Сравнительная оценка противоопухолевой активности метионин-γ-лиазы на 2D- и 3D- in vitro моделях опухолей человекака

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Обоснование. Многообещающие результаты скрининга противоопухолевых препаратов на монослойных культурах зачастую плохо воспроизводятся на моделях in vivo. Использование для оценки противоопухолевой активности клинически релевантных трёхмерных in vitro моделей опухолей человека, таких как сфероиды, — более надёжная платформа для тестирования лекарств. Это особенно важно для препаратов, действие которых направлено на клеточный метаболизм.

Цель. Сравнительное исследование противоопухолевой активности метионин-γ-лиазы (МГЛ) на 2D- и 3D-моделях опухолей человека.

Материалы и методы. Для оценки цитотоксичности МГЛ использовали клеточную культуру фибробластов человека и опухолевые клеточные линии рака молочной железы человека MCF7, колоректального рака HCT-116, рака поджелудочной железы человека PANC-1, рака печени Huh7, рака предстательной железы человека LNCaP. Для фабрикации сфероидов применяли культуральные планшеты с низкоадгезивным покрытием. Оценку выживаемости клеток проводили с помощью резазуринового теста.

Результаты. На модели сфероидов выживаемость клеток после 72-часовой обработки МГЛ выше, чем на модели монослойной культуры во всех протестированных клеточных культурах. Самой низкой чувствительностью к воздействию МГЛ обладали фибробласты как в 2D-, так и в 3D-модели культивирования: IC50=2,2 и 9,1 ME/мл соответственно. Самая высокая чувствительность к МГЛ на 2D- и 3D-модели выявлена у быстро пролиферирующих клеток PANC-1 и HCT-116: IC50=0,23 и 1,5 МЕ/мл; IC50=0,83 и 1,43 МЕ/мл соответственно.

Заключение. Влияние МГЛ на выживаемость клеток в сфероидах менее выражено, чем в монослое. Выживаемость клеток в сфероидах под воздействием МГЛ не зависит от размера и скорости роста сфероидов. Несмотря на то, что максимальный цитотоксический эффект на сфероидах получен на быстро растущей модели рака толстой кишки HCT-116, а самый низкий — на модели медленно делящихся фибробластов, на других типах клеток эта зависимость не так очевидна. В целом модель сфероидов показала свою полезность для тестирования специфической активности ферментативных противоопухолевых препаратов, так как позволяет избежать гиперчувствительности, характерной для монослойных моделей рака.

Об авторах

Саида Шамильевна Каршиева

Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы; Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина

Автор, ответственный за переписку.
Email: skarshieva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2469-2315
SPIN-код: 9154-7071

Научно-исследовательский институт молекулярной и клеточной медицины, канд. биол. наук

Россия, Москва; Москва

Елена Александровна Демидова

Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина

Email: badjito@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6511-3423
SPIN-код: 5969-2210
Россия, Москва

Татьяна Сергеевна Спирина

Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы; Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина

Email: spirtatjana@yandex.ru
SPIN-код: 8373-1284

Научно-исследовательский институт молекулярной и клеточной медицины

Россия, Москва; Москва

Гулалек Аманмырадовна Бабаева

Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы; Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина

Email: gulalek.2020@mail.ru
SPIN-код: 8547-6770

Научно-исследовательский институт молекулярной и клеточной медицины, канд. мед. наук

Россия, Москва; Москва

Николай Антонович Бондарев

Московский Физико-технический институт

Email: bondarev@mail.ru
Россия, Москва

Сергей Владимирович Баженов

Московский Физико-технический институт

Email: bazhenov1994@gmail.com
SPIN-код: 1147-2678
Россия, Москва

Илья Владимирович Манухов

Московский Физико-технический институт

Email: manukhovi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8646-7207
SPIN-код: 3711-4901

д-р биол. наук

Россия, Москва

Вадим Сергеевич Покровский

Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы; Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина

Email: v.pokrovsky@ronc.ru
ORCID iD: 0000-0003-4006-9320
SPIN-код: 4552-1226

Научно-исследовательский институт молекулярной и клеточной медицины, д-р мед. наук

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Barbosa M., Xavier C., Pereira R., et al. 3D Cell Culture Models as Recapitulators of the Tumor Microenvironment for the Screening of Anti-Cancer Drugs // Cancers. 2022. Vol. 14, N 1. P. 190. doi: 10.3390/cancers14010190
  2. Baker B., Chen C. Deconstructing the third dimension: how 3D culture microenvironments alter cellular cues // J Cell Sci. 2012. Vol. 125, N 13. P. 3015–3024. doi: 10.1242/jcs.079509
  3. Däster S., Amatruda N., Calabrese D., et al. Induction of hypoxia and necrosis in multicellular tumor spheroids is associated with resistance to chemotherapy treatment // Oncotarget. 2017. Vol. 8, N 1. P. 1725–1736. doi: 10.18632/oncotarget.13857
  4. Han S., Kwon S., Kim K. Challenges of applying multicellular tumor spheroids in preclinical phase // Cancer Cell Int. 2021. Vol. 21, N 1. P. 152. doi: 10.1186/s12935-021-01853-8
  5. Koudan E., Kudan S., Karshieva S., et al. The Determination of Cytostatic Activity on a 3D Spheroids-Based Model in Comparison with Conventional Monolayer Culture // Cell Tiss. Biol. 2021. Vol. 15, N 6. P. 522–531. doi: 10.1134/S1990519X21060055
  6. Морозова Е.А., Куликова В.В., Яшин Д.В., и др. Кинетические характеристики и цитотоксическая активность рекомбинантных препаратов метионин–γ-лиазы Clostridium tetani, Clostridium sporogenes, Porphyromonas gingivalis и Citrobacter freundii // Acta Naturae (русскоязычная версия). 2013. Т. 5, № 3. C 96–102. doi: 10.32607/20758251-2013-5-3-92-98
  7. Abo Qoura L., Balakin K.V., Hoffman R., Pokrovsky V.S. The potential of methioninase for cancer treatment // Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2024. Vol. 1879, N 4. P. 189122. doi: 10.1016/j.bbcan.2024.189122
  8. Pokrovsky V.S., Qoura L.A., Demidova E.A. et al. Targeting Methionine Addiction of Cancer Cells with Methioninase // Biochemistry (Mosc). 2023. Vol. 88, N 7. P. 944–952. doi: 10.1134/S0006297923070076
  9. Kaiser P. Methionine Dependence of Cancer // Biomolecules. 2020. Vol. 10, N 4. P. 568. doi: 10.3390/biom10040568
  10. Mecham J., Rowitch D., Wallace C., et al. The metabolic defect of methionine dependence occurs frequently in human tumor cell lines // Biochem Biophys Res Commun. 1983. Vol. 117, N 2. P. 429–434. doi: 10.1016/0006-291x(83)91218-4
  11. Breillout F., Antoine E., Poupon M. Methionine dependency of malignant tumors: a possible approach for therapy // J Natl Cancer Inst. 1990. Vol. 82, N 20. P. 1628–1632. doi: 10.1093/jnci/82.20.1628
  12. Garg S., Morehead L., Bird J., et al. Characterization of methionine dependence in melanoma cells // Mol Omics. 2024. Vol. 20, N 1. P. 37–47. doi: 10.1039/d3mo00087g
  13. Gáti I., Bergström M., Muhr C., et al. Application of (methyl-11C)-methionine in the multicellular spheroid system // J Nucl Med. 1991. Vol. 32, N 12. P. 2258–2265.
  14. Ануфриева Н.В., Морозова E.A., Куликова В.В., и др. Сульфоксиды – аналоги L-метионина и L-цистеина как пролекарства против грамположительных и грамотрицательных бактерий // Acta Naturae. 2015. Т. 7, №4. C. 128–135. doi: 10.32607/20758251-2015-7-4-128-135
  15. Pokrovsky V.S., Anisimova N.Yu., Davydov Zh.D., et al. Methionine gamma lyase from Clostridium sporogenes increases the anticancer effect of doxorubicin in A549 cells and human cancer xenografts // Invest New Drugs. 2019. Vol. 37, N 2. P. 201–209. doi: 10.1007/s10637-018-0619-4
  16. Studier F.W. Protein production by auto-induction in high density shaking cultures. // Protein Expr Purif. 2005. Vol. 41, N 1. P. 207–234. doi: 10.1016/j.pep.2005.01.016
  17. Манухов И.В., Баженов С.В., Гнучих Е.Ю., и др. Cпособ получения фермента метионин-гамма-лиазы, противоопухолевое лекарственное средство ГЛФ МГЛ на основе этого фермента и применение этого средства для торможения роста опухоли (варианты). Патент на изобретение RU 2733440 C2, 01.10.2020. Заявка № 2018120541 от 04.06.2018. EDN: TDLZWD
  18. Zanoni M., Piccinini F., Arienti C., et al. 3D tumor spheroid models for in vitro therapeutic screening: a systematic approach to enhance the biological relevance of data obtained // Sci Rep. 2016. Vol. 6. P. 19103. doi: 10.1038/srep19103
  19. Olejniczak A., Szarynska M., Kmiec Z. In vitro characterization of spheres derived from colorectal cancer cell lines // Int J Oncol. 2018, Vol. 52, N 2. P. 599–612. doi: 10.3892/ijo.2017.4206
  20. Yeon S., No D., Lee S., et al. Application of concave microwells to pancreatic tumor spheroids enabling anticancer drug evaluation in a clinically relevant drug resistance model // PloS one. 2013. Vol. 8. N 9. P. e73345. doi: 10.1371/journal.pone.0073345
  21. Costa E., Moreira A., de Melo-Diogo D., et al. 3D tumor spheroids: an overview on the tools and techniques used for their analysis // Biotechnol Adv. 2016. Vol. 34, N 8. P. 1427–1441. doi: 10.1016/j.biotechadv.2016.11.002
  22. Vynnytska-Myronovska B., Bobak Y., Garbe Y., et al. Single amino acid arginine starvation efficiently sensitizes cancer cells to canavanine treatment and irradiation // Int J Cancer. 2012. Vol. 130, N 9. P. 2164–2175. doi: 10.1002/ijc.26221
  23. Vynnytska-Myronovska B., Kurlishchuk Y., Bobak Y., et al. Three-dimensional environment renders cancer cells profoundly less susceptible to a single amino acid starvation // Amino Acids. 2013. Vol. 45, N 5. P. 1221–1230. doi: 10.1007/s00726-013-1586-x
  24. Ghanbari M., Matin M., Mansouri K., Sisakhtnezhad S. Amino acid profile changes during enrichment of spheroid cells with cancer stem cell properties in MCF-7 and MDA-MB-231 cell lines // Cancer Rep (Hoboken). 2023. Vol. 6, N 5. P. e1809. doi: 10.1002/cnr2.1809
  25. Zhang Q., Li W. Correlation between amino acid metabolism and self-renewal of cancer stem cells: Perspectives in cancer therapy // World J Stem Cells. 2022. Vol. 14, N 4. P. 267-286. doi: 10.4252/wjsc.v14.i4.267

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кинетика роста сфероидов, сформированных из нормальных фибробластов человека и опухолевых клеток линии опухолевых клеток человека PANC-1, HCT-116, Huh7, MCF-7 и LNCaP с начальными концентрациями 500, 1000 и 2000 клеток на лунку.

Скачать (284KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Репрезентативные микрофотографии двухдневных сфероидов, сформированных из клеточных линий MCF-7, LNCaP, HCT-116, Huh7, PANC-1 и нормальных фибробластов с начальной концентрацией 1000 клеток на лунку (увеличение ×200).

Скачать (656KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые выживаемости нормальных фибробластов и опухолевых клеток человека PANC-1, HCT-116, Huh7, MCF-7 и LNCaP в монослойной культуре и в сфероидах через 72 ч после добавления метионин-γ-лиазы.

Скачать (412KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».