Russian)Potter E.A., Dolgova E.V., Minkevich A.M., Nikolin V.P., Popova N.A., Efremov Ya.R., Baiborodin S.I., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Kozel A.V., Taranov O.S., Omigov V.V., Vereschagin E.I., Ostanin А.А., Chernykh Е.R., Kolchanov N.А., Bogachev S.S. Eradication of Krebs-2 primary ascites via a single-injection regimen of double-stranded DNA after each cyclophosphamide injection. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016с;20(5):716-722. DOI 10.18699/VJ16.161. (in Russian)Potter E.A., Dolgova E.V., Minkevich A.M., Nikolin V.P., Popova N.A., Efremov Ya.R., Baiborodin S.I., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Kozel A.V., Taranov O.S., Omigov V.V., Vereschagin E.I., Ostanin А.А., Chernykh Е.R., Kolchanov N.А., Bogachev S.S. Eradication of Krebs-2 primary ascites via a single-injection regimen of double-stranded DNA after each cyclophosphamide injection. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016с;20(5):716-722. DOI 10.18699/VJ16.161. (in Russian)Potter E.A., Dolgova E.V., Proskurina A.S., Minkevich A.M., Efremov Ya.R., Taranov O.S., Omigov V.V., Nikolin V.P., Popova N.A., Bayborodin S.I., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Kolchanov N.A., Shurdov M.A., Bogachev S.S. A strategy to eradicate well-developed Krebs- 2 ascites in mice. Oncotarget. 2016;7(10):11580-11594. DOI 10.18632/oncotarget.7311.Potter E.A., Dolgova E.V., Proskurina A.S., Minkevich A.M., Efremov Ya.R., Taranov O.S., Omigov V.V., Nikolin V.P., Popova N.A., Bayborodin S.I., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Kolchanov N.A., Shurdov M.A., Bogachev S.S. A strategy to eradicate well-developed Krebs- 2 ascites in mice. Oncotarget. 2016;7(10):11580-11594. DOI 10.18632/oncotarget.7311.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.