Транскриптомный анализ нейральных стволовых и прогениторных клеток в сравнении со стволовыми клетками глиобластомы

Introduction. There is currently no effective therapy for the treatment of glioblastoma. This is partly explained by the high degree of intra- and intertumor heterogeneity of GB, the source of which is believed to be glioblastoma stem cells (GSC). The question of the origin of GSC, which is important for improving clinical outcomes, still remains open. It is believed that GSCs can be formed as a result of oncogenic transformation of neural stem and progenitor cells (NSPcs), which have morphological and functional properties similar to them. Despite significant progress in elucidating the nature of GSCs, little is yet known about the specifically expressed genes and transcripts in these cells in comparison with NSPcs. In this regard, it becomes relevant to study the molecular mechanisms of gliomagenesis using model cell systems based on various clones of GSC.Aim. To conduct a comparative transcriptomic analysis of CD133+-NSPCs and CD133+-GSCs to study the molecular genetic differences between the phenotypes of these cells and identify potential targets for therapeutic effects on GSCs.Materials and methods. Used: highly sensitive transcriptomic analysis on high-density microarrays, cellular technologies, modern bioinformatics analysis.Results. Transcriptomic analysis of CD133+-GSCs and CD133+-NSPCs identified 1825 differentially expressed genes. The biological processes and signaling cascades activated in CD133+-GSCs have been established. It was shown that significant transcriptomic aberrations in CD133+-GSC compared to CD133+-NSPC are primarily due to a group of transcripts regulated by the Shh (Sonic hedgehog), mTOR (mammalian target of rapamycin), ALK (anaplastic lymphoma kinase) signaling cascades, transcription factors E2F1, PRC2, HOXA9, MYC, as well as oncogenes ERBB2 and KRAS. Six transcripts (AQP9, TOX15, HOXB2, STEAP3, TREM1, RFC2) highly expressed in CD133+-GSC and closely associated with the survival of patients with glioblastoma, which may be potential targets for therapeutic effects on CD133+-GSC associated with gliomagenesis, which may be potential targets for therapeutic effects on CD133+-GSC, have been identified and annotated.Conclusion. The data obtained indicate a number of significant molecular genetic differences between the two cell phenotypes, which can be used in the development of new therapeutic approaches for the treatment of glioblastoma.Введение. В настоящее  время отсутствует эффективная терапия глиобластомы. Отчасти это объясняется высокой степенью внутриопухолевой гетерогенности данной опухоли, источником которой, как полагают, являются стволовые клетки глиобластомы (СКГБ). Вопрос о происхождении СКГБ, имеющий большое значение для улучшения клинических результатов, пока остается открытым. Считается, что СКГБ могут образовываться в результате онкогенной трансформации нейральных стволовых и прогениторных клеток (НСПК), имеющих схожие с ними морфологические и функциональные свойства. Несмотря на заметный прогресс в выяснении природы СКГБ, пока мало известно о специфически экспрессируемых генах и транскриптах в этих клетках по сравнению с НСПК. В связи с этим актуально изучение молекулярных механизмов глиомагенеза с использованием модельных клеточных систем на основе различных клонов СКГБ (например, содержащих маркер CD133) в сравнении с НСПК.Цель исследования – провести сравнительный транскриптомный анализ CD133+-НСПК и CD133+-СКГБ для определения молекулярно-генетических различий между фенотипами этих клеток и идентификации потенциальных мишеней для терапевтического воздействия на СКГБ.Материалы и методы. Использовались  высокочувствительный  транскриптомный анализ на микрочипах высокой плотности, клеточные технологии и современный биоинформатический анализ.Результаты. Транскриптомный анализ CD133+-СКГБ и CD133+-НСПК идентифицировал 1825 дифференциально экспрессированных генов. Установлены биологические процессы и сигнальные каскады, активированные в CD133+-СКГБ. показано, что значительные транскриптомные аберрации в CD133+-СКГБ по сравнению с CD133+-НСПК прежде всего обусловлены группой транскриптов, регулируемых сигнальными каскадами SHH (Sonic hedgehog), mTOR (mammalian target of rapamycin), ALK (anaplastic lymphoma kinase), факторами транскрипции E2F1, PRC2, HOXA9, MYC, а также онкогенами ERBB2 и KRAS. Идентифицированы и аннотированы 6 транскриптов (AQP9, TOX15, HOXB2, STEAP3, TREM1, RFC2), высокоэкспрессированных в CD133+-СКГБ и тесно связанных с выживаемостью больных глиобластомой, которые могут являться потенциальными мишенями для терапевтического воздействия на CD133+-СКГБ.Заключение. Полученные данные указывают на ряд значительных молекулярно-генетических различий между двумя фенотипами клеток, что может использоваться  при разработке новых терапевтических подходов для лечения глиобластомы

Экзосомальные протеины – потенциальные маркеры для диагностики множественной миеломы

Background. Multiple myeloma (MM) is a hematologic malignancy of plasma cells. The microenvironment plays a key role in MM cell survival and drug resistance through release of soluble factors, expression of adhesion molecules and release of exosomes (EXs). The role that EXs, released by MM cells have in cell-to-cell communication and signaling in the bone marrow is currently unknown. EXs as a source of markers for MM diagnostics are also not studied.Objective: to use proteomic profiling of EXs as a tool to identify circulating tumor associated markers in MM patients.Results. The proteome composition of EXs obtained from plasma of patients with MM and multiple sclerosis was studied for the first time. nano-HPLC–MS/MS analysis identified a total of 332 proteins in the EXs of both groups of patients and determined the proximity of their qualitative composition. For the first time, 12 differentially expressed proteins were detected, the levels of which were significantly increased in EXs from patients with MM. This allowed us to consider them as potential markers of the disease.Conclusion. Proteomic analysis of EXs obtained from plasma of patients with MM is an important method for finding disease markers.Введение. Множественная миелома (ММ) – злокачественная гематологическая опухоль из плазматических клеток. Микроокружение играет ключевую роль в выживании клеток ММ и их резистентности к лекарственным препаратам путем выделения растворимых факторов, повышения экспрессии молекул адгезии и высвобождения экзосом (ЭС). Роль, которую ЭС, секретируемые клетками MM, играют в межклеточных взаимодействиях и передаче сигнальной информации в костном мозге, в настоящее время неизвестна. ЭС как источник маркеров для диагностики ММ также не исследованы.Цель исследования – использование протеомного профилирования ЭС в качестве инструмента для идентификации маркеров опухолевого роста у пациентов с ММ.Результаты. Впервые изучен протеомный состав ЭС, полученных из плазмы крови пациентов с ММ и рассеянным склерозом. С помощью метода нано-высокоэффективной жидкостной хроматографии – тандемной масс-спектрометрии (нано-ВЭЖХ- МС/МС) идентифицированы в целом 332 белка в ЭС обеих групп больных и установлена близость их качественного состава. Впервые обнаружены 12 дифференциально экспрессированных белков, уровни которых значительно повышены в ЭС больных ММ, что позволило рассматривать их в качестве потенциальных маркеров заболевания.Заключение. Протеомный анализ ЭС, полученных из плазмы крови больных ММ, является важным методом для поиска маркеров заболевания

Опухолевые стволовые клетки мультиформной глиобластомы

Glioblastoma multiforme, a World Health Organization grade IV malignant glioma, is the most common and lethal primary brain tumor with the median survival of approximately 15–25 months after treatment. Glioblastoma multiforme has been shown to be resistant to radiotherapy and chemotherapy and invariably recurs following surgical resection and chemoradiation. The characteristics of this tumor are exemplified by heterogeneous cell population with diverse biologic properties and genetic changes, the ability to form cancer stem cells (CSC) and divided into four molecular subtypes – proneural, neural, classical and mesenchymal. Despite some success, the mechanisms leading to the formation of the most malignant tumor subtype are unclear. The aim of this review was a synthesis of modern information about the role and biological characteristics of tumor stem cells in tumor progression and the pathogenesis of glioblastoma multiforme. CSCs reside in niches, which are anatomically distinct regions within the tumor microenvironment. These niches maintain the principle properties of CSCs, preserve their phenotypic plasticity, adhesion, survival, resistance to standard cancer treatment and metastatic potential. The presence of aberrant signaling pathways (Notch, Hedgehog-Gli, Wnt/β-catenin, TGF-β/SMAD, PI3K/Akt/mTOR), both in the tumor and in the population of CSC, the dysregulation of microRNAs (miR-21, miR-128, miR-326, miR-34a), influence of epithelial-to-mesenchymal transition explains the availability of typical biological characteristics of the CSC. One needs to consider the influence of the therapy on normal stem cells in the development of drugs directed against the CSC. Regulatory mechanisms and markers found over the last decade can be used as the basis for creation of the new drugs with targeted action in the treatment of glioblastoma multiforme.Мультиформная глиобластома IV степени злокачественности по классификации Всемирной организации здравоохранения является наиболее распространенной первичной опухолью головного мозга с медианой выживаемости примерно 15–25 мес после лечения. Опухоль после хирургического лечения часто рецидивирует и резистентна к химио- и лучевой терапии. Мультиформная глиобластома представляет собой высокодифференцированную гетерогенную клеточную популяцию, способную образовывать опухолевые стволовые клетки (ОСК), и подразделяется на 4 молекулярных подтипа: пронейральный, нейральный, классический и мезенхимальный. Несмотря на ряд успехов в изучении механизмов, приводящих к образованию наиболее злокачественных подтипов опухоли, не ясны.Цель работы – обобщение современных сведений о роли и биологических особенностях ОСК в опухолевой прогрессии и патогенезе мультиформной глиобластомы. Способность ОСК к образованию ниш с клетками эндотелия и микроокружением объясняет их основные свойства: пластичность фенотипа, адгезию, выживание и резистентность к стандартному противоопухолевому лечению. Наличие аберрантных сигнальных путей (Notch, Hedgehog-Gli, Wnt/β-катенин, TGF-β/SMAD, PI3K/Akt/mTOR) как в самой опухоли, так и в популяции ОСК, дисрегуляция микроРНК (miR-21, miR-128, miR-326, miR-34a и др.), влияние эпителиально-мезенхимального перехода объясняют характерные биологические характеристики ОСК. При разработке препаратов, направленных против ОСК, нужно учитывать влияние проводимой терапии и на нормальные стволовые клетки. Найденные за последнее десятилетие регуляторные механизмы и маркеры могут служить основой для создания новых лекарственных препаратов таргетного действия при лечении мультиформных глиобластом

Трансформирующий фактор роста бета-1 в онкогенезе аденокарциномы легкого человека

Background. The transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) is one of the most important tissue factors secreted by the development of epithelial tumors. Increased expression of TGF-β1 in lung tumors promotes cancer cells survival enhancing their growth, migration, invasion, angiogenesis, immune system suppression.Objective: to study molecular mechanisms of TGF-β1 action on A549 human lung adenocarcinoma cells by means of proteomic high-resolution mass spectrometry. Results. Intracellular signaling pathways responsible for the involvement of TGF-β1 in the oncogenesis of non-small cell lung cancer have been found, which include the differential expressed proteins of the families of cullin, ETS oncogenes, histone diacelases, cyclin-dependent kinases, and the signaling pathway phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K).Conclusions. Important patterns are determined that could be used for the development of new approaches for detection of lung cancer metastasis candidate markers and potential therapy targets of this decease.Введение. Трансформирующий фактор роста бета-1 (transforming growth factor beta 1, TGF-β1) является одним из наиболее важных тканевых факторов, секретируемых при развитии эпителиальных опухолей. Повышенная экспрессия TGF-β1 в злокачественных опухолях легких способствует ангиогенезу, супрессии иммунной системы, а также выживанию раковых клеток, увеличивая их рост, миграцию, инвазию.Цель работы – изучение молекулярных механизмов действия TGF-β1 на клетки A549 аденокарциномы легкого человека методом протеомной масс-спектрометрии высокого разрешения. Результаты. Идентифицированы некоторые внутриклеточные сигнальные пути, ответственные за участие TGF-β1 в онко генезе немелкоклеточного рака легкого и включающие, в том числе, дифференциально экспрессированные белки семейств куллинов, онкогенов ETS, диацелаз гистонов, циклинзависимых киназ, сигнального пути фосфатидилинозитол-3-киназы (phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K).Заключение. Установлены важные закономерности, которые могут быть использованы при разработке новых подходов для обнаружения кандидатных маркеров метастазирования рака легкого и потенциальных мишеней для терапии этого заболевания

Молекулярные детерминанты действия трансформирующего фактора роста бета-1 на клетки глиобластомы человека

Background. Increased expression of transforming growth factor beta-1 (TGF-β1) in malignant brain tumors promotes cancer cells survival enhancing their growth, migration, invasion, angiogenesis, immune system suppression.Objective is to study molecular mechanisms of TGF-β1 action on U87 human glioblastoma cells by means of proteomic high-resolution massspectrometry.Results. We have identified intracell signal pathways responsible for TGF-β1 involvement in malignant gliomas oncogenesis including differential expressed proteins of tight cell junctions, focal adhesion, histone deacetylases, heat shock, S100 family.Conclusions. Important patterns are determined that could be used for the development of new approaches for detection of glioblastoma metastasis candidate markers and potential therapy targets of this decease.Введение. Повышенная экспрессия трансформирующего фактора роста бета-1 (transforming growth factor beta1 , TGF-β1) в злокачественных опухолях головного мозга способствует выживанию опухолевых клеток, увеличивая их рост, миграцию, инвазию, ангиогенез, супрессию иммунной системы.Цель работы – методом протеомной масс-спектрометрии высокого разрешения изучить молекулярные механизмы действия TGF-β1 на клетки U87 глиобластомы человека.Результаты. Идентифицированы внутриклеточные сигнальные пути, ответственные за участие TGF-β1 в онкогенезе злокачественных глиом и включающие дифференциально экспрессированные белки плотных межклеточных контактов, фокальной адгезии, деацелаз гистонов, теплового шока, семейства S100.Заключение. Установлены важные закономерности, которые могут быть использованы при разработке новых подходов для обнаружения кандидатных маркеров метастазирования глиобластомы и потенциальных мишеней для терапии этого заболевания

Exosomal proteins as potential markers of multiple myeloma diagnostics

Background. Multiple myeloma (MM) is a hematologic malignancy of plasma cells. The microenvironment plays a key role in MM cell survival and drug resistance through release of soluble factors, expression of adhesion molecules and release of exosomes (EXs). The role that EXs, released by MM cells have in cell-to-cell communication and signaling in the bone marrow is currently unknown. EXs as a source of markers for MM diagnostics are also not studied.Objective: to use proteomic profiling of EXs as a tool to identify circulating tumor associated markers in MM patients.Results. The proteome composition of EXs obtained from plasma of patients with MM and multiple sclerosis was studied for the first time. nano-HPLC–MS/MS analysis identified a total of 332 proteins in the EXs of both groups of patients and determined the proximity of their qualitative composition. For the first time, 12 differentially expressed proteins were detected, the levels of which were significantly increased in EXs from patients with MM. This allowed us to consider them as potential markers of the disease.Conclusion. Proteomic analysis of EXs obtained from plasma of patients with MM is an important method for finding disease markers

The transforming growth factor beta-1 in the oncogenesis of human lung adenocarcinoma

Background. The transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) is one of the most important tissue factors secreted by the development of epithelial tumors. Increased expression of TGF-β1 in lung tumors promotes cancer cells survival enhancing their growth, migration, invasion, angiogenesis, immune system suppression.Objective: to study molecular mechanisms of TGF-β1 action on A549 human lung adenocarcinoma cells by means of proteomic high-resolution mass spectrometry. Results. Intracellular signaling pathways responsible for the involvement of TGF-β1 in the oncogenesis of non-small cell lung cancer have been found, which include the differential expressed proteins of the families of cullin, ETS oncogenes, histone diacelases, cyclin-dependent kinases, and the signaling pathway phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K).Conclusions. Important patterns are determined that could be used for the development of new approaches for detection of lung cancer metastasis candidate markers and potential therapy targets of this decease

Изучение взаимодействия белков внеклеточного матрикса с рецепторами CD133+ стволовых клеток и CD133– дифференцированных клеток глиомы

Background. Treatment of glioblastoma multiforme remains little effective due to the rapidly developing recurrence of the tumor, due to its high tumorigenic potential, resistance to chemoradiation therapy and increased dissemination of glioma stem cells (GSC). Molecular mechanisms of these cell interaction with extracellular matrix (ECM) are practically not studied. At present, it is also not clear the signaling of the ECM-receptor interaction (ECM-RI) differs for GSC and differentiated glioma cells (GDC).Objective: using high-resolution proteomic mass spectrometry to study the determinant expression of the ECM-receptor interaction signaling cascade in CD133+ GSC and CD133–    GDC.Results. 1990 proteins are identified, 18 of which are associated with the ECM-RI process. Positive regulation of 14 ECM-RI proteins was found in CD133+ GSC compared with CD133–    GDC, ten had more than 2 times increased expression. Increase in the CD133+ GSC level of 4 proteins activating the ECM-RI signaling cascade was noted.Conclusion. Important regularities are determined that could be used for the development of new approaches for detection of potential therapy targets of glioblastoma multiforme. Введение. Лечение мультиформной глиобластомы остается малоэффективным из-за быстроразвивающихся рецидивов опухоли, обусловленных высоким туморогенным потенциалом, устойчивостью к химиолучевой терапии и повышенной диссеминацией стволовых клеток глиомы (СКГ). Молекулярные механизмы взаимодействия этих клеток с внеклеточным матриксом (ВКМ) практически не изучены. В настоящее время также не ясно, чем отличается сигналинг ВКМ-рецепторного взаимодействия (ВКМ-РВ) для СКГ и дифференцированных клеток глиомы (ДКГ).Цель исследования – методом протеомной масс-спектрометрии высокого разрешения изучить экспрессию детерминант сигнального каскада ВКМ-РВ в CD133+ СКГ и CD133–  ДКГ.Результаты.  Идентифицированы 1990 белков, 18 из которых связаны с процессом ВКМ-РВ. Обнаружена положительная регуляция 14 белков ВКМ-РВ в CD133+  СКГ по сравнению с CD133–    ДКГ, 10 из которых имели повышенную экспрессию более чем в 2 раза. Отмечено повышение в CD133+ СКГ экспрессии 4 белков, активирующих сигнальный каскад ВКМ-РВ.Заключение. Установлены важные закономерности, которые могут быть использованы при разработке новых подходов к обнаружению потенциальных мишеней для терапии мультиформной глиобластомы