Сигнальный путь STAT3/Snail и развитие толерантности к гипоксии клеток рака молочной железы
- Авторы: Андреева О.Е.1, Сорокин Д.В.1, Щербаков А.М.1,2, Винокурова С.В.1, Копнин П.Б.1, Елкина Н.В.1, Федорова М.Д.1, Катаргин А.Н.1, Елкин Д.С.1, Красильников М.А.1
-
Учреждения:
- Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
- Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе
- Выпуск: Том 90, № 8 (2025)
- Страницы: 1163-1176
- Раздел: Статьи
- URL: https://medbiosci.ru/0320-9725/article/view/356272
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320972525080078
- EDN: https://elibrary.ru/VCDZMO
- ID: 356272
Цитировать
Аннотация
Характерной особенностью злокачественных новообразований является длительный рост в условиях гипоксии, обусловленной недостаточной оксигенацией опухолевой ткани. Хроническая гипоксия сопровождается постепенной адаптацией опухолевых клеток к низкому содержанию кислорода: повышением выживаемости клеток при гипоксии, развитием устойчивости к противоопухолевым препаратам, увеличением метастатического потенциала клеток. Целью работы явилось изучение механизмов, участвующих в развитии и поддержании толерантности клеток рака молочной железы к хронической гипоксии. В условиях длительного культивирования in vitro при пониженном содержании кислорода (1% O2) были получены толерантные к гипоксии клеточные сублинии люминального (MCF-7/H) и трижды негативного (MDA-MB-231/H) рака молочной железы, характеризующиеся стабильным ростом в гипоксии. Показано, что развитие толерантности к гипоксии сопровождается активацией HIF-1α-зависимого транскрипционного фактора STAT3 и стабильной гиперэкспрессией Snail - одного из ключевых эффекторов STAT3; продемонстрировано участие miR-181a-2 в направленной регуляции последних. Исследование статуса метилирования ДНК не выявило значимых изменений в экспрессии/активности ДНК-метилтрансфераз (DNMT) в резистентных клетках. В то же время подавление DNMT при действии ингибитора децитабина или в результате генетического нокдауна повышало чувствительность клеток к гипоксии и приводило к частичной реверсии резистентного фенотипа на фоне выраженной активации p53-сигнального пути. В целом, результаты свидетельствуют, что приобретенная устойчивость клеток рака молочной железы к гипоксии может быть основана, по крайней мере частично, на активации сигнального пути miR-181a-2/STAT3/Snail, и деметилирующие агенты могут рассматриваться как перспективные препараты, направленно снижающие выживаемость опухолевых клеток в условиях гипоксии.
Ключевые слова
Об авторах
О. Е. Андреева
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Автор, ответственный за переписку.
Email: tilberta@gmail.com
Москва
Д. В. Сорокин
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
А. М. Щербаков
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России; Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе
Email: tilberta@gmail.com
Москва; Москва
С. В. Винокурова
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
П. Б. Копнин
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
Н. В. Елкина
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
М. Д. Федорова
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
А. Н. Катаргин
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
Д. С. Елкин
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: tilberta@gmail.com
Москва
М. А. Красильников
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России
Email: krasilnikovm1@ya.ru
Москва
Список литературы
- Semenza, G. L. (2016) The hypoxic tumor microenvironment: a driving force for breast cancer progression, Biochim. Biophys. Acta, 1863, 382-391, https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2015.05.036.
- Rankin, E. B., Nam, J. M., and Giaccia, A. J. (2016) Hypoxia: signaling the metastatic cascade, Trends Cancer, 2, 295-304, https://doi.org/10.1016/j.trecan.2016.05.006.
- Shi, R., Liao, C., and Zhang, Q. (2021) Hypoxia-driven effects in cancer: characterization, mechanisms, and therapeutic implications, Cells, 10, 678, https://doi.org/10.3390/cells10030678.
- Lundgren, K., Holm, C., and Landberg, G. (2007) Hypoxia and breast cancer: prognostic and therapeutic implications, Cell. Mol. Life Sci., 64, 3233-3247, https://doi.org/10.1007/s00018-007-7390-6.
- Petrova, V., Annicchiarico-Petruzzelli, M., Melino, G., and Amelio, I. (2018) The hypoxic tumour microenvironment, Oncogenesis, 7, 10, https://doi.org/10.1038/s41389-017-0011-9.
- Conley, S. J., Gheordunescu, E., Kakarala, P., Newman, B., Korkaya, H., Heath, A. N., Clouthier, S. G., and Wicha, M. S. (2012) Antian-giogenic agents increase breast cancer stem cells via the generation of tumor hypoxia, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, 2784-2789, https://doi.org/10.1073/pnas.1018866109.
- Claesson‐Welsh, L., and Welsh, M. (2013) VEGFA and tumour angiogenesis, J. Int. Med., 273, 114-127, https://doi.org/10.1111/joim.12019.
- Kinoshita, M., Johnson, D. L., Shatney, C. H., Lee, Y. L., and Mochizuki, H. (2001) Cancer cells surviving hypoxia obtain hypoxia re-sistance and maintain anti‐apoptotic potential under reoxygenation, Int. J. Cancer, 91, 322-326, https://doi.org/10.1002/1097-0215(200002)9999:9999<::AID-IJC1064>3.0.CO;2-P.
- Lee, P., Chandel, N. S., and Simon, M. C. (2020) Cellular adaptation to hypoxia through hypoxia inducible factors and beyond, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 21, 268-283, https://doi.org/10.1038/s41580-020-0227-y.
- Romero, Y., and Aquino-Galvez, A. (2021) Hypoxia in cancer and fibrosis: part of the problem and part of the solution, Int. J. Mol. Sci., 22, 8335, https://doi.org/10.3390/ijms22158335.
- Choudhry, H., and Harris, A. L. (2018) Advances in hypoxia-inducible factor biology, Cell Metab., 27, 281-298, https://doi.org/10.1016/j.cmet.2017.10.005.
- Pant, D., Narayanan, S. P., Vijay, N., and Shukla, S. (2020) Hypoxia-induced changes in intragenic DNA methylation correlate with al-ternative splicing in breast cancer, J. Biosci., 45, 3, https://doi.org/10.1007/s12038-019-9977-0.
- Mosmann, T. (1983) Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays, J. Immunol. Methods, 65, 55-63, https://doi.org/10.1016/0022-1759(83)90303-4.
- Scherbakov, A. M., Vorontsova, S. K., Khamidullina, A. I., Mrdjanovic, J., Andreeva, O. E., Bogdanov, F. B., Salnikova, D. I., Jurisic, V., Zavarzin, I. V., and Shirinian, V. Z. (2023) Novel pentacyclic derivatives and benzylidenes of the progesterone series cause anti-estrogenic and antiproliferative effects and induce apoptosis in breast cancer cells, Invest. New Drugs, 41, 142-152.
- Livak, K. J., and Schmittgen, T. D. (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method, Methods, 25, 402-408, https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262.
- Scherbakov, A. M., Komkov, A. V., Komendantova, A. S., Yastrebova, M. A., Andreeva, O. E., Shirinian, V. Z., Hajra, A., and Volkova, Y. A. (2018) Steroidal pyrimidines and dihydrotriazines as novel classes of anticancer agents against hormone-dependent breast cancer cells, Front. Pharmacol., 8, 289196, https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00979.
- Scherbakov, A. M., Lobanova, Y. S., Shatskaya, V. A., Onopchenko, O. V., Gershtein, E. S., and Krasil’nikov, M. A. (2006) Activation of mitogenic pathways and sensitization to estrogen-induced apoptosis: two independent characteristics of tamoxifen-resistant breast cancer cells? Breast Cancer Res. Treat., 100, 1-11, https://doi.org/10.1007/s10549-005-9075-x.
- Mruk, D. D., and Cheng, C. Y. (2011) Enhanced chemiluminescence (ECL) for routine immunoblotting: an inexpensive alternative to commercially available kits, Spermatogenesis, 1, 121-122, https://doi.org/10.4161/ spmg.1.2.16606.
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., and Eliceiri, K. W. (2012) NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis, Nat. Methods, 9, 671-675, https://doi.org/10.1038/nmeth.2089.
- Alonso Villela, S. M., Kraïem, H., Bouhaouala-Zahar, B., Bideaux, C., Aceves Lara, C. A., and Fillaudeau, L. (2020) A protocol for re-combinant protein quantification by densitometry, MicrobiologyOpen, 9, 1175-1182, https://doi.org/10.1002/mbo3.1027.
- Cañada-García, D., and Arévalo, J. C. (2023) A simple, reproducible procedure for chemiluminescent western blot quantification, Bio-Protocol, 13, e4667, https://doi.org/10.21769/BioProtoc.4667.
- Andreeva, O. E., Sorokin, D. V., Vinokurova, S. V., Kopnin, P. B., Elkina, N. V., Katargin, A. N., Faskhutdinov, R. S., Salnikova, D. I., Scherbakov, A. M., and Krasil’nikov, M. A. (2024) Breast cancer cell resistance to hormonal and targeted therapeutics is correlated with the inactivation of the NR6A1 axis, Cancer Drug Resist., 7, 48, https://doi.org/10.20517/cdr.2024.69.
- Nanduri, J., Semenza, G. L., and Prabhakar, N. R. (2017) Epigenetic changes by DNA methylation in chronic and intermittent hypoxia, Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol., 313, L1096-L1100, https://doi.org/10.1152/ajplung.00325.2017.
- Niu, J., Xue, A., Chi, Y., Xue, J., Wang, W., Zhao, Z., Fan, M., Yang, C. H., Shao, Z.-m., and Pfeffer, L. M. (2016) Induction of miR-NA-181a by genotoxic treatments promotes chemotherapeutic resistance and metastasis in breast cancer, Oncogene, 35, 1302-1313, https://doi.org/10.1038/onc.2015.189.
- Semenza, G. L. (1999) Regulation of mammalian O2 homeostasis by hypoxia-inducible factor 1, Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 15, 551-578, https://doi.org/10.1146/annurev.cellbio.15.1.551.
- Dzhalilova, D. S., and Makarova, O. V. (2021) HIF-dependent mechanisms of relationship between hypoxia tolerance and tumor devel-opment, Biochemistry (Moscow), 86, 1163-1180, https://doi.org/10.1134/ S0006297921100011.
- Carmeliet, P. (2005) VEGF as a key mediator of angiogenesis in cancer, Oncology, 69, 4-10, https://doi.org/10.1159/000088478.
- Semba, H., Takeda, N., Isagawa, T., Sugiura, Y., Honda, K., Wake, M., Miyazawa, H., Yamaguchi, Y., Miura, M., and Jenkins, D. M. (2016) HIF-1α-PDK1 axis-induced active glycolysis plays an essential role in macrophage migratory capacity, Nat. Commun., 7, 11635, https://doi.org/10.1038/ncomms11635.
- He, Y., Luo, Y., Zhang, D., Wang, X., Zhang, P., Li, H., Ejaz, S., and Liang, S. (2019) PGK1-mediated cancer progression and drug re-sistance, Am. J. Cancer Res., 9, 2280-2302.
- Acs, G., Acs, P., Beckwith, S. M., Pitts, R. L., Clements, E., Wong, K., and Verma, A. (2001) Erythropoietin and erythropoietin receptor expression in human cancer, Cancer Res., 61, 3561-3565.
- Kordaß, T., Osen, W., and Eichmüller, S. B. (2018) Controlling the immune suppressor: transcription factors and microRNAs regulating CD73/NT5E, Front. Immunol., 9, 813, https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.00813.
- Chou, C.-W., Wang, C.-C., Wu, C.-P., Lin, Y.-J., Lee, Y.-C., Cheng, Y.-W., and Hsieh, C.-H. (2012) Tumor cycling hypoxia induces chemoresistance in glioblastoma multiforme by upregulating the expression and function of ABCB1, Neuro Oncol., 14, 1227-1238, https://doi.org/10.1093/neuonc/nos195.
- Noman, M. Z., Desantis, G., Janji, B., Hasmim, M., Karray, S., Dessen, P., Bronte, V., and Chouaib, S. (2014) PD-L1 is a novel direct target of HIF-1α, and its blockade under hypoxia enhanced MDSC-mediated T cell activation, J. Exp. Med., 211, 781-790, https://doi.org/10.1084/jem.20131916.
- Pires, I. M., Bencokova, Z., Milani, M., Folkes, L. K., Li, J. L., Stratford, M. R., Harris, A. L., and Hammond, E. M. (2010) Effects of acute versus chronic hypoxia on DNA damage responses and genomic instability, Cancer Res., 70, 925-935, https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-09-2715.
- Scanlon, S. E., and Glazer, P. M. (2015) Multifaceted control of DNA repair pathways by the hypoxic tumor microenvironment, DNA Re-pair, 32, 180-189, https://doi.org/10.1016/j.dnarep.2015.04.030.
- Kilic, M., Kasperczyk, H., Fulda, S., and Debatin, K.-M. (2007) Role of hypoxia inducible factor-1 alpha in modulation of apoptosis re-sistance, Oncogene, 26, 2027-2038, https://doi.org/10.1038/sj.onc.1210008.
- Hubbi, M. E., and Semenza, G. L. (2015) Regulation of cell proliferation by hypoxia-inducible factors, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 309, C775-C782, https://doi.org/10.1152/ajpcell.00279.2015.
- Hapke, R. Y., and Haake, S. M. (2020) Hypoxia-induced epithelial to mesenchymal transition in cancer, Cancer Lett., 487, 10-20, https://doi.org/10.1016/j.canlet.2020.05.012.
- Abroun, S., Saki, N., Ahmadvand, M., Asghari, F., Salari, F., and Rahim, F. (2015) STATs: an old story, yet mesmerizing, Cell J.(Yakhteh), 17, 395-411, https://doi.org/10.22074/cellj.2015.1 .
- Shao, H., Cheng, H. Y., Cook, R. G., and Tweardy, D. J. (2003) Identification and characterization of signal transducer and activator of transcription 3 recruitment sites within the epidermal growth factor receptor, Cancer Res., 63, 3923-3930.
- Banerjee, K., and Resat, H. (2016) Constitutive activation of STAT3 in breast cancer cells: a review, Int. J. Cancer, 138, 2570-2578, https://doi.org/10.1002/ijc.29923.
- Ni, Z., Lou, W., Leman, E. S., and Gao, A. C. (2000) Inhibition of constitutively activated Stat3 signaling pathway suppresses growth of prostate cancer cells, Cancer Res., 60, 1225-1228.
- Kim, D. Y., Cha, S. T., Ahn, D. H., Kang, H. Y., Kwon, C. I., Ko, K. H., Hwang, S. G., Park, P. W., Rim, K. S., and Hong, S. P. (2009) STAT3 expression in gastric cancer indicates a poor prognosis, J. Gastroenterol. Hepatol., 24, 646-651, https://doi.org/10.1111/j.1440-1746.2008.05671.x.
- Leeman, R. J., Lui, V. W. Y., and Grandis, J. R. (2006) STAT3 as a therapeutic target in head and neck cancer, Exp. Opin. Biol. Ther., 6, 231-241, https://doi.org/10.1517/14712598.6.3.231.
- Chalikonda, G., Lee, H., Sheik, A., and Huh, Y. S. (2021) Targeting key transcriptional factor STAT3 in colorectal cancer, Mol. Cell Bio-chem., 476, 3219-3228, https://doi.org/10.1007/s11010-021-04156-8.
- Wang, Y. T., Tang, F., Hu, X., Zheng, C. X., Gong, T. J., Zhou, Y., Luo, Y., and Min, L. (2020) Role of crosstalk between STAT3 and mTOR signaling in driving sensitivity to chemotherapy in osteosarcoma cell lines, IUBMB Life, 72, 2146-2153, https://doi.org/10.1002/iub.2349.
- Dinarello, A., Betto, R. M., Diamante, L., Tesoriere, A., Ghirardo, R., Cioccarelli, C., Meneghetti, G., Peron, M., Laquatra, C., and Tiso, N. (2023) STAT3 and HIF1α cooperatively mediate the transcriptional and physiological responses to hypoxia, Cell Death Discov., 9, 226, https://doi.org/10.1038/s41420-023-01507-w.
- He, H., Chen, W., Wang, X., Wang, C., Liu, F., Shen, Z., Xu, J., Gu, J., and Sun, Y. (2012) Snail is an independent prognostic predictor for progression and patient survival of gastric cancer, Cancer Sci., 103, 1296-1303, https://doi.org/10.1111/j.1349-7006.2012.02295.x.
- Heebøll, S., Borre, M., Ottosen, P. D., Dyrskjøt, L., Ørntoft, T. F., and Tørring, N. (2009) Snail1 is over-expressed in prostate cancer, Ap-mis, 117, 196-204, https://doi.org/10.1111/j.1600-0463.2008.00007.x.
- Muenst, S., Däster, S., Obermann, E., Droeser, R., Weber, W., Von Holzen, U., Gao, F., Viehl, C., Oertli, D., and Soysal, S. (2013) Nuclear expression of snail is an independent negative prognostic factor in human breast cancer, Dis. Mark., 35, 337-344, https://doi.org/10.1155/2013/902042.
- Guo, M., Zhuang, H., Huang, J., Shao, X., Bai, N., Li, M., Niu, M., Wei, W., Sun, L., Li, Y., and Qiang, Z. (2023) LINC02870 facilitates SNAIL translation to promote hepatocellular carcinoma progression, Mol. Cell Biochem., 478, 1899-1914, https://doi.org/10.1007/s11010-022-04575-1.
- Scherbakov, A. M., Andreeva, O. E., Shatskaya, V. A., and Krasil’nikov, M. A. (2012) The relationships between snail1 and estrogen re-ceptor signaling in breast cancer cells, J. Cell Biochem., 113, 2147-2155, https://doi.org/10.1002/jcb.24087.
- Lundgren, K., Nordenskjöld, B., and Landberg, G. (2009) Hypoxia, Snail and incomplete epithelial–mesenchymal transition in breast cancer, Br. J. Cancer, 101, 1769-1781, https://doi.org/10.1038/sj.bjc.6605369.
- Saitoh, M., Endo, K., Furuya, S., Minami, M., Fukasawa, A., Imamura, T., and Miyazawa, K. (2016) STAT3 integrates cooperative Ras and TGF-β signals that induce Snail expression, Oncogene, 35, 1049-1057, https://doi.org/10.1038/onc.2015.161.
- De Miguel, F., Lee, S. O., Onate, S. A., and Gao, A. C. (2003) Stat3 enhances transactivation of steroid hormone receptors, Nucl. Recept., 1, 3, https://doi.org/10.1186/1478-1336-1-3.
- Proietti, C. J., Beguelin, W., Flaque, M. C., Cayrol, F., Rivas, M. A., Tkach, M., Charreau, E. H., Schillaci, R., and Elizalde, P. V. (2011) Novel role of signal transducer and activator of transcription 3 as a progesterone receptor coactivator in breast cancer, Steroids, 76, 381-392, https://doi.org/10.1016/j.steroids.2010.12.008.
- Shahrzad, S., Bertrand, K., Minhas, K., and Coomber, B. (2007) Induction of DNA hypomethylation by tumor hypoxia, Epigenetics, 2, 119-125, https://doi.org/10.4161/epi.2.2.4613.
- Watson, J. A., Watson, C. J., McCrohan, A.-M., Woodfine, K., Tosetto, M., McDaid, J., Gallagher, E., Betts, D., Baugh, J., and O’Sullivan, J. (2009) Generation of an epigenetic signature by chronic hypoxia in prostate cells, Hum. Mol. Genet., 18, 3594-3604, https://doi.org/10.1093/hmg/ddp307.
- Yun, Z., and Glazer, P. M. (2015) Tumor suppressor p53 stole the AKT in hypoxia, J. Clin. Invest., 125, 2264-2266, https://doi.org/10.1172/JCI82058.
- Leszczynska, K. B., Foskolou, I. P., Abraham, A. G., Anbalagan, S., Tellier, C., Haider, S., Span, P. N., O’Neill, E. E., Buffa, F. M., and Hammond, E. M. (2015) Hypoxia-induced p53 modulates both apoptosis and radiosensitivity via AKT, J. Clin. Invest., 125, 2385-2398, https://doi.org/10.1172/JCI80402.
- Lu, T. X., and Rothenberg, M. E. (2018) MicroRNA, J. Allergy Clin. Immunol., 141, 1202-1207, https://doi.org/10.1016/ j.jaci.2017.08.034.
- Andreeva, O. E., Sorokin, D. V., Mikhaevich, E. I., Bure, I. V., Shchegolev, Y. Y., Nemtsova, M. V., Gudkova, M. V., Scherbakov, A. M., and Krasil’nikov, M. A. (2021) Towards unravelling the role of ERα-targeting miRNAs in the exosome-mediated transferring of the hormone resistance, Molecules, 26, 6661, https://doi.org/10.3390/ molecules26216661.
- Chung, C. D., Liao, J., Liu, B., Rao, X., Jay, P., Berta, P., and Shuai, K. (1997) Specific inhibition of Stat3 signal transduction by PIAS3, Science, 278, 1803-1805, https://doi.org/10.1126/science.278.5344.1803.
- Jiang, M., Zhang, W., Zhang, R., Liu, P., Ye, Y., Yu, W., Guo, X., and Yu, J. (2020) Cancer exosome-derived miR-9 and miR-181a pro-mote the development of early-stage MDSCs via interfering with SOCS3 and PIAS3 respectively in breast cancer, Oncogene, 39, 4681-4694, https://doi.org/10.1038/s41388-020-1322-4.
- Strotbek, M., Schmid, S., Sanchez-Gonzalez, I., Boerries, M., Busch, H., and Olayioye, M. A. (2017) miR-181 elevates Akt signaling by co-targeting PHLPP2 and INPP4B phosphatases in luminal breast cancer, Int. J. Cancer, 140, 2310-2320, https://doi.org/10.1002/ijc.30661.
- Kalinina, T., Kononchuk, V., Alekseenok, E., Obukhova, D., Sidorov, S., Strunkin, D., and Gulyaeva, L. (2021) Expression of estrogen receptor- and progesterone receptor-regulating MicroRNAs in breast cancer, Genes (Basel), 12, 582, https://doi.org/10.3390/genes12040582.
- Benedetti, R., Papulino, C., Sgueglia, G., Chianese, U., De Marchi, T., Iovino, F., Rotili, D., Mai, A., Nimeus, E., Dell’ Aversana, C., and Altucci, L. (2021) Regulatory interplay between miR-181a-5p and estrogen receptor signaling cascade in breast cancer, Cancers (Basel), 13, 543, https://doi.org/10.3390/cancers13030543.
Дополнительные файлы


