Оценка эффективности эрадикации стволовых инициирующих раковых клеток на примере первичных культур глиобластомы человека

.

Из фрагмента ткани опухоли, взятого во время хирургической операции у больных К. (жен., 61 г., диагноз: рецидив глиобластомы) и Ж. (жен., 60 лет, диагноз: рецидив глиобластомы), были получены первичные культуры клеток глиобластомы  человека. На  основе новой стратегии синхронизации стволовых инициирующих раковых клеток и при использовании разработанного режима их эрадикации «3+1» была оценена эффективность нового терапевтического подхода, направленного на разрушение ракового клеточного сообщества, на первичных клеточных линиях глиобластомы человека. Ключевыми элемен тами стратегии служили следующие индикаторные результаты: 1)  оценка присутствия в  анализируемых культурах стволовых инициирующих раковых клеток по их способности поглощать  двуцепочечную ДНК, меченную красителем (TAMRA+ клетки); 2) определение реперных временных точек цикла  репарации  межцепочечных сшивок дНК, индуцированных кросс- линкирующим цитостатиком митомицином С; 3) оценка синхронизации клеток в фазах клеточного цикла; 4) определение дня после начала терапии, на который TAMRA+ клетки синхронно присутствуют в G1/S-фазе клеточного цикла, чувствительной для обработок; 5) определение режима эрадикации TAMRA+ клеток (стволовых инициирующих раковых клеток). Обработка культур проводилась кросслинкирующим цитостатиком митомицином С и сложнокомпозиционным препаратом дНК. Показано, что после проведенных обработок клетки перестают делиться и культуры деградируют. Клеточная линия К. к 30-м суткам наблюдения полностью деградировала. Количество клеток культуры Ж. к 15-м суткам наблюдения упало от исходного практически в три раза. Этот показатель по отношению к контролю на 15-й день измерения составил 1/7.45 для митомицина С и 1/10.28 для митомицина С и ДНК. Основное действие комбинация препаратов митомицин С и ДНК оказывает на TAMRA+ стволовые инициирующие раковые клетки клеточных популя ций глиобластом. Использование митомицина С как в изо лированном виде, так и в комбинации с ДНК демонстрирует эффективное элиминирующее действие как на TAMRA+ стволовые инициирующие клетки, так и на первичные культуры глиобластом человека в целом.

глиобластома, первичная культура, митомицин С, стволовые инициирующие раковые клетки, TAMRA-флуорохром

1. Никифорова З.Н., Кудрявцев И.А., Арноцкая Н.Е., Брюховецкий И.С., Шевченко В.Е. Опухолевые стволовые клетки мультиформной глиобластомы. Усп. молекуляр. онкологии. 2016;3:26-33. https://doi.org/10.17650/2313-805X-2016-3-2-26-33.

2. 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. Разработка регламента терапевтического режима, основанного на синергичном действии ци-клофосфана и препаратов двуцепочечной ДНК, приводящего к полному вылечиванию экспериментальных животных от асцитной формы опухоли мыши Кребс-2. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(5):723-735.

3. Alyamkina E.A., Nikolin V.P., Popova N.A., Minkevich A.M., Ko-zel 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. https://doi.org/10.1186/s12935-015-0180-6.

4. Bao S., Wu Q., McLendon R.E., Hao Y., Shi Q., Hjelmeland A.B., De-whirst M.W., Bigner D.D., Rich J.N. Glioma stem cells promote radioresistance by preferential activation of the DNA damage response. Nature. 2006;444(7120):756-760. https://doi.org/10.1038/nature05236.

5. Beier D., Hau P., Proescholdt M., Lohmeier A., Wischhusen J., Oef-ner P.J., Aigner L., Brawanski A., Bogdahn U., Beier C.P. CD133(+) and CD133(-) glioblastoma-derived cancer stem cells show differential growth characteristics and molecular profiles. Cancer Res. 2007;67(9):4010-4015. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-06-4180.

6. Brescia P., Richichi C., Pelicci G. Current strategies for identification of glioma stem cells: adequate or unsatisfactory? J. Oncol. 2012;2012: 376894. https://doi.org/10.1155/2012/376894.

7. Carruthers R., Ahmed S.U., Strathdee K., Gomez-Roman N., Amoah-Buahin E., Watts C., Chalmers A.J. Abrogation of radioresistance in glioblastoma stem-like cells by inhibition of ATM kinase. Mol. Oncol. 2015;9(1):192-203. https://doi.org/10.1016/j.molonc.2014.08.003.

8. Chen R., Nishimura M.C., Bumbaca S.M., Kharbanda S., Forrest W.F., Kasman I.M., Greve J.M., Soriano R.H., Gilmour L.L., Rivers C.S., Modrusan Z., Nacu S., Guerrero S., Edgar K.A., Wallin J.J., Lam-szus K., Westphal M., Heim S., James C.D., VandenBerg S.R., Costello J.F., Moorefield S., Cowdrey C.J., Prados M., Phillips H.S. A hierarchy of self-renewing tumor-initiating cell types in glioblastoma. Cancer Cell. 2010;17(4):362-375. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2009.12.049.

9. Dahlrot R.H., Hansen S., Jensen S.S., Schrader H.D., Hjelmborg J., Kristensen B.W. Clinical value of CD133 and nestin in patients with glioma: a population-based study. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2014; 7(7):3739-3751.

10. 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., Mishi-nov 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. https://doi.org/10.4161/cbt.29854.

11. Dolgova E.V., Mishinov S.V., Proskurina A.S., Potter E.A., Efremov Y.R., Bayborodin S.I., Tyrinova T.V., Stupak V.V., Ostatin A.A., Chernykh E.R., Bogachev S.S. Novel cancer stem marker and its applicability for grading primary human gliomas. Technol. Cancer Res. Treat. 2018;17:1533034617753812. https://doi.org/10.1177/1533034617753812.

12. Gilbert C.A., Ross A.H. Glioma stem cells: cell culture, markers and targets for new combination therapies. Cancer Stem Cells Theories Practice. 2011. https://doi.org/10.5772/13626.

13. Kase M., Minajeva A., Niinepuu K., Kase S., Vardja M., Asser T., Jaal J. Impact of CD133 positive stem cell proportion on survival in patients with glioblastoma multiforme. Radiol. Oncol. 2013;47(4):405-410. https://doi.org/10.2478/raon-2013-0055.

14. McNeill K.A. Epidemiology of brain tumors. Neurol. Clin. 2016; 34(4):981-998. https://doi.org/10.1016/j.ncl.2016.06.014.

15. Niedernhofer L.J., Odijk H., Budzowska M., Drunen E., Maas A., Theil A.F., Wit J., Jaspers N.G.J., Beverloo H.B., Hoeijmakers J.H.J., Kanaar R. The structure-specific endonuclease Ercc1-Xpf is required to resolve DNA interstrand cross-link-induced double-strand breaks. Mol. Cell Biol. 2004;24(13):5776-5787.

16. O’Brien C.A., Kreso A., Jamieson C.H.M. Cancer stem cells and selfrenewal. Clin. Cancer Res. 2010;16(12):3113-3120. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-09-2824.

17. Omuro A., DeAngelis L.M. Glioblastoma and other malignant gliomas: a clinical review. JAMA. 2013;310(17):1842-1850. https://doi.org/10.1001/jama.2013.280319.

18. Potter E.A., Dolgova E.V., Proskurina A.S., Efremov Y.R., Minkevich A.M., Rozanov A.S., Peltek S.E., Nikolin V.P., Popova N.A., Seledtsov I.A., Molodtsov V.V., Zavyalov E.L., Taranov O.S., Baiborodin S.I., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Kolchanov N.A., Bogachev S.S. Gene expression profiling of tumor-initiating stem cells from mouse Krebs-2 carcinoma using a novel marker of poorly differentiated cells. Oncotarget. 2017;8(6):9425-9441. https://doi.org/10.18632/oncotarget.14116.

19. Potter E.A., Dolgova E.V., Proskurina A.S., Minkevich A.M., Efremov Y.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. https://doi.org/10.18632/oncotarget.7311.

20. Qiang L., Yang Y., Ma Y., Chen F., Zhang L., Liu W., Qi Q., Lu N., Tao L., Wang X., You Q., Guo Q. Isolation and characterization of cancer stem like cells in human glioblastoma cell lines. Cancer Lett. 2009;279:13-21. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2009.01.016.

21. Schreck K.C., Taylor P., Marchionni L., Gopalakrishnan V, Bar E.E., Gaiano N., Eberhart C.G. The notch target Hes1 directly modulates Gli1 expression and Hedgehog signaling: a potential mechanism of therapeutic resistance. Clin. Cancer Res. 2010;16(24):6060-6070. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-10-1624.

22. Takezaki T., Hide T., Takanaga H., Nakamura H., Kuratsu J., Kon-do T. Essential role of the Hedgehog signaling pathway in human glioma-initiating cells. Cancer Sci. 2011;102(7):1306-1312. https://doi.org/10.1111/j.1349-7006.2011.01943.x.

23. Wang Y., Xu C., Du L.Q., Cao J., Liu J.X., Su X., Zhao H., Fan F., Wang B., Katsube T., Fan S.J., Liu Q. Evaluation of the comet assay for assessing the dose-response relationship of DNA damage induced by ionizing radiation. Int. J. Mol. Sci. 2013;14(11):22449-22461. https://doi.org/10.3390/ijms141122449.

24. Zhang M., Song T., Yang L., Chen R., Wu L., Yang Z., Fang J. Nes-tin and CD133: valuable stem cell-specific markers for determining clinical outcome of glioma patients. J. Exp. Clin. Cancer Res. 2008; 27:85. https://doi.org/10.1186/1756-9966-27-85.