Феномен подавления эстрогенового сигналинга в клетках рака молочной железы под действием ультрафиолетового облучения: роль белков Snail

Введение. Исследование влияния облучения или любых других ДНК-повреждающих агентов на чувствительность опухолей к консервативной терапии, лекарственной или гормональной, относится к числу наиболее актуальных задач, во многом определяющих целесообразность  комбинированной терапии онкологических больных.

Цель исследования – изучение влияния облучения на активность ключевых сигнальных белков и уровень гормональной зависимости клеток рака молочной железы.

Материалы и методы. Эксперименты проводились на культивируемых in vitro клетках эстрогензависимого рака молочной железы MCF-7. В качестве экспериментальной модели для изучения реакции опухолевых клеток на повреждения ДНК использовалось ультрафиолетовое (УФ) облучение в диапазоне 254 нм с интенсивностью 25–50 Дж/м². Скорость роста клеток определяли с помощью  МТТ-теста; выживаемость клеток после облучения анализировали с использованием колониеобразующего теста. Определение транскрипционной активности рецептора эстрогенов проводили методом репортерного анализа, экспрессии клеточных белков – методом иммуноблоттинга.

Результаты. Однократное  УФ-облучение клеток MCF-7 приводит к резкому повышению уровня апоптотических маркеров: р53, cPARP, подавлению экспрессии белков ростового сигналинга: CDK4/6 и рецептора эстрогенов α (ERα). На этом фоне наблюдается усиление фосфорилирования протеинкиназы Akt и выраженное повышение экспрессии Snail1 – одного из ключевых белков эпителиально-мезенхимального перехода. В клетках УФ-резистентной сублинии MCF-7/UVR, полученной в условиях повторяющихся циклов облучения, уровень белков апоптотического и ростового сигналингов (р53, cPARP, CDK4/6) возвращается к контрольному значению, за исключением фосфорилированной формы Akt и Snail1, содержание которых остается высоким. Трансфекция в клетки MCF-7 плазмиды,  экспрессирующей Snail1, сопровождается активацией апоптотического сигналинга, снижением активности ERα и развитием частичной гормональной резистентности; при этом чувствительность клеток к облучению практически не меняется. Трансфекция микроРНК-181а-2 – одной из микроРНк, ассоциированной с резистентностью клеток, – одновременно активирует Akt и Snail1 и приводит к развитию перекрестной резистентности клеток к облучению и гормональным препаратам.

Заключение. Полученные данные позволяют рассматривать активацию Snail1 под действием облучения в качестве одного из факторов, участвующих в дерегуляции эстрогенового сигналинга и формировании устойчивости клеток к гормональным препаратам, в то время как одновременная активация Akt и Snail1 сопровождается развитием перекрестной резистентности к облучению и гормональным соединениям.

1. Eaton B.R., Jiang R., Torres M.A. et al. Benefit of adjuvant radiotherapy after breast-conserving therapy among elderly women with T1–T2N0 estrogen receptor-negative breast cancer. Cancer 2016;122(19):3059–68. DOI: 10.1002/cncr.30142 PMID: 27328114

2. Yang P.S., Chen C.M., Liu M.C. et al. Radiotherapy can decrease locoregional recurrence and increase survival in mastectomy patients with T1 to T2 breast cancer and one to three positive nodes with negative estrogen receptor and positive lymphovascular invasion status. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2010;77(2):516–22. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2009.05.016

3. Hughes K.S., Schnaper L.A., Bellon J.R. et al. Lumpectomy plus tamoxifen with or without irradiation in women age 70 years or older with early breast cancer: long-term follow-up of CALGB 9343. J Clin Oncol 2013;31(19):2382–7. DOI: 10.1200/JCO.2012.45.2615

4. Chen J.X., Zhang W.W., Dong Y. et al. The effects of postoperative radiotherapy on survival outcomes in patients under 65 with estrogen receptor positive tubular breast carcinoma. Radiat Oncol 2018;13(1):226. DOI: 10.1186/s13014-018-1177-9.

5. Chesney T.R., Yin J.X., Rajaee N. et al. Tamoxifen with radiotherapy compared with Tamoxifen alone in elderly women with early-stage breast cancer treated with breast conserving surgery: a systematic review and meta-analysis. Radiother Oncol 2017;123(1):1–9. DOI: 10.1016/j.radonc.2017.02.019

6. Paulsen G.H., Strickert T., Marthinsen A.B. et al. Changes in radiation sensitivity and steroid receptor content induced by hormonal agents and ionizing radiation in breast cancer cells in vitro. Acta Oncol 1996;35(8):1011–9. DOI: 10.3109/02841869609100720

7. Bravata V., Cava C., Minafra L. et al. Radiation-induced gene expression changes in high and low grade breast cancer cell types. Int J Mol Sci 2018;19(4):1084. DOI: 10.3390/ijms19041084

8. Щеголев Ю.Ю., Карпухина М.А., Сорокин Д.В. и др. Хроническое ультрафиолетовое облучение индуцирует развитие устойчивой резистентности клеток меланомы к противоопухолевым препаратам. Успехи молекулярной онкологии 2023;10(3):50–8. DOI: 10.17650/2313-805X-2023-10-3-50-58

9. Reid G., Hübner M.R., Métivier R. et al. Cyclic, proteasome-mediated turnover of unliganded and liganded ERα on responsive promoters is an integral feature of estrogen signaling. Molecular Cell 2003;11(3):695–707. DOI: 10.1016/s1097-2765(03)00090-x

10. Vincent T., Neve E.P., Johnson J.R. et al. A SNAIL1–SMAD3/4 transcriptional repressor complex promotes TGF-β mediated epithelial-mesenchymal transition. Nat Cell Biol 2009;11(8): 943–50. DOI: 10.1038/ncb1905

11. Shchegolev Yu., Sorokin D., Scherbakov A. et al. Upregulation of Akt/Raptor signaling is associated with rapamycin resistance of breast cancer cells. Chem Biol Interact 2020;330:109243. DOI: 10.1016/j.cbi.2020.109243

12. Scherbakov A.M., Sorokin D.V., Razuvaeva V.E. et al. DNA damage agents result in the irreversible block of estrogen receptor α signaling and progression of hormonal resistance in receptor-positive MCF-7 breast cancer cells. 2023. (Unpublished data). (In press.).

13. Tokunaga E., Kimura Y., Mashino K. et al. Activation of PI3K/Akt signaling and hormone resistance in breast cancer. Breast Cancer 2006;13(2):137–44. DOI: 10.2325/jbcs.13.137

14. Nicolini A., Ferrari P., Kotlarova L. et al. The PI3K-AKt-mTOR pathway and new tools to prevent acquired hormone resistance in breast cancer. Curr Pharm Biotechnol 2015;16(9):804–15. DOI: 10.2174/138920101609150715141545

15. Andreeva O.E., Sorokin D.V., Mikhaevich E.I. et al. Towards unravelling the role of ERalpha-targeting miRNAs in the exosome-mediated transferring of the hormone resistance. Molecules 2021;26(21):6661. DOI: 10.3390/molecules26216661

16. Wang Y., Chen Q., Jin S. et al. Up-regulation of P-glycoprotein is involved in the increased paclitaxel resistance in human esophageal cancer radioresistant cells. Scand J Gastroenterol 2012;47(7):802–8. DOI: 10.3109/00365521.2012.683042

17. Steelman L.S., Navolanic P., Chappell W.H. et al. Involvement of Akt and mTOR in chemotherapeutic- and hormonal-based drug resistance and response to radiation in breast cancer cells. Cell Cycle 2011;10(17):3003–15. DOI: 10.4161/cc.10.17.17119

18. Jang H., Baek J., Nam K.S. et al. Determination of the optimal time for tamoxifen treatment in combination with radiotherapy. Int J Oncol 2016;49(5):2147–54. DOI: 10.3892/ijo.2016.3687

19. Luzhna L., Lykkesfeldt A.E., Kovalchuk O. et al. Altered radiation responses of breast cancer cells resistant to hormonal therapy. Oncotarget 2015;6(3):1678–94. DOI: 10.18632/oncotarget.3188

20. Chen X., Ma N., Zhou Z. et al. Estrogen receptor mediates the radiosensitivity of triple-negative breast cancer cells. Med Sci Monit 2017;23:2674–83. DOI: 10.12659/msm.904810

21. Cabrera-Licona A., Perez-Anorve I.X., Flores-Fortis M. et al. Deciphering the epigenetic network in cancer radioresistance. Radiother Oncol 2021;159:48–59. DOI: 10.1016/j.radonc.2021.03.012

22. Podralska M., Ciesielska S., Kluiver J. et al. Non-coding RNAs in cancer radiosensitivity: microRNAs and lncRNAs as regulators of radiation-induced signaling pathways. Cancers (Basel) 2020;12(6):1662. DOI: 10.3390/cancers12061662

23. Zhang H., Si J., Yue J. et al. The mechanisms and reversal strategies of tumor radioresistance in esophageal squamous cell carcinoma. J Cancer Res Clin Oncol 2021;147(5):1275–86. DOI: 10.1007/s00432-020-03493-3