Специфичность аптамеров U2 и GOL1 к EGFR – позитивным клеткам глиобластомы человека in vitro

Обложка
  • Авторы: Дзариева Ф.М.1, Шамадыкова Д.В.1, Случанко О.В.2, Павлова С.А.1, Фаб Л.В.1, Рябова А.В.3, Пантелеев Д.Ю.1, Копылов А.М.4, Усачев Д.Ю.5, Головин А.В.4,6, Павлова Г.В.1,5,7
  • Учреждения:
    1. ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»
    2. ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова» Минздрава России
    3. ФГБУН ФИЦ «Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН»
    4. ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова»
    5. ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. академика Н. Н. Бурденко» Минздрава России
    6. ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова» Минздрава России
    7. ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова» Минздрава Росси
  • Выпуск: Том 74, № 1 (2024)
  • Страницы: 85-99
  • Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
  • URL: https://journals.rcsi.science/0044-4677/article/view/259306
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0044467724010097
  • ID: 259306

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гиперэкспрессия рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) или его мутации опосредуют сигнальные пути, приводящие к пролиферации, инвазии опухолевых клеток, а также к повышению их выживаемости. Несмотря на успешность клинического применения антител против EGFR у пациентов с колоректальным раком и плоскоклеточным раком головы и шеи, показана их низкая эффективность при глиобластоме. Поэтому для терапии глиом необходим специфичный к EGFR препарат, способный проникнуть в опухолевый очаг в головном мозге и обладающий низкой иммуногенностью. В данной работе в качестве такого препарата представлены аптамеры – одноцепочечные ДНК-олигонуклеотиды, специфичные к EGFR, U2 и Gol1. В этом исследовании мы получили клеточную модель глиомы человека с гиперэкспрессией EGFR и EGFRvIII, на которой показали специфичность аптамеров U2 и Gol1 к данным рецепторам, используя классические методы, а также метод апта-иммуноцитохимии. Исследование влияния связывания аптамера Gol1 с рецептором EGFRvIII на следующие ступени сигнального пути показало изменение уровней экспрессии генов, связанных с пролиферацией и выживаемостью клеток (JUN, FOS, CCND1, PI3K и AKT3), в то время как аптамер U2 не продемонстрировал значимый эффект на клетках in vitro. Эти результаты показали, что аптамер Gol1 обладает терапевтическим потенциалом против опухолевых клеток глиобластомы человека, гиперэкспрессирующих рецептор мутантного типа EGFRvIII.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ф. М. Дзариева

ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

Д. В. Шамадыкова

ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

О. В. Случанко

ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова» Минздрава России

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

С. А. Павлова

ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

Л. В. Фаб

ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Рябова

ФГБУН ФИЦ «Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН»

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

Д. Ю. Пантелеев

ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

А. М. Копылов

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова»

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

Д. Ю. Усачев

ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. академика Н. Н. Бурденко» Минздрава России

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Головин

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова»; ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова» Минздрава России

Email: dz.fatima@mail.ru
Россия, Москва; Москва

Г. В. Павлова

ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук»; ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. академика Н. Н. Бурденко» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова» Минздрава Росси

Email: lkorochkin@mail.ru
Россия, Москва; Москва; Москва

Список литературы

  1. Каприн А. Д. Злокачественные новообразования в России в 2021 г. МНИОИ им. П. А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. 2022.
  2. Babic I., Anderson E. S., Tanaka K., Guo D., Masui K., Li B., Zhu S., Gu Y., Villa G. R., Akhavan D., Nathanson D., Gini B., Mareninov S., Li R., Camacho C. E., Kurdistani S. K., Eskin A., Nelson S. F., Yong W. H., Cavenee W. K.,
  3. Cloughesy T. F., Christofk H. R., Black D. L., Mischel P. S. EGFR mutation-induced alternative splicing of max contributes to growth of glycolytic tumors in brain cancer. Cell Metabolism. 2013. 17 (6): 1000–1008. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2013.04.013
  4. Brand T. M., Iida M., Luthar N., Starr M. M., Huppert E. J., Wheeler D. L. Nuclear EGFR as a molecular target in cancer. Radiother. Oncol. 2013. 108 (3): 370–377. https://doi.org/10.1016/j.radonc.2013.06.010
  5. Ciznadija D., Liu Y., Pyonteck S. M., Holland E. C., Koff A. Cyclin D1 and Cdk4 mediate development of neurologically destructive oligodendroglioma. Cancer Res. 2011. 71 (19): 6174–6183. https://doi.org/10.1158/0008– 5472.CAN-11–1031.
  6. Cooper A. J., Sequist L. V., Lin J. J. Third-generation EGFR and ALK inhibitors: mechanisms of resistance and management. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2022. 19 (8): 499– 514. https://doi.org/10.1038/s41571–022–00639–9
  7. Cvrljevic A. N., Akhavan D., Wu M., Martinello P., Furnari F. B., Johnston A. J., Guo D., Pike L., Cavenee W. K., Scott A. M., Mischel P. S., Hoogenraad N. J., Johns T. G. Activation of Src induces mitochondrial localisation of de 2–7EGFR (EGFRvIII) in glioma cells: implications for glucose metabolism. Journal of Cell Science. 2011. 124 (17): 2938–2950. https://doi.org/10.1242/jcs.083295
  8. David J.-P., Mehic D., Bakiri L., Schilling A. F., Mandic V., Priemel M., Idarraga M. H., Reschke M. O., Hoffmann O., Amling M., Wagner E. F. Essential role of RSK2 in c-Fos–dependent osteosarcoma development. J Clin. Invest. 2005. 115 (3): 664–672. https://doi.org/10.1172/ JCI22877
  9. Feng H., Hu B., Jarzynka M. J., Li Y., Keezer S., Johns T. G., Tang, C. K., Hamilton, R. L., Vuori, K., Nishikawa, R., Sarkaria, J. N., Fenton, T., Cheng, T., Furnari, F. B., Cavenee, W. K., Cheng, S.-Y. Phosphorylation of dedicator of cytokinesis 1 (Dock180) at tyrosine residue Y722 by Src family kinases mediates EGFRvIII-driven glioblastoma tumorigenesis. Proc. Nat. Acad. Sci. 2012. 109 (8): 3018–3023. https://doi.org/10.1073/pnas.1121457109
  10. Fiano V., Ghimenti C., Schiffer D. Expression of cyclins, cyclin-dependent kinases and cyclin-dependent kinase inhibitors in oligodendrogliomas in humans. Neurosci. Letters. 2003. 347 (2): 111–115. https://doi.org/10.1016/ S0304–3940(03)00615–3
  11. Goto N., Suzuki, H., Tanaka T., Ishikawa K., Ouchida T., Kaneko M. K., Kato Y. EMab-300 detects mouse epidermal growth factor receptor-expressing cancer cell lines in flow cytometry. Antibodies (Basel, Switzerland). 2023. 12 (3): 42. https://doi.org/10.3390/antib12030042
  12. Hammer S., Tschiatschek B., Flamm C., Hofacker I. L., Findeiß S. RNAblueprint: flexible multiple target nucleic acid sequence design. Bioinformatics. 2017. 33 (18): 2850–2858. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/ btx263
  13. Hammer S., Wang W., Will S., Ponty Y. Fixed-parameter tractable sampling for RNA design with multiple target structures. BMC Bioinformatics. 2009. 20 (1): 209. https://doi.org/10.1186/s12859–019–2784–7
  14. Hanahan D. Hallmarks of cancer: new dimensions. Cancer Discovery. 2022. 12 (1): 31–46. https://doi.org/ 10.1158/2159–8290.CD-21–1059
  15. Hanahan D., Weinberg R. A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011. 144 (5): 646–674. https://doi. org/10.1016/j.cell.2011.02.013
  16. Horvath S., Zhang B., Carlson M., Lu K. V., Zhu S., Felciano R. M., Laurance M. F., Zhao W., Qi S., Chen Z., Lee Y., Scheck A. C., Liau L. M., Wu H., Geschwind D. H., Febbo P. G., Kornblum H. I., Cloughesy T. F., Nelson S. F., Mischel P. S. Analysis of oncogenic signaling networks in glioblastoma identifies ASPM as a molecular target. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. 103(46: 17402–17407. https://doi.org/10.1073/ pnas.0608396103
  17. Kappelmann M., Bosserhoff A., Kuphal S. AP-1/c-Jun transcription factors: Regulation and function in malignant melanoma. Eur. J. Cell Biol. 2014. 93 (1–2): 76–81. https://doi.org/10.1016/j.ejcb.2013.10.003
  18. Kopylov A. M., Fab L. V., Antipova O., Savchenko E. A., Revishchin A. V., Parshina V. V., Pavlova S. V., Kireev I. I., Golovin A. V., Usachev D. Y., Pavlova G. V. RNA aptamers for theranostics of glioblastoma of human brain. Biochemistry (Moscow). 2021. 86(8): 1012–1024. https://doi.org/10.1134/S0006297921080113
  19. Lao Y.-H., Phua K. K.L., Leong K. W. Aptamer nanomedicine for cancer therapeutics: barriers and potential for translation. ACS Nano. 2015. 9 (3), 2235–2254. https://doi. org/10.1021/nn507494p
  20. Linder M., Glitzner E., Srivatsa S., Bakiri L., Matsuoka K., Shahrouzi P., Dumanic M., Novoszel P., Mohr T., Langer O., Wanek T., Mitterhauser M., Wagner E. F., Sibilia M. EGFR is required for FOS‐dependent bone tumor development via RSK2/CREB signaling. EMBO Mol. Med. 2018. 10: e9408. (11). https://doi.org/10.15252/ emmm.201809408
  21. Mayer I. A., Arteaga C. L. The PI3K/AKT pathway as a target for cancer treatment. Ann. Rev. Med. 2016. 67 (1): 11–28. https://doi.org/10.1146/annurev-med-062913–051343
  22. Odajima T., Sasaki Y., Tanaka N., Kato-Mori Y., Asanuma H., Ikeda T., Satoh M., Hiratsuka H., Tokino T., Sawada N. Abnormal β-catenin expression in oral cancer with no gene mutation: correlation with expression of cyclin D1 and epidermal growth factor receptor, Ki-67 labeling index, and clinicopathological features. Hum. Pathol. 2005. 36 (3): 234–241. https://doi.org/10.1016/j. humpath.2004.12.009
  23. Oprita A., Baloi S.-C., Staicu G.-A., Alexandru O., Tache D. E., Danoiu S., Micu E. S., Sevastre A.-S. Updated insights on EGFR signaling pathways in glioma. Int. J. Mol. Sci. 2021. 22 (2): 587. https://doi.org/10.3390/ijms22020587
  24. Pavlova G., Kolesnikova V., Samoylenkova N., Drozd S., Revishchin A., Usachev D., Kopylov A. Novel weapon to conquer human glioblastoma: G-quadruplexes and neuro-inducers. 2021.
  25. Pawson T. Specificity in signal transduction. Cell. 2004. 116 (2): 191–203. https://doi.org/10.1016/S0092–8674(03) 01077–8
  26. Peng L., Liang Y., Zhong X., Liang Z., Tian Y., Li S., Liang J., Wang R., Zhong Y., Shi Y., Zhang X. Aptamer-conjugated gold nanoparticles targeting epidermal growth factor receptor variant III for the treatment of glioblastoma. Int. J. Nanomed. 2020. 15: 1363– 1372. https://doi.org/10.2147/IJN.S238206
  27. Peurala E., Koivunen P., Haapasaari K.-M., Bloigu R., Jukkola-Vuorinen A. The prognostic significance and value of cyclin D1, CDK4 and p16 in human breast cancer. Breast Cancer Res.. 2013. 15 (1): R5. https://doi. org/10.1186/bcr3376
  28. Ratushny, V., Astsaturov, I., Burtness, B.A., Golemis, E.A., & Silverman, J. S. Targeting EGFR resistance networks in head and neck cancer. Cell. Signal. 2009. 21 (8): 1255–1268. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2009.02.021
  29. Reuter J. S., Mathews D. H. RNA structure: software for RNA secondary structure prediction and analysis. BMC Bioinformatics. 2010. 11 (1): 129. https://doi.org/ 10.1186/1471–2105–11–129
  30. Shen Q., Uray I. P., Li Y., Krisko T. I., Strecker T. E., Kim H.-T., Brown P. H. The AP-1 transcription factor regulates breast cancer cell growth via cyclins and E2F factors. Oncogene. 2008. 27 (3): 366–377. https://doi.org/ 10.1038/sj.onc.1210643
  31. Sugawa N., Ekstrand A. J., James C. D., Collins V. P. Identical splicing of aberrant epidermal growth factor receptor transcripts from amplified rearranged genes in human glioblastomas. Proc. Nat. Acad. Sci. 1990. 87 (21): 8602–8606. https://doi.org/10.1073/pnas.87.21.8602
  32. Wan Y., Kim Y., Li N., Cho S. K., Bachoo R., Ellington A. D., Iqbal S. M. Surface-immobilized aptamers for cancer cell isolation and microscopic cytology. Cancer Res. 2010. 70 (22): 9371–9380. https://doi.org/10.1158/ 0008–5472.CAN-10–0568
  33. Ward A. F., Braun B. S., Shannon K. M. Targeting oncogenic Ras signaling in hematologic malignancies. Blood. 2012. 120 (17): 3397–3406. https://doi.org/10.1182/ blood-2012–05–378596
  34. Wilson T., Karajannis M., Harter D. Glioblastoma multiforme: State of the art and future therapeutics. Surg. Neurol. Int. 2014. 5 (1): 64. https://doi.org/10.4103/ 2152–7806.132138
  35. Wu X., Liang H., Tan Y., Yuan C., Li S., Li X., Li G., Shi Y., Zhang X. Cell-SELEX aptamer for highly specific radionuclide molecular imaging of glioblastoma in vivo. PLoS ONE. 2014. 9 (3): e90752. https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0090752
  36. Xia W., Wei Y., Du Y., Liu J., Chang B., Yu Y.-L., Huo L.-F., Miller S., Hung M.-C. Nuclear expression of epidermal growth factor receptor is a novel prognostic value in patients with ovarian cancer. Mol. Carcinogen. 2009. 48 (7): 610–617. https://doi.org/10.1002/mc.20504
  37. Yu J. S. L., Cui W. Proliferation, survival and metabolism: the role of PI3K/AKT/mTOR signalling in pluripotency and cell fate determination. Development. 2016. 143 (17): 3050–3060. https://doi.org/10.1242/dev.137075
  38. Zhang X., Zhao M., Huang A., Fei Z., Zhang W., Wang X. The effect of cyclin D expression on cell proliferation in human gliomas. J. Clin. Neurosci. 2005. 12 (2), 166–168. https://doi.org/10.1016/j.jocn.2004.03.036
  39. Zhou J., Wu Z., Wong G., Pectasides E., Nagaraja A., Stachler M., Zhang H., Chen T., Zhang H., Liu J. Bin, Xu X., Sicinska E., Sanchez-Vega F., Rustgi A. K., Diehl J. A., Wong K.-K., Bass A. J. CDK4/6 or MAPK blockade enhances efficacy of EGFR inhibition in oesophageal squamous cell carcinoma. Nat. Commun. 2017. 8 (1): 13897. https://doi.org/10.1038/ncomms13897
  40. Zhu G., Chen X. Aptamer-based targeted therapy. Adv. Drug Del. Rev. 2018. 134: 65–78. https://doi.org/ 10.1016/j.addr.2018.08.005
  41. Zok T., Antczak M., Zurkowski M., Popenda M., Blazewicz J., Adamiak R. W., Szachniuk M. RNApdbee 2.0: multifunctional tool for RNA structure annotation. Nucl. Acids Res. 2018. 46 (W1): W30–W35. https://doi.org/ 10.1093/nar/gky314

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) – карта молекулярно-генетической конструкции EGFRwt/CMV3; (б) – карта молекулярно-генетической конструкции EGFRvIII/CMV3; оценка эффективности трансфекции клеточной культуры G01 (в) и клеточной ли- нии U87 (г), GFP – зеленое свечение. Ядра клеток окрашивали бисбензимидом (Hoechst 33342, Sigma) – синее све- чение. (д) – анализ экспрессии EGFR в контрольных и трансгенных клетках линии U87 и в клетках культуры G01, полученной от пациента. Нормализовано по бета-тубулину.

Скачать (329KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анализ связывания клеток глиобластомы человека in vitro с мечеными аптамерами U2-FAM и Gol1-FAM, специфичными к EGFR, методом проточной цитофлуориметрии (а) и апта-иммуноцитохимии (б). В качестве кон- троля взяты интактные клетки. Антитела против EGFR (красный), аптамеры U2 и Gol1 (зеленый), синий – окраска ядер бисбензимидом.

Скачать (347KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ изменения уровней экспрессии генов молекул каскада EGFR методом ПЦР-РВ в клетках глиобластомы человека до и после трансфекции (а), до и после добавления аптамеров U2 и Gol1 в клетках линии U87 (б) и клетках культуры G01 (в). Экспрессию генов нормализовали относительно референсных генов GAPDH, RPL13A и TBP. Данные представлены в виде логарифмической шкалы среднего значения ± стандартная ошибка среднего, p-критерий считался значи- мым при * = р < 0.05, ** = р < 0.01, *** = р < 0.001, **** = р < 0.0001 (ANOVA-тест). Все эксперименты проводились в трех повторностях.

Скачать (383KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) Иерархическая модель передачи сигналов EGFR и EGFRvIII. Клетки в опухолях глиобластомы человека, экспрессирующие EGFRvIII, могут передавать сигналы клеткам, экспрессирующим EGFR, и наоборот, паракрин- ным образом (Cvrljevic et al., 2011); (б) Сигнальные пути EGFR в клетках глиомы, взято и адаптировано из KEGG PATHWAY.

Скачать (229KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах