Механизмы повышения чувствительности опухолевых клеток к ионизирующему излучению: роль р53 и перепрограммирования транскрипции

Лаборатория гранта: Экспериментальная онкология

 

Абстракт: Лучевая терапия – один из наиболее распространенных и эффективных методов борьбы со злокачественными опухолями. Однако, в ответ на ионизирующее излучение в опухолевых клетках активируются механизмы выживания, что снижает эффективность лечения и повышает вероятность прогрессии заболевания. В возникновении данного феномена одну из ключевых ролей играют сигнальные пути, регулируемые супрессором опухолей p53. Этот механизм необходим для остановки репликации ДНК и запуска программ репарации; в случае сильного стрессового воздействия и масштабных клеточных повреждений активируются каскады гибели клеток.
Регуляция р53-зависимого ответа клеток на ионизирующее излучение имеет по крайней мере два аспекта: с одной стороны, после повреждения ДНК уровень белка р53 возрастает, что вызывает остановку клеточного цикла в фазах G1 и G2/M и, следовательно, даёт возможность для репарации ДНК и накопления клеток в этих контрольных точках. Клетки с мутантным p53 не подвергаются аресту после облучения, в результате чего инициируется гибель. С другой стороны, клетки, несущие инактивирующие мутации р53, могут выживать – так как р53-зависимый апоптоз не функционирует – и поддерживать выживание окружающих клеток (паракринная регуляция выживаемости), позволяя опухоли рецидивировать. Механизм, отвечающий за это явление – перепрограммирование транскрипции генов с участием протеинкиназ CDK8/19. Этот механизм обеспечивает активацию ряда анти-апоптотических генов и становление паракринной защиты. Таким образом, проблема радиочувствительности опухолей требует как выяснения роли отдельных р53-зависимых и независимых каскадов в опухолевых клетках, так и предотвращения транскрипционных ответов микроокружения.
Наш проект посвящён изучению влияния белка p53 на выживание опухолевых клеток человека при облучении терапевтическими дозами гамма-фотонов и установлению механизмов преодоления этого клинически неблагоприятного фенотипа при селективном ингибировании перепрограммирования транскрипции.

 

Результаты: Мы продемонстрировали, что клетки карциномы толстой кишки человека HCT116 (p53 дикого типа) претерпевают зависимую от времени и дозы остановку в фазе G2 / M  клеточного цикла и ускоренное старение после λ-облучения однократной дозой 2-10 Гр. Фактически не было зарегистрировано событий SubG1 (апоптоза). Однако облучение изогенной сублинии HCT116p53KO (нефункциональный p53) было летальным. Эти эффекты наблюдались в массовой культуре клеток, а также при клоногенном анализе. Облучение клеток HCT116 индуцировало p53, p21, PUMA и NOXA на транскрипционном и трансляционном уровнях, тогда как ни один из этих маркеров не регулировался в аналогах HCT116p53KO. Эти результаты предполагают участие р53-опосредованных процессов, особенно р53 / р21-зависимой остановки клеточного цикла, в уходе опухолевых клеток от индуцированной радиацией гибели. Чтобы предотвратить активацию передачи сигналов p53, клетки HCT116 облучали в присутствии селективных ингибиторов CDK8 / 19 (CDK8 / 19i). По отдельности каждый из двух химически неродственных CDK8 / 19i (до 1 мкМ) не влиял на выживаемость клеток в течение 14 дней. Однако в сочетании с облучением 4-10 Гр CDK8 / 19i эффективно предотвращал накопление клеток на границе G2 / M и значительно увеличивал процент мертвых клеток.
Наши результаты показывают, что ингибирование CDK8 / 19 в облученных клетках p53 дикого типа функционально сходно с нокаутом p53: фармакологическое ослабление ответов p53 (клетки HCT116) или генетическая инактивация p53 (клетки HCT116p53KO) отменяют контрольную точку G2 / M и препятствуют восстановлению радиационно-индуцированного повреждения. Таким образом, ингибирование репрограммирования транскрипции, опосредованного CDK8 / 19, является терапевтически привлекательным подходом к радиосенсибилизации опухолей.