Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

SENSITIVITY OF GASTROINTESTINAL STROMAL TUMORS (GISTS) TO THE VARIOUS CHEMOTHERAPEUTIC AGENTS.

Galembikova A.R. 1 Dunaev P.D. 1 Boichuk S.V. 1
1 Kazan State Medical University
Цель. Изучить механизмы репарации повреждений ДНК и апоптоза в клеточных линиях гастроинтестинальных стромальных опухолей (ГИСТ) в результате воздействия на них некоторых групп химиопрепаратов in vitro для оценки перспектив проведения химиотерапии пациентам с неоперабельными и/или метастатическими формами ГИСТ, а также пациентам с развившейся резистентностью к таргетным препаратам, например, иматинибу. Материалы и методы. Проведено исследование чувствительности опухолевых клеток гастроинтестинальных стромальных опухолей (ГИСТ), к ингибиторам топоизомераз II типа (доксорубицину и этопозиду), препаратов, влияющих на динамическое состояние микротрубочек веретена деления винбластину, нокодазолу и паклитакселу), гидроксимочевине, цисплатине, а также таргетному препарату иматинибу. Экспрессию маркеров повреждения ДНК и апоптоза опухолевых клеток оценивали методом иммуноблоттинга. Результаты. Обнаружено, что клетки ГИСТ чувствительны к ингибиторам ДНК-топоизомеразы II типа. Вышеуказанные химиопрепараты индуцируют образование двунитевых разрывов ДНК в клетках ГИСТ и последующую их гибель по механизму апоптоза. Препараты, оказывающие влияние на веретено деления, а также цисплатин обладают наибольшим про-апоптогенным эффектом в отношении к клеткам ГИСТ. Выводы. Опухолевые клетки ГИСТ высоко чувствительны к препаратам, влияющим на динамическое состояние веретена деления, а также препаратам платины и, в меньшей степени, к ингибиторам топоизомераз II типа.
Aims. To study the sensitivity of gastrointestinal stromal tumors (GISTs) to the various types of chemotherapeutic agents in vitro to further evaluate their potent clinical use in patients with metastatic, un-resectable and imatinib-resistant forms of GISTs. Materials and methods. We examined the sensitivity of gastrointestinal stromal tumors (GISTs) to the topoisomerases II inhibitors (doxorubicin and etoposide), microtubule-interacting drugs (paclitaxel, vinblastin and nocodazol), hydroxyurea, cis-platinum and imatinib. The expression of apoptosis and DNA damage markers was examined by western-blotting. Results. GISTs are sensitive to topoisomerase II inhibitors - doxorubicin and etoposide. These drugs effectively induced DNA double-strand breaks and apoptotic cell death in GISTs. The platinum-containing and the microtubule-interacting drugs were the most effective pro-apoptotic agents in GISTs. Conclusion. GISTs are highly sensitive to microtubule-interacting drugs, platinum-containing drugs and to the less extent to the topoisomerase type II inhibitors.
apoptosis.
chemotherapeutic agents
DNA damage and repair
Key words: gastrointestinal tumors (GISTs)

В настоящее время проведение химиотерапии больным с ГИСТ считается нецелесообразным по причине имеющейся точки зрения о  химиорезистентности  данных злокачественных новообразований [1]. Поэтому основным нехирургическим методом лечения больных с неоперабельными, рецидивирующими  и/или метастатическими формами ГИСТ является проведение им таргетной терапии иматинибом (Гливеком), воздействующей на активирующую мутацию тирозинкиназного рецептора с-KIТ в опухолевых клетках ГИСТ, следствием которой является усиление пролиферации и митотической активности опухолевых клеток ГИСТ. Однако, несмотря на высокую изначальную эффективность применения таргетных препаратов (в том числе, иматиниба) в лечении пациентов с ГИСТ с течением времени к ним начинает развиваться резистентность, существенным образом снижающая эффективность их дальнейшего применения. Например, было установлено, что после 2-х лет с момента начала проведения таргетной терапии иматинибом у более чем у половины пациентов с ГИСТ развивается резистентность к данному препарату, обусловленная  развитием в клетках ГИСТ вторичных мутаций [2,7].  Несмотря на открытие  и внедрение в практическую онкологию таргетных препаратов второго и третьего поколения (Сутент и Регорафениб, соответственно) высокая частота побочных эффектов от их применения, а также развитие к ним вторичной резистентности опухоли, являются стимулом для поиска новых альтернативных решений в терапии больных с неоперабельными, рецидивирующими и метастатическими формами ГИСТ.

Также известно, что существующее в настоящее время мнение о химиорезистености ГИСТ основано на результатах клинических наблюдений, проведенных до внедрения в практическую онкологию точных методов диагностики ГИСТ, позволяющих обнаружить совокупность гистологических и иммуногистохимических признаков, отличающих ГИСТ от других типов гладкомышечных и нейрогенных новообразований (например, лейомиосарком, лейомиом и шванном). Установлено, что данные типы опухолей обладают устойчивостью к большинству современных химиопрепаратов. Следовательно, отсутствие на момент проведения данных исследований точных методов дифференциальной диагностики ГИСТ и других гладкомышечных и нейрогенных злокачественных новообразований могли существенным образом повлиять на достоверность результатов исследований и привести к формированию ошибочного мнения о химиорезистентности ГИСТ. 

В соответствии с вышеизложенным, представляло интерес изучение способности химиопрепаратов различных групп оказывать анти-пролиферативный эффект по отношению к клеткам ГИСТ и вызывать их гибель по механизму апоптоза.

Материалы и методы исследования. В качестве объекта исследования была выбрана клеточная линия ГИСТ Т-1, чувствительная  к действию таргетного препарата иматиниба.  Клетки культивировали в стандартных условиях (37оС, 5%СО2) в культуральной среде RPMI-1640 (ПанЭКО) с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки (HyClone), антибиотиков пенициллина-стрептомицина и L-глутамина (все реагенты ПанЭКО).  Опухолевые клетки ГИСТ культивировали с доксорубицином, винбластином, нокодазолом, паклитакселом, иматинибом (Sigma), этопозидом, гидроксимочевиной (Calbiochem). Изменение уровня экспрессии белков-маркеров повреждения ДНК и маркеров апоптоза оценивали методом иммуноблоттинга с использованием соответствующих моноклональных антител (мАТ).

Результаты исследований и их обсуждение.

Было обнаружено, что инкубация опухолевых клеток ГИСТ Т-1 с химиопрепаратами индуцирует их гибель по механизму апоптоза. Об этом свидетельствовало значительное повышение уровней экспрессии  расщепленных форм ПАРП и каспазы-3 в клетках ГИСТ после их инкубации с большинством из химиопрепаратов (РИС.1А).  Наибольший про-апоптогенный эффект был обнаружен у препаратов платины, а также препаратов, влияющих на динамическое состояние микротрубочек веретена деления (в частности, винбластина). Ингибиторы топоизомеразы II типа доксорубицин и этопозид также вызывали гибель клеток ГИСТ по механизму апоптоза, тем не менее их эффект был менее выраженным. Примечательно, что уровень экспрессии одного из расщепленных фрагментов ПАРП  (мол. массой 86 кДа) в опухолевых клетках ГИСТ коррелировал с уровнем экспрессии каспазы-3, что согласуется с данными литературы, свидетельствующими о способности каспаз (в том числе каспазы-3) индуцировать расщепление ПАРП на 2 фрагмента молекулярной массой 86 и 24 кДа, соответственно [6]. Важно отметить, что про-апоптогенный эффект ряда химиопрепаратов (этопозида, цисплатины, а также всех препаратов, влияющих на динамическое состояние микротрубочек) был более выраженным по сравнению с действием таргетного препарата иматиниба. Была также выявлена корреляционная зависимость между про-апоптогенным эффектом вышеназванных химиопрепаратов и их способностью  индуцировать  повышение  уровня экспрессии гистона 2А,  фосфорилированного по остаткам серина в положении 139  (-H2AX) (РИС.1Б). Известно, что данная форма гистона является общепризнанным маркером двунитевых разрывов ДНК, а также накапливается в М-фазе клеточного цикла, в частности,  за счет ATM-  или DNA-PKcs/Chk2-опосредованных механизмов фосфорилирования данной формы гистона даже на фоне отсутствия каких-либо повреждений ДНК, в том числе, двунитевых разрывов [4, 5].  В клетках ГИСТ, инкубированных с таргетным препаратом иматинибом, происходило умеренное повышение уровня экспрессии -H2AX, коррелировавшее с уровнем экспрессии расщепленной формы ПАРП, являющейся маркером апоптоза.  Эти данные коррелируют с данными литературы, свидетельствующими о способности H2AX индуцировать апоптоз клеток ГИСТ под влиянием иматиниба [3].

 

РИС. 1.  Способность химиопрепаратов и таргетного препарата иматиниба индуцировать апоптоз (А) и вызывать фосфорилирование  гистона H2AХ – -H2AX (Б) в клетках ГИСТ Т-1.

 

Таким образом, проведенные нами исследования свидетельствуют о способности химиопрепаратов индуцировать гибель клеток ГИСТ по механизму апоптоза. Наибольшим про-апоптогенным эффектом в отношении опухолевых клеток ГИСТ обладают препараты, влияющие на динамическое состояние микротрубочек, а также препараты платины. Полученные нами результаты свидетельствуют о чувствительности опухолевых клеток ГИСТ к некоторым химиопрепаратам, что ставит под сомнение существовавшую в настоящее время  точку зрения о химиорезистентности у ГИСТ. 

Заключение. Клетки ГИСТ чувствительны к ингибиторам топоизомеразы II типа, индуцирующим образование двунитевых разрывов ДНК и последующую гибель опухолевых клеток по механизму апоптоза. Наиболее эффективными химиопрепаратами в отношении клеток ГИСТ явились препараты, влияющие на динамическое состояние микротрубочек веретена деления – винбластин и паклитаксел. Полученные нами экспериментальные данные о чувствительности клеток  ГИСТ к некоторым химиопрепаратам in vitro свидетельствуют о перспективности  использования вышеназванных химиопрепаратов в лечении больных с неоперабельными, рецидивирующими и/или метастатическими формами ГИСТ, а также формами рефрактерными к монотерапии таргетным препаратом, в частности, иматинибом. 

Работа финансировалась грантом Российского Научного Фонда (РНФ) № 14-15-00342.