РАДИАЦИЯ И РИСК
Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра
c 1992 года
О журнале : 2019 : Том 28, №2 : Количественные изменения популяции стволовых клеток рака шейки матки линии HeLa под влиянием фракционированного гамма-облучения in vitro

Количественные изменения популяции стволовых клеток рака шейки матки линии HeLa под влиянием фракционированного гамма-облучения in vitro

DOI: 10.21870/0131-3878-2019-28-2-112-123

Матчук О.Н., Замулаева И.А.

«Радиация и риск». 2019. Том 28. № 2, с.102-111

Сведения об авторах

Матчук О.Н. – ст. научн. сотр., к.б.н. Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королёва, 4. Тел.: +7 (484) 399-71-88; e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. . Замулаева И.А. – зав. отд., д.б.н., проф. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск

Аннотация

Радиорезистентность опухолевых стволовых клеток (ОСК) рассматривается в качестве одной из возможных причин рецидивирования онкологических заболеваний после лучевой терапии. Однако, закономерности и механизмы фракционированного радиационного воздействия на эту популяцию клеток изучены недостаточно, особенно мало данных представлено для ОСК рака шейки матки (РШМ). Поэтому целью данной работы является выяснение количественных изменений ОСК после γ-облучения культуры РШМ линии HeLa в режиме стандартного фракционирования дозы (по 2 Гр ежедневно в течение 5 дней). ОСК идентифицировали с помощью проточной цитометрии по способности исключать флуоресцентный краситель Хёхст 33342 и формировать так называемую боковую популяцию (side population – SP) через 24 ч после каждой фракции дозы до достижения суммарной дозы 10 Гр. Относительное и абсолютное количество ОСК увеличивалось после облучения в суммарных дозах до 6 Гр, но при дальнейшем повышении дозы уменьшалось или сохранялось на достигнутом уровне соответственно. В то же время, как и следовало ожидать, с повышением дозы радиационного воздействия происходило торможение роста общего числа клеток по сравнению с контролем. Полученные результаты сопоставлены с ранее опубликованными данными о влиянии на ОСК однократного острого облучения в диапазоне доз до 10 Гр. Обсуждены возможные причины наблюдаемых эффектов, основными среди которых являются более высокая радиорезистентность ОСК по сравнению с остальной массой опухолевых клеток, выход жизнеспособных ОСК из состояния пролиферативного покоя в процессе пострадиационной репопуляции опухолевых клеток, а также дедифференцировка сохранившихся после облучения не стволовых клеток и их переход в ОСК.

Ключевые слова
Опухолевые стволовые клетки, SP, рак шейки матки, HeLa, радиорезистентность, дедифференцировка, редкоионизирующее излучение, фракционированное облучение, однократное облучение, проточная цитометрия.

Список цитируемой литературы

1. Dubrovska A. Report on the International Workshop «Cancer stem cells: The mechanisms of radioresistance and biomarker discovery» //Int. J. Radiat. Biol. 2014. V. 90, N 8. P. 607-614.

2. Rycaj K., Tang D.G. Cancer stem cells and radioresistance //Int. J. Radiat. Biol. 2014. V. 90, N 8. P. 615-621.

3. Матчук О.Н., Замулаева И.А., Селиванова Е.И., Липунов Н.М., Пронюшкина К.А., Ульяненко С.Е., Лычагин А.А., Смирнова С.Г., Орлова Н.В., Саенко А.С. Чувствительность клеток SP линии меланомы В16 к действию редко- и плотноионизирующего излучений //Радиационная биология. Радиоэкология. 2012. № 3. P. 261-267.

4. Матчук О.Н., Замулаева И.А., Ковалёв О.А., Саенко А.С. Механизмы радиорезистентности клеток SP культуры мышиной меланомы В16 //Цитология. 2013. Т. 55, № 8. С. 553-559.

5. Матчук О.Н., Саенко А.С. Влияние редкоионизирующего излучения и химиопрепаратов на опухолевые стволовые клетки (SP) меланомы B16 и аденокарциномы молочной железы MCF-7 //Радиация и риск. 2013. Т. 22, № 2. С. 67-76.

6. Проскуряков С.Я., Матчук О.Н., Замулаева И.А. Современное состояние и перспективы разработки новых подходов к лечению меланомы //Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина. 2011. Т. 22, № 2. С. 31-40.

7. Chang L., Graham P., Hao J., Ni J., Deng J., Bucci J., Malouf D., Gillatt D., Li Y. Cancer stem cells and signaling pathways in radioresistance //Oncotarget. 2016. V. 7, N 10. P. 11002-11017.

8. Qi X.S., Pajonk F., McCloskey S., Low D.A., Kupelian P., Steinberg M., Sheng K. Radioresistance of the breast tumor is highly correlated to its level of cancer stem cell and its clinical implication for breast irradiation //Radiother Oncol. 2017. V. 124, N 3. P. 455-461.

9. Yang F., Xu J., Tang L., Guan X. Breast cancer stem cell: the roles and therapeutic implications //Cell Mol. Life Sci. 2017. V. 74, N 6. P. 951-966.

10. Krause M., Dubrovska A., Linge A., Baumann M. Cancer stem cells: radioresistance, prediction of radiotherapy outcome and specific targets for combined treatments //Adv. Drug Deliv. Rev. 2017. V. 109. P. 63-73.

11. Liu H., Wang Y.J., Bian L., Fang Z.H., Zhang Q.Y., Cheng J.X. CD44+/CD24+ cervical cancer cells resist radiotherapy and exhibit properties of cancer stem cells //Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2016. V. 20, N 9. P. 1745-1754.

12. Злокачественные новообразования в России в 2015 году (заболеваемость и смертность) /Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, Г.В. Петровой. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, 2017. 250 с.

13. Крикунова Л.И., Сыченкова Н.И., Шентерева Н.И., Мкртчян Л.С. Лучевая терапия в онкогинеколо-гии //Терапевтическая радиология: Руководство для врачей /Под ред. акад. РАМН, проф. А.Ф. Цыба, чл.-корр. РАМН, проф. Ю.С. Мардынского. М.: Медицинская книга, 2010. С. 347-383.

14. Замулаева И.А., Матчук О.Н., Селиванова Е.И., Андреев В.Г., Липунов Н.М., Макаренко С.А., Жаворонков Л.П., Саенко А.С. Увеличение количества опухолевых стволовых клеток под воздействием редкоионизирующего излучения //Радиационная биология. Радиоэкология. 2014. Т. 54, № 3. С. 256-264.

15. Hirschmann-Jax C., Foster A.E., Wulf G.G., Nuchtern J.G., Jax T.W., Gobel U., Goodell M.A., Brenner M.K. A distinct "side population" of cells with high drug efflux capacity in human tumor cells //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101, N 39. P. 14228-14233.

16. Qi W., Zhao C., Zhao L., Liu N., Li X., Yu W., Wei L. Sorting and identification of side population cells in the human cervical cancer cell line HeLa //Cancer Cell Int. 2014. V. 14, N 1. Article 3.

17. Wang K., Zeng J., Luo L., Yang J., Chen J., Li B., Shen K. Identification of a cancer stem cell-like side population in the HeLa human cervical carcinoma cell line //Oncol. Lett. 2013. V. 6, N 6. P. 1673-1680.

18. López J., Poitevin A., Mendoza-Martínez V., P rez-Plasencia C., García-Carrancá A. Cancer-initiating cells derived from established cervical cell lines exhibit stem-cell markers and increased radioresistance //BMC Cancer. 2012. V. 12, N 48. P. 1-14.

19. Chhabra R. Cervical cancer stem cells: opportunities and challenges //J. Cancer Res. Clin. Oncol. 2015. V. 141, N 11. P. 1889-1897.

20. Phillips T.M., McBride W.H., Pajonk F. The response of CD24(-/low)/CD44+ breast cancer-initiating cells to radiation //J. Natl. Cancer Inst. 2006. V. 98, N 24. P. 1777-1785.

21. Lagadec C., Vlashi E., Della Donna L., Meng Y., Dekmezian C., Kim K., Pajonk F. Survival and self-renewing capacity of breast cancer initiating cells during fractionated radiation treatment //Breast Cancer Res. 2010. V. 12, N 1. Article R13.

22. Gao X., McDonald J.T., Hlatky L., Enderling H. Acute and fractionated irradiation differentially modulate glioma stem cell division kinetics //Cancer Res. 2013. V. 73, N 5. P. 1481-1490.

23. Kim M.J., Kim R.K., Yoon C.H., An S., Hwang S.G., Suh Y., Park M.J., Chung H.Y., Kim I.G., Lee S.J. Importance of PKCδ signaling in fractionated-radiation-induced expansion of glioma-initiating cells and resistance to cancer treatment //J Cell Sci. 2011. V. 124, N 18. P. 3084-3094.

24. Kim R.K., Suh Y., Cui Y.H., Hwang E., Lim E.J., Yoo K.C., Lee G.H., Yi J.M., Kang S.G., Lee S.J. Fractionated radiation-induced nitric oxide promotes expansion of glioma stem-like cells //Cancer Sci. 2013. V. 104, N 9. P. 1172-1177.

25. Cojoc M., Peitzsch C., Kurth I., Trautmann F., Kunz-Schughart L.A., Telegeev G.D., Stakhovsky E.A., Walker J.R., Simin K., Lyle S., Fuessel S., Erdmann K., Wirth M.P., Krause M., Baumann M., Dubrovska A. Aldehyde dehydrogenase is regulated by β-catenin/TCF and promotes radioresistance in prostate cancer progenitor cells //Cancer Res. 2015. V. 75, N 7. P. 1482-1494.

26. Cho K.J., Park E.J., Kim M.S., Joo Y.H. Characterization of FaDu-R, a radioresistant head and neck can-cer cell line, and cancer stem cells //Auris. Nasus. Larynx. 2018. V. 45, N 3. P. 566-573.

27. Skvortsov S., Skvortsova I.I., Tang D.G., Dubrovska A. Prostate cancer stem cells: current understanding //Stem Cells. 2018. V. 36, N 10, P. 1457-1474.

28. Chaffer C.L., Brueckmann I., Scheel C., Kaestli A.J., Wiggins P.A., Rodrigues L.O., Brooks M., Reinhardt F., Su Y., Polyak K., Arendt L.M., Kuperwasser C., Bierie B., Weinberg R.A. Normal and neoplastic nonstem cells can spontaneously convert to a stem-like state //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108, N 19. P. 7950-7955.

29. Iliopoulos D., Hirsch H.A., Wang G., Struhl K. Inducible formation of breast cancer stem cells and their dynamic equilibrium with non-stem cancer cells via IL6 secretion //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108, N 4. P. 1397-1402.

30. Cabrera M.C., Hollingsworth R.E., Hurt E.M. Cancer stem cell plasticity and tumor hierarchy //World J. Stem Cells. 2015. V. 7, N 1. P. 27-36.

31. Li F., Zhou K., Gao L., Zhang B., Li W., Yan W., Song X., Yu H., Wang S., Yu N., Jiang Q. Radiation induces the generation of cancer stem cells: a novel mechanism for cancer radioresistance //Oncol. Lett. 2016. V. 12, N 5. P. 3059-3065.

32. Gao X., Sishc B.J., Nelson C.B., Hahnfeldt P., Bailey S.M., Hlatky L. Radiation-induced reprogramming of presenescent mammary epithelial cells enriches putative CD44(+)/CD24(-/low) stem cell phenotype //Front Oncol. 2016. N 6. Article 138.

33. Lee S.Y., Jeong E.K., Ju M.K., Jeon H.M., Kim M.Y., Kim C.H., Park H.G., Han S.I., Kang H.S. Induction of metastasis, cancer stem cell phenotype and oncogenic metabolism in cancer cells by ionizing radiation //Mol. Cancer. 2017. V. 16, N 1. Article 10.

34. Каприн А.Д., Галкин В.Н., Жаворонков Л.П., Иванов В.К., Иванов С.А., Романко Ю.С. Синтез фундаментальных и прикладных исследований – основа обеспечения высокого уровня научных результатов и внедрения их в медицинскую практику //Радиация и риск. 2017. Т. 26, № 2. С. 26-40.

Полная версия статьи