CC BY
1УДК 577.29
ПОВЫШЕННАЯ АКТИВНОСТЬ ТИОРЕДОКСИНРЕДУКТАЗНОЙ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ КАК ФАКТОР УСТОЙЧИВОСТИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК ГЛИОБЛАСТОМЫ К ХИМИОТЕРАПИИ
DOI
Кордюкова М. Ю.1, Мещерякова В. И.2, Пешкова Е. С.2, Абакумова Т. О.2, Белоусов В.В12
1 Федеральный центр мозга и нейротехнологий ФМБА, Москва, Россия,
2 Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины РНИМУ им. Н. И. Пирогова, Москва, Россия 1
e-mail: kordyukova.maria@yahoo.com
Аннотация: Было показано, что наиболее химиорезистентные стволовые клетки глиобластомы устойчивы также к окислительному стрессу и имеют повышенную активность тиоредоксиновой антиоксидантной системы. Ингибирование тиоредоксинредуктазы ауранофином сенсибилизирует клетки к действию темозоломида.
Ключевые слова: стволовые клетки глиобластомы, химиорезистент-ность, тиоредоксинредуктазная антиоксидантная система
Глиобластома — опухоль головного мозга, характеризующаяся агрессивностью и резистентностью к лечению. Стандартное лечение глиобластомы включает в себя хирургическое удаление, лучевую и химиотерапию препаратом темозоломидом. Терапия вызывает окислительный стресс, приводящий к гибели преимущественно опухолевых клеток. Глиобластома характеризуется высокой резистентностью к химиотерапии. Одним из ключевых факторов резистентности раковых клеток к химиотерапии является повышение их устойчивости к окислительному стрессу [1]. Известно, что популяция стволовых клеток опухоли наиболее хи-миорезистентна и является движущей силой рецидивов [2]. Содержание активных форм кислорода в СКГ ниже чем в более дифференцированных клетках опухоли, несмотря на повышенную активность митохондрий [3].
Механизмы толерантности к окислительному стрессу стволовых клеток глиобластомы (СКГ) до сих пор не изучены. Известно, что клетки многих видов рака могут приобретать резистентность к терапии путём активации антиоксидантных систем, тиоредокси-новой и глутатионовой. Поэтому целью данной работы стало изучение редокс статуса СКГ и состояния антиоксидантных систем и выявление взаимосвязи этих параметров с устойчивостью первичных культур СКГ к химиотерапевтическим препаратам. для разработки подходов для преодоления их устойчивости к химиотерапии.
Для этого были получены первичные культуры СКГ из послеоперационного материала пациентов с диагнозом глиобластома. Было показано, что клетки культур положительны на маркеры стволовых клеток Sox2 и Nestin. Была определена чувствительность культур к основному химиотерапевтическому препарату темозо-ломиду, при этом полулетальная доза LC50 для разных линий СКГ довольно сильно варьировала — от 250 до 1725 цМ.
Далее мы исследовали окислительно-восстановительный статус клеток и его корелляцию с устойчивостью к химиотерапии. Для этого мы определяли содержание основной активной формы кислорода — пероксида водорода (H2O2) с помощью генетически кодируемого сенсора к пероксиду водорода HyPer7 [4]. Было показано, что базовые значения содержания H2O2 одинаковы для всех культур. Чтобы изучить способность клеток противостоять окислительному стрессу, мы добавляли к клеткам H2O2 При этом у большей части культур в клетках наблюдался ответ сенсора, содержание H2O2 в цитоплазме увеличивалось, однако для одной из культур — GBM10, ответа не наблюдалось. Это может говорить о повышенной активности антиоксидантных систем в клетках данной культуры. И действительно культура GBM10 показывала большую устойчивость к ингибитору тиоредоксинредуктазной антиоксидантной системы ауранофину, чем другие культуры. При этом клетки всех культур были чувствительны к действию ауранофина, хотя чувствительность сильно варьировала. После добавления ауранофина к клеткам GBM10 они приобретали способность отвечать на действие H2O2, что подтверждает участие тиоредоксиновой системы в формировании устойчивости клеток к окислительному стрессу. Также мы напрямую измерили активность тиоредоксинредуктазы в лиза-тах СКГ и показали, что в клетках GBM10 активность была выше почти в три раза, чем в других линиях. Причем данная культура также была более устойчива к темозоломиду чем другие культуры.
Таким образом мы показали, что повышенная активность тиоре-доксинредуктазной системы в клетках СКГ коррелирует с устойчивостью клеток к химиотерапии.
Далее мы выявили, что при совместном применении аурано-фина в сублетальной дозе с темозоломидом в различных дозировках наблюдалось достоверное увеличение цитотоксического действия последнего для клеток GBM10, а также для других культур СКГ. Таким образом ауранофин сенсибилизирует клетки культуры GBM10 а также других культур СКГ к действию темозоломида. При этом анализ полулетальных доз по методу [5] показал, что взаимодействие эти веществ носит синергетический характер, то есть они усиливают действие друг друга.
Также мы исследовали участвует ли глутатионовая система в защите СКГ от окислительного стресса. Мы показали, что ингибиторы глутатионовой системы BSO и эрастин не оказывали выраженный цитотоксический эффект на СКГ. С помощью сенсора HyPer7 было показано, что при инкубации клеток с ингибитором глутатионовой системы БСО не наблюдалось существенного увеличения содержания пероксида водорода в клетках. При этом в части линии при инкубации клеток с комбинацией БСО и ауранофина наблюдался больший уровень накопления пероксида водорода, чем при инкубации клеток с одним ауранофином. Эти линии также были более устойчивы к ауранофину и относились к мезенхималь-ному подтипу. Таким образом для этого типа клеток было показано участие глутатионовой системы в защите СКГ от окислительного стресса, однако в целом глутатионовая система не является ключевой для антиоксидантной защиты СКГ.
Таким образом мы показали, что одним из факторов повышенной химиорезистентности СКГ является усиление активности тиоредоксиновой системы. При этом некоторые типы СКГ используют также глутатионовую систему для защиты от окислительного стресса, однако она не является ключевой. Ингибитор тиоредокси-редуктазной системы ауранофин сенсибилизирует СКГ к действию химиотерапии. Полученные данные о снижении резистентности СКГ к терапии под действием ауранофина могут служить основой для создания новых схем лечения глиобластомы.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ
(грант № 22—75—10151).
Список литературы.
1. Olivier C, Oliver L, Lalier L, Vallette FM. Drug Resistance in Glioblastoma: The Two Faces of Oxidative Stress. Front Mol Biosci. 2021 Jan 27;7:620677.
2. Liu G, Yuan X, Zeng Z, Tunici P, Ng H, Abdulkadir IR, Lu L, Irvin D, Black KL, Yu JS. Analysis of gene expression and chemoresis-tance of CD133+ cancer stem cells in glioblastoma. Mol Cancer. 2006 Dec 2;5:67.
3. Vlashi E, Lagadec C, Vergnes L, Matsutani T, Masui K, Poulou M, Popescu R, Della Donna L, Evers P, Dekmezian C, Reue K, Christofk H, Mischel PS, Pajonk F. Metabolic state of glioma stem cells and nontumorigenic cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Sep 20;108 (38):16062—7.
4. Pak V. V., Ezerina D., Lyublinskaya O. G. et al. Ultrasensitive genetically encoded indicator for hydrogen peroxide identifies roles for the oxidant in cell migration and mitochondrial function // Cell metabolism. — 2020. — V. 31, № 3. — P.642—653
5. Chou TC. Drug combination studies and their synergy quantification using the Chou-Talalay method. Cancer Res. 2010 Jan 15;70 (2):440—6.
INCREASED THIOREDOXINE REDUCTASE ANTIOXIDANT SYSTEM ACTIVITY AS A FACTOR IN GLIOBLASTOMA STEM CELL RESISTANCE TO CHEMOTHERAPY
Kordyukova M.Yu.1, Mescheryakova V. I.2, Peshkova E. S.2, Abakumova T. O. 2, Belousov V. V. 1,2
1 Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies of the Federal Medical Biological Agency, Moscow, Russia,
2 Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine of the Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russia, 3Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Moscow, Russia
e-mail: kordyukova.maria@yahoo.com
It has been shown that the most chemoresistant glioblastoma stem cells are also resistant to oxidative stress and have increased thioredoxin antioxidant system activity. Inhibition of thioredoxin reductase by auranofin sensitizes cells to temozolomide.
