Влияние нокаута по гену урокиназы у мышей C57BL/6-PlautmI. IBugThisPlau6FDhu/ GFDhu на факторы роста при злокачественной меланоме

Цель исследования. Изучить особенности динамики факторов роста в условно здоровой коже, опухоли и перифокальной зоне меланомы у мышей с нокаутом по урокиназе (uPA).

Материалы и методы. Исследование проведено на разнополых мышах линий С57 ВL/6 (n=47) и C57BL/ 6-Plautm1.1BugThisPlauGFDhu/GFDhu – с нокаутом по uPA (n=31). Меланому В16/F10 перевивали под кожу в дозе 0,5 мл (1:10 в физ. растворе). Контроль – интактные мыши соответствующей линии. В коже, опухоли и перифокальной зоне, выделенных на 21‑й день роста опухоли, методом иммуноферментного анализа (ИФА) определяли уровни VEGFA, VEGFC, sVEGFR1, sVEGFR3, IGF1, IGF2, TGFβ1 и FGF21.

Результаты. Нокаут по uPA замедлял рост (больше у самок) и метастазирование (больше у самцов) меланомы у мышей. Тормозить миграцию злокачественных клеток у самцов мог низкий уровень TGF-β1 – меньший, чем у мышей линии C57BL/6: в коже – в 5,0 раз, в опухоли – в 1,8 раза, в перифокальной зоне – в 6,1 раза. У самок с нокаутом по uPA меньшая, чем у самцов, редукция TGF-β1 в опухоли (в 1,4 раза) ограничивала метастазирование, но полностью его не подавляла – регистрировались единичные очаги в легких. Высокая концентрация IGF1 в тканях у всех мышей с нокаутом по uPA: у самцов в опухоли – в 1,4 раза, в перифокальной зоне – в 2,6 раза, в коже – в 3,6 раза, у самок в опухоли – в 2,6 раза, в перифокальной зоне – в 25,0 раз, в коже – в 13,9 раза по сравнению с мышами линии С57 ВL/6 могла поддерживать метастатический фенотип раковых клеток (у самок) или бóльшую пролиферативную активность клеток меланомы (у самцов). Низкий уровень FGF‑21 в опухоли (у самцов – в 5,3 раза, у самок – в 18,4 раза), перифокальной зоне (у самцов – в 9,6 раза, у самок – в 8,5 раза) и коже (у самцов – в 6,7 раза, у самок – в 3,3 раза) у животных с нокаутом по uPA мог быть обусловлен ростом IGF‑1, поскольку известно об их реципрокном взаимодействии. Неожиданным оказалось значительное, хотя и меньшее, чем у мышей с нормальным генотипом, накопление VEGFА в ткани меланомы: у самцов в опухоли – в 44,9 раза, в перифокальной зоне – в 6,8 раза, в коже – в 2,4 раза, у самок в опухоли – в 5,6 раза, в перифокальной зоне – в 2,6 раза, в коже – в 3,3 раза по сравнению с соответствующим интактным контролем вследствие вероятного участия рецептора uPA (uPAR) в реализации VEGF-индуцированных процессов.

Заключение. Нокаут по гену uPA, изменяя активность системы ряда ростовых факторов, модифицирует метаболизм меланомы, замедляя ее рост и устраняя или снижая ее метастатическую активность.

1. Lampreht Tratar U, Horvat S, Cemazar M. Transgenic Mouse Modelsin Cancer Research. Front Oncol. 2018; 8:268. https://doi.org/10.3389/fonc.2018.00268

2. Duffy MJ. The urokinase plasminogen activator system: role in malignancy. Curr Pharm Des. 2004; 10(1):39–49. https://doi.org/10.2174/1381612043453559

3. Франциянц Е.М., Бандовкина В.А., Погорелова Ю.А., Ткаля Л.Д., Черярина Н.Д. Активность компонентов системы активации плазминогена и некоторых факторов неоангиогенеза в динамике развития перевиваемой меланомы В16/F10. Современные проблемы науки и образования. 2015;(5):617.

4. Gutierrez LS, Schulman A, Brito-Robinson T, Noria F, Ploplis VA, Castellino FJ. Tumor Development Is Retarded in Mice Lacking the Gene for Urokinase-Type Plasminogen Activator or Its Inhibitor, Plasminogen Activator Inhibitor 1. Cancer Res. 2000 Oct 15; 60(20):5839–5847.

5. Almholt K, Lund LR, Rygaard J, Nielsen BS, Danø K, Rømer J, et al. Reduced metastasis of transgenic mammary cancer in urokinase-deficient mice. International Journal of Cancer. 2005; 113(4):525–532. https://doi.org/10.1002/ijc.20631

6. Subramanian R, Gondi CS, Lakka SS, Jutla A, Rao JS. siRNA-mediated simultaneous downregulation of uPA and its receptor inhibits angiogenesis and invasiveness triggering apoptosis in breast cancer cells. International Journal of Oncology. 2006 Apr 1; 28(4):831–839. https://doi.org/10.3892/ijo.28.4.831

7. Aguirre-Ghiso JA, Liu D, Mignatti A, Kovalski K, Ossowski L. Urokinase Receptor and Fibronectin Regulate the ERKMAPK to p38MAPK Activity Ratios That Determine Carcinoma Cell Proliferation or Dormancy In Vivo. MBoC. 2001 Apr 1; 12(4):863–879. https://doi.org/10.1091/mbc.12.4.863

8. Ulisse S, Baldini E, Sorrenti S, D’Armiento M. The urokinase plasminogen activator system: a target for anti-cancer therapy. Curr Cancer Drug Targets. 2009 Feb; 9(1):32–71. https://doi.org/10.2174/156800909787314002

9. Чехонин В.П., Шеин С.А., Корчагина А.А., Гурина О.И. Роль VEGF в развитии неопластического ангиогенеза. Вестник Российской академии медицинских наук. 2012; 67(2):23–34. https://doi.org/10.15690/vramn.v67i2.119

10. Ferrara N, Gerber H P, LeCouter J. The biology of VEGF and its receptors. Nat Med. 2003 Jun; 9(6):669–76. https://doi.org/10.1038/nm0603–669

11. Pollak M. Insulin and insulin-like growth factor signalling in neoplasia. Nat Rev Cancer. 2008 Dec; 8(12):915–928. https://doi.org/10.1038/nrc2536

12. Santos Bernardes S, de Souza-Neto FP, Pasqual Melo G, Guarnier FA, Marinello PC, Cecchini R, et al. Correlation of TGF-β1 and oxidative stress in the blood of patients with melanoma: a clue to understanding melanoma progression? Tumor Biol. 2016 Aug 1; 37(8):10753–10761. https://doi.org/10.1007/s13277–016–4967–4

13. Кит О.И., Франциянц Е. М., Котиева И. М., Каплиева И. В., Трепитаки Л. К., Бандовкина В.А. и др. Некоторые механизмы повышения злокачественности меланомы на фоне хронической боли у самок мышей. Российский журнал боли. 2017; 2(53):14–20.

14. Zhang J, Sud S, Mizutani K, Gyetko MR, Pienta KJ. Activation of urokinase plasminogen activator and its receptor axis is essential for macrophage infiltration in a prostate cancer mouse model. Neoplasia. 2011 Jan; 13(1):23–30. https://doi.org/10.1593/neo.10728

15. Breuss JM, Uhrin P. VEGF-initiated angiogenesis and the uPA/uPAR system. Cell Adhesion & Migration. 2012 Nov 17; 6(6):535–540. https://doi.org/10.4161/cam.22243

16. Carmeliet P, Collen D. Transgenic mouse modelsin angiogenesis and cardiovascular disease. J Pathol. 2000Feb; 190(3):387–405. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096–9896(200002)190:33.0.CO;2 R

17. Kriegbaum MC, Clausen OPF, Lærum OD, Ploug M. Expression of the Ly6/uPAR-domain proteins C4.4A and Haldisin in non-invasive and invasive skin lesions. J Histochem Cytochem. 2015; 63(2):142–154. https://doi.org/10.1369/0022155414563107

18. Shi H, Liu L, Liu L–M, Geng J, Chen L. Inhibition of tumor growth by β-elemene through downregulation of the expression of uPA, uPAR, MMP 2, and MMP 9 in a murine intraocular melanoma model. Melanoma Res. 2015 Feb; 25(1):15–21. https://doi.org/10.1097/CMR.0000000000000124

19. Alexander RA, Prager GW, Mihaly-Bison J, Uhrin P, Sunzenauer S, Binder BR, et al. VEGF-induced endothelial cell migration requires urokinase receptor(uPAR)-dependent integrin redistribution. Cardiovasc Res. 2012 Apr 1; 94(1):125–135. https://doi.org/10.1093/cvr/cvs017

20. Hugdahl E, Bachmann IM, Schuster C, Ladstein RG, Akslen LA. Prognostic value of uPAR expression and angiogenesis in primary and metastatic melanoma. PLOS ONE. 2019 Jan 14; 14(1): e0210399. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0210399

21. Roberts AB, Wakefield LM. The two faces of transforming growth factor beta in carcinogenesis. Proc Natl Acad Sci USA. 2003 Jul 22; 100(15):8621–8623. https://doi.org/10.1073/pnas.1633291100

22. Jo M, Thomas KS, Marozkina N, Amin TJ, Silva CM, Parsons SJ, et al. Dynamic assembly of the urokinase-type plasminogen activator signaling receptor complex determines the mitogenic activity of urokinase-type plasminogen activator. J Biol Chem. 2005 Apr 29; 280(17):17449–17457. https://doi.org/10.1074/jbc. M413141200

23. Santibanez JF. Transforming growth factor-Beta and urokinase-type plasminogen activator: dangerous partners in tumorigenesis-implications in skin cancer. ISRN Dermatol. 2013 Jul 18; 2013:597927. https://doi.org/10.1155/2013/597927

24. Humbert L, Lebrun J J. TGF-beta inhibits human cutaneous melanoma cell migration and invasion through regulation of the plasminogen activator system. Cellular Signalling. 2013 Feb 1; 25(2):490–500. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2012.10.011

25. Ramont L, Pasco S, Hornebeck W, Maquart F X, Monboisse JC. Transforming growth factor-beta1 inhibits tumor growth in a mouse melanoma model by down-regulating the plasminogen activation system. Exp Cell Res. 2003 Nov 15; 291(1):1–10. https://doi.org/10.1016/s0014–4827(03)00336–7

26. Xie T, Leung PS. Fibroblast growth factor 21: a regulator of metabolic disease and health span. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 2017 May 30; 313(3): E292– E302. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00101.2017

27. Ables GP, Perrone CE, Orentreich D, Orentreich N. Methionine-restricted C57BL/6J mice are resistant to diet-induced obesity and insulin resistance but have low bone density. PLoS ONE. 2012; 7(12): e51357. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0051357

28. Bendall SC, Stewart MH, Menendez P, George D, Vijayaragavan K, Werbowetski-Ogilvie T, et al. IGF and FGF cooperatively establish the regulatory stem cell niche of pluripotent human cellsinvitro. Nature. 2007Aug; 448(7157):1015–1021. https://doi.org/10.1038/nature06027

29. Ziegler AN, Chidambaram S, Forbes BE, Wood TL, Levison SW. Insulin-like Growth Factor-II(IGF-II) and IGF-II Analogs with Enhanced Insulin Receptor-a Binding Affinity Promote Neural Stem Cell Expansion. J Biol Chem. 2014 Feb 21; 289(8):4626– 4633. https://doi.org/10.1074/jbc.M113.537597

30. Malaguarnera R, Belfiore A. The emerging role of insulin and insulin-like growth factor signaling in cancer stem cells. Front Endocrinol (Lausanne). 2014; 5:10. https://doi.org/10.3389/fendo.2014.00010