Cancer Genes and Chromosome Instability

© 2013 Stepanenko and Kavsan, licensee InTech. This is an open access chapter distributed under the term

Immortalization and malignant transformation of eucaryotic cells

This review is aimed at understanding the mechanisms of cell immortalization by different «immortalizing agents», oncogene-induced cell transformation of immortalized cells and moderate response of the advanced tumors to anticancer therapy in the light of tumor «oncogene and chromosome addiction», intra-/intertumor heterogeneity, and chromosome instability.Целью настоящего обзора является понять механизмы клеточной иммортализации различными «иммортализующими агентами» ,онкоген-индуцируемой клеточной трансформации иммортализированных клеток и умеренный ответ на терапию из-за «склонности» опухоли к приобретению многочисленных генных и хромосомных изменений, внутри- и межопухолевой гетерогенности.Мета даного огляду зрозуміти механізми клітинної іморталізації різними «іморталізуючими агентами» ,онкогеніндукованої клітинної трансформації іморталізованих клітин і помірну відповідь на терапію через «схильність» пухлини до придбання численних генних та хромосомних змін та гетерогенністю усередині і між пухлинами

Immortalized cells and one oncogene in malignant transformation: old insights on new explanation

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Nearly thirty years ago, it was first shown that malignant transformation with single oncogene necessarily requires the immortal state of the cell. From that time this thesis for the cells of human origin was not disproved. The basic point which we want to focus on by this short communication is the correct interpretation of the results obtained on the widely used human embryonic kidney 293 (HEK293) cells.</p> <p>Results</p> <p>Intensive literature analysis revealed an increasing number of recent studies discovering new oncogenes with non-overlapping functions. Since the 1970s, dozens of oncogenes have been identified in human cancer. Cultured cell lines are often used as model systems in these experiments. In some investigations the results obtained on such cells are interpreted by the authors as a malignant transformation of normal animal or even normal human cells (as for example with HEK293 cells). However, when a cell line gains the ability to undergo continuous cell division, the cells are not normal any more, they are immortalized cells. Nevertheless, the authors consider these cells as normal human ones, what is basically incorrect. Moreover, it was early demonstrated that the widely used human embryonic kidney 293 (HEK293) cells have a relationship to neurons.</p> <p>Conclusions</p> <p>Thus, the experiments with established cell lines reinforce the notion that immortality is an essential requirement for malignant transformation that cooperates with other oncogenic changes to program the neoplastic state and substances under such investigation should be interpreted as factors which do not malignantly transform normal cells alone, but possess the ability to enhance the tumorigenic potential of already immortalized cells.</p

Chitinase 3-like protein 2 (CHI3L2, YKL-39) activates phosphorylation of extracellular signal-regulated kinases ERK1/ERK2 in human embryonic kidney (hek293) and human glioblastoma (U87 MG) cells

Human cartilage chitinase 3-like protein 2 (CHI3L2, YKL-39) is secreted by articular chondrocytes, also synoviocytes, lung, and heart. Increased levels of YKL-39 have been demonstrated in synovial fluids of patients with rheumatoid or osteoarthritis as well as in some other pathologies and in malignant tumors, particularly in glioblastomas.Хитиназа 3-подобный белок 2 (CHI3L2, YKL-39) человека секретируется хондроцитами суставного хряща, синовиоцитами, в легких и сердце. Продемонстрированы повышенные уровни YKL-39 в синовиальной жидкости пациентов с ревматоидным артритом или остеоартритом, а также при некоторых других заболеваниях и злокачественных опухолях, в частности глиобластомах.Хітиназа 3-подібний білок 2 (CHI3L2, YKL-39) людини секретується хондроцитами суглобового хряща, синовіоцитами, в легенях і серці. Продемонстровано підвищені рівні YKL-39 в синовіальній рідині пацієнтів з ревматоїдним артритом або остеоартритом, а також при деяких інших захворюваннях і злоякісних пухлинах, зокрема гліобластомах

Evolutionary karyotypic theory of cancer versus conventional cancer gene mutation theory

Согласно общепризнанной генной теории рака, в течение последних десятилетий рак считали генным заболеванием, возникающим в результате детерминистического последовательного накопления мутаций в небольшой группе раковых генов, происходящего при линейной прогрессии опухоли. Однако в противоположность этому постулату в недавних работах по секвенированию генома и экзома первичных опухолей и их метастазов, а также отдельных участков одной и той же опухоли выявлено огромное количество стохастических генных мутаций в каждой опухоли одного типа и значительную внутриопухолевую генетическую гетерогенность с «разветвленной эволюцией роста опухоли» или «прерывистой клональной эволюцией без прослеживаемых промежуточных разветвлений», или «отсутствие доминантных клонов в опухолевой ткани». Стохастические кариотипические изменения и внутриопухолевая гетерогенность признаны ведущей силой в эволюции опухоли и детерминантой развития терапевтической резистентности и рецидива рака. Эволюция кариотипа/ хромосомной нестабильности и результирующий уровень внутриопухолевой гетерогенности существенно коррелируют с опухолеобразующим потенциалом клеток, прогрессией заболевания от преопухолевого доброкачественного к явно злокачественному и метастазированию, а также с выживаемостью пациентов, чувствительностью к химиотерапии и риском приобретения резистентности. Обсуждается важность эволюционной кариотипической теории в понимании биологии рака и механизмов приобретения стойкости к химиотерапии. Ключевые слова: эволюция опухоли, кариотип, хромосомная нестабильность, внутриопухолевая гетерогенность, раковый ген, химиорезистентность.Згідно із загальновизнаною генною теорією раку, протягом останніх десятиліть рак вважали генним захворюванням, яке виникає в результаті детерміністичного послідовного накопичення мутацій у невеликій групі ракових генів, що відбувається за лінійної прогресії пухлини. Однак на противагу цьому постулату у недавніх роботах із секвенування геному та екзому первинних пухлин і їхніх метастазів, а також окремих ділянок однієї і тієї ж пухлини виявлено величезну кількість стохастичних генних мутацій у кожній пухлині однакового типу та значну внутрішньопухлинну генетичну гетерогенність з «розгалуженою еволюцією росту пухлини» або «переривчастою клональною еволюцією без проміжних розгалужень», або «відсутність домінантних клонів у пухлиннії тканині». Стохастичні каріотипові зміни і внутрішньопухлинну гетерогенність визнано провідною силою в еволюції пухлини і детермінантою розвитку терапевтичної резистентності і рецидиву. Еволюція каріотипу/хромосомної нестабільності і результуючий рівень внутрішньопухлинної гетерогенності суттєво корелюють з пухлиноутворювальним потенціалом клітин, прогресією пухлини від доброякісної до явно злоякісної та метастазування, а також з виживанням пацієнтів, чутливістю до хіміотерапії і ризиком виникнення резистентності. Обговорюється важливість еволюційної каріотипової теорії раку у розумінні біології раку і механізмів набуття стійкості до хіміотерапії. Ключові слова: еволюція пухлини, каріотип, хромосомна нестабільність, внутрішньопухлинна гетерогенність, раковий ген, хіміорезистентність.For decades the conventional gene mutation cancer theory has been postulating that cancer is a genetic disease considered as a result of deterministic sequential accumulation of mutations in the handful of «driver» cancer genes occurring in a continuous linear pattern of cancer progression. However, in contrast to this postulate, recent whole genome and exome sequencing studies of primary tumor bulk and metastases or separate regions withing the same sample have revealed a large number of stochastic gene mutations for each individual with the same cancer type and significant intratumoral genetic heterogeneity with «branched evolutionary tumor growth» or «punctuated clonal evolution without observable intermediate branching» or «no dominant clones in the cancer tissue». Meanwhile, the stochastic karyotypic variation and intratumor heterogeneity are recognized to be the driving force of tumor evolution and major factors in determining relapse with acquired drug resistance. The karyotype evolution/chromosome instability and the resulting magnitude of intratumor heterogeneity significantly correlate with tumorigenic potential of cells, tumor disease progression from precancerous lesions to malignant tumors and metastases, correlate with patient survival, treatment sensitivity, and the risk of acquired resistance. Here, we discuss importance of the evolutionary karyotypic theory in understanding the cancer biology and mechanisms of tumor drug resistance. Keywords: tumor evolution, karyotype, chromosome instability, intratumor heterogeneity, cancer gene, drug resistance

3′-Hydroxymethyl 2′-deoxynucleoside 5′-triphosphates are inhibitors highly specific for reverse transcriptase

AbstractdNTP(3′-OCH3), a 3′-O-methyl derivative of dNTP, is a chain terminator substrate for DNA synthesis catalyzed by AMV reverse transriptase. The enzyme seems to be the only DNA polymerase susceptible to the inhibitor while all the other DNA polymerases tested are fully resistant to the nucleotide analog. The resistant polymerases are: E. coli DNA polymerase I, Klenow's fragment of DNA polymerase I, phage T4 DNA polymerase, calf thymus DNA polymerase α, rat liver DNA polymerase β and calf thymus terminal deoxyribonucleotidyl transferase

Multisubunit complex eEF1H in human glial tumors: from mRNA to protein

Aim. To investigate protein level of all subunits of the eukaryotic elongation translation factor eEF1H (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ and eEF1Bγ) in glial tumors of human brain in comparison with normal brain. Methods. The eEF1H components content has been investigated in human glioblastoma clinical samples by Western blot analysis. Results. To determine the eEF1Bα, eEF1Bβ and eEF1Bγ content, the polyclonal antibodies against all eEF1H subunits were obtained. The tendency of the eEF1Bγ protein level to increase in glioblastomas was observed. There were no significant differences in the eEF1A, eEF1Bα and eEF1Bβ protein contents. Conclusions. In the previous report we analysed the expression of all eEF1H subunits in human glial brain tumor on the mRNA level. This study showed that eEF1Bγ was overexpressed while no significant changes in other eEF1H subunits were observed. It suggests a possible function of eEFBγ which is cancer-related and is not connected with the functioning of eEF1H complex in translation.Мета. Проаналізувати вміст усіх субодиниць фактора елонгації трансляції eEF1H (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ і eEF1Bγ) в гліальних пухлинах головного мозку людини порівняно з умовною нормою. Методи. Компоненти комплексу eEF1H досліджували у клінічних зразках гліальних пухлин людини Вестерн-блот-аналізом. Результати. Для визначення вмісту білків eEF1Bα, eEF1Bβ і eEF1Bγ отримано поліклональні антитіла до цих субодиниць. Спостерігали тенденцію до підвищення рівня білка eEF1B в гліобластомах. Відмінності в рівні білків eEF1A, eEF1Bα та eEF1Bβ в гліальних пухлинах у порівнянні з умовною нормою виявилися несуттєвими. Висновки. Ця робота є продовженням попередніх досліджень, де вивчали рівень мРНК, які кодують субодиниці комплексу eEF1H у пухлинах головного мозку людини. Виявлене зростання концентрації білка eEF1Bγ в гліобластомах, що відбувалося на фоні практичної відсутності розбіжностей в експресії інших субодиниць комплексу, може свідчити про виконання субодиницею eEF1Bγ певної пухлинозалежної ролі, окремої від трансляційної функції комплексу eEF1H.Цель. Проанализировать содержание всех субъединиц фактора элонгации трансляции eEF1H (eEF1A, eEF1Bα, eEF1Bβ и eEF1Bγ) в глиальных опухолях головного мозга человека по сравнению с условной нормой. Методы. Компоненты комплекса eEF1H исследовали в клинических образцах глиальных опухолей человека Вестерн-блот-анализом. Результаты. Для определения содержания белков eEF1Bα, eEF1Bβ и eEF1Bγ получены поликлональные антитела против этих субъединиц. Наблюдалась тенденция к повышению уровня белка eEF1Bγ в глиобластомах. Отличия в уровнях белков eEF1A, eEF1Bα и eEF1Вβ оказались несущественными. Выводы. Эта работа продолжает предыдущие исследования по изучению уровня мРНК, кодирующих субъединицы комплекса eEF1H в опухолях головного мозга человека. Выявленное увеличение концентрации белка eEF1Bγ в глиобластомах, происходящее на фоне практически отсутствующих изменений в уровнях экспрессии других субъединиц комплекса, может указывать на выполнение субъединицей eEF1Bγ определенной опухоль-зависимой роли, отдельной от трансляционного комплекса eEF1H

Stimulation of transient versus sustained ERK1/2 phosphorylation by relative chitinase-like proteins CHI3L1 and CHI3L2 correlates with different kinase localization and biological outcome

Aim. To determine 293 and U373 cell response and ERK1/2 activation profile after CHI3L1 or CHI3L2 treatment. Methods. Specific activation and localization of ERK1/2 kinases after CHI3L1 or CHI3L2 addition to unsupplemented cell medium were evaluated by Western blots, immunofluorescence and confocal microscopy. To determine whether CHI3L1 or CHI3L2 can enhance mitogenesis, [3H]thymidine incorporation in cellular DNA was measured. Results. The obtained results show that ERK1/2 phosphorylation was stimulated in both cell types (293 and U373 cells) following addition of CHI3L2 or CHI3L1 in dose- and time-dependent manner. Unexpectedly, in opposite to CHI3L1, the dose-dependent decreasing of measured mitogenesis parameters was observed in 293 and U373 cells. In both cell types the treatment with CHI3L2 gave more sustained than CHI3L1 MAPK-pathway activation with prolonged phospho-ERK1/2 nuclear accumulation in 293 cells. Conclusions. In contrast to the activation of ERK1/2 phosphorylation by CHI3L1 cell treatment, that leads to a proliferative signal, the activation of these kinases by CHI3L2 addition inhibits cell mitogenesis and proliferation in serum starved 293 and U373 cells. Keywords: chitinase 3-like 1 protein (CHI3L1), chitinase 3-like 2 protein (CHI3L2), MAP kinase, mitogenesis.Мета. Визначити клітинну відповідь та встановити профіль активації кіназ ERK1/2 після обробки клітин 293 та U373 білками CHI3L1 чи CHI3L2. Методи. Специфічну активацію і локалізацію кіназ ERK1/2 після внесення білків CHI3L1 або CHI3L2 до клітинного середовища, що не містить сироватки, проаналізовано Вестерн-блот аналізо та методами імунофлуоресценції і конфокальної мікроскопії. Для встановлення, чи зможе додавання білків CHI3L1 або CHI3L2 посилювати мітогенез, застосовано аналіз інкорпорації [3H]тимідину в клітинну ДНК. Результати. Отримані результати демонструють, що стимуляція фосфорилювання кіназ ERK1/2 після додавання CHI3L1 або CHI3L2 має дозо- та часозалежний характер. Виявилося, що, на відміну від CHI3L1, дозозалежне пригнічення інкорпорації [3H]тимідину констатовано у 293 та U373 клітинах. В обох типах клітин обробка білком CHI3L2 викликає тривалішу активацію каскаду МАРК, ніж обробка білком CHI3L1, з акумулюванням кіназ ERK1/2 у ядрі клітин 293. Висновки. На противагу активації фосфорилювання кіназ ERK1/2 внаслідок обробки клітин білком CHI3L1, що спричиняє проліферацію, стимуляція цих кіназ додаванням білка CHI3L2 пригнічує мітогенез у клітинах 293 та U373, що перебувають у стані сироваткового голодування. Ключові слова: хітиназа 3-подібний білок 1 (CHI3L1), хітиназа 3-подібний білок 2 (CHI3L2), MAP-кіназа, мітогенез.Цель. Определить клеточный ответ и профиль активации киназ ERK1/2 после обработки клеток 293 и U373 белками CHI3L1 или CHI3L2. Методы. Специфическую активацию и локализацию киназ ERK1/2 после внесения белков CHI3L1 или CHI3L2 в клеточную среду, где отсутствует сыворотка, проанализировано методами Вестерн-блот анализа, иммунофлуоресценции и конфокальной микроскопии. Для определения, будет ли добавление белков CHI3L1 или CHI3L2 увеличивать митогенез, использован анализ инкорпорации [3H]тимидина в клеточную ДНК. Результаты. Полученные результаты демонстрируют, что стимуляция фосфорилирования киназ ERK1/2 после добавления CHI3L1 либо CHI3L2 имеет зависящий от дозы и времени характер. Оказалось, что, в отличие от CHI3L1, дозозависимое угнетение инкорпорации [3H] тимидина констатировано в 293- и U373-клетках. В обоих типах клеток обработка белком CHI3L2 вызывает более длительную активацию каскада МАРК, нежели обработка белком CHI3L1, с аккумуляцией киназ ERK1/2 в ядрах клеток 293. Выводы. В отличие от активации фосфорилирования киназ ERK1/2 после обработки клеток белком CHI3L1, приводящей к пролиферации, стимуляция этих киназ добавлением белка CHI3L2 угнетает митогенез в клетках 293 и U373, находящихся в состоянии сывороточного голодания. Ключевые слова: хитиназа 3-подобный белок 1 (CHI3L1), хитиназа 3-подобный белок 2 (CHI3L2), MAP-киназа, митогенез

Growth suppression activity of bradykinin antagonists in glioma cells

The present study was Aimed at analyzing the effect of bradykinin (BK) antagonists on proliferation of the human glioblastoma cells U373. Methods. MTT-based cell proliferation assay. Results. BKM-570 revealed a significant antiproliferative activity in the U373 cells with LC50 3,8 M. Conclusions. The antiproliferative properties of BK antagonists were shown in vitro using the glioma cells. Further investigations of the molecular mechanisms of their action and pre-clinical studies on animal models are needed for the evaluation of these compounds as new anti-cancer drugs.Мета цього дослідження полягала в аналізі впливу антагоністів брадикініну на проліферацію клітин гліобластоми людини U373. Методи. МТТ аналіз пролиіферації клітин. Результати. BKM-570 продемонстрував значну антипроліферативну активність у клітинах U373 (LC50 3,8 мкМ). Висновки. Антипроліферативні властивості антагоністів брадикініну показано з використанням моделі гліоми in vitro. Подальші дослідження молекулярних механізмів дії, а також доклінічні випробування із застосуванням тваринних моделей необхідні для оцінювання зазначених сполук як нових протиракових препаратів.Цель данного исследования состояла в анализе влияния антагонистов брадикинина на пролиферацию клеток глиобластомы человека U373. Методы. МТТ анализ пролиферации клеток. Результаты. BKM-570 продемонстрировал значительную антипролиферативную активность в клетках U373 (LC50 3,8 мкМ). Выводы. Антипролиферативные свойства антагонистов брадикинина показаны с использованием модели глиомы in vitro. Дальнейшие исследования молекулярных механизмов действия, а также доклинические испытания с применением животных моделей необходимы для оценки этих соединений в качестве новых противораковых препаратов