КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-75-10021

НазваниеИзучение функционального программирования опухолеассоциированных макрофагов в прогрессии рака яичников и ответа опухоли на химиотерапию c целью рационализации противоопухолевого лечения

РуководительЛарионова Ирина Валерьевна, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2024 

Конкурс№61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые словарак яичников, опухоль, опухолевое микроокружение, опухолеассоциированные макрофаги, моноциты, асцит, химиотерапия, рецидивирование, метастазирование, молекулярная онкология, биомаркер

Код ГРНТИ76.03.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Рак яичников (РЯ) является одним из наиболее распространенных гинекологических онкологических заболеваний, который имеет самый худший из гинекологических заболеваний прогноз и самый высокий уровень смертности. Актуальность изучения рака яичников обусловлена большим количеством нерешенных вопросов, связанных с диагностикой на поздних стадиях, сложностями в выборе стратегии лечения, высокой долей рецидивов, и, в конечном итоге, низкими показателями эффективности лечения и высокими показателями летальности (Narod, 2016). Несмотря на хороший ответ на первую линию стандартной химиотерапии (ХТ), развитие рецидива, связанного с множественной лекарственной устойчивостью, у пациентов со спорадическими случаями заболевания выявляется в течение короткого периода времени в 70% случаев (Henderson et al., 2018). Выживаемость без прогрессирования составляет примерно от 12 до 18 месяцев, в зависимости от ответа опухоли на химиотерапию (Lheureux et al., 2019). Особенностью РЯ является еще и то, что помимо стандартных путей метастазирования, через лимфатическую и кровеносную систему, метастазирование РЯ чаще происходит через брюшную полость (имплантационный тип). В последнюю декаду убедительно доказано, что опухолевое микроокружение, одним из важнейших компонентов которого являются клетки иммунной системы, определяет опухолевую прогрессию и влияет на эффективность химиотерапии (Larionova I., et al., Oncoimmunology, 2019; Thorsson V et al., Immunity, 2018). Ключевыми клетками врожденного иммунитета в опухолевом микроокружении являются опухолеассоциированные макрофаги (ОАМ). Существует ряд исследований, указывающих на двойственную природу ОАМ в прогрессировании опухоли, в результате которых была обнаружена как про-, так и противоопухолевая активность ОАМ (Larionova et al., 2020a). Пластическая адаптация макрофагов к сложной структурной организации опухолевого окружения приводит к гетерогенности ОАМ, которая может зависеть от типа опухоли, состава микроокружения опухоли и локализации ОАМ в определенных внутриопухолевых компартментах (Larionova et al., 2020; Allavena and Mantovani, 2012; Cassetta et al., 2019). В асците больных раком яичников ОАМ находятся преимущественно в суспензионном состоянии и поддерживают имплантационное метастазирование (Yin et al., 2016). Актуальной является задача выяснить, какие субпопуляции ОАМ существуют при раке яичников, как они взаимодействуют с химиотерапией и как влияют на течение и исход заболевания. В нашем проекте проблема роли врожденного иммунитета в формировании резистентности опухоли к химиотерапии будет изучена на уровне секвенирования единичных клеток опухолевого микроокружения, содержащего ОАМ. Далее, мы проанализируем функциональные субпопуляции ОАМ в опухоли и в асците пациентов с раком яичников. Впервые будет установлена связь транскрипционного программирования и функциональной активации ОАМ с эффективностью ответа опухоли на химиотерапию, вероятностью рецидивирования и метастазирования. В ходе реализации проекта впервые будет установлена связь функционального фенотипа ОАМ в опухоли ответивших и резистентных к ХТ пациентов с субпопуляционным составом иммунного компонента опухоли, уровнем ангиогенеза и лимфангиогенеза, опухоль-ассоциированного фиброза. Будет установлено происхождение макрофагов в асцитической жидкости из внутриопухолевых ОАМ или моноцитов. Будут показаны динамические изменения в субпопуляционном составе ОАМ в процессе химиотерапии. Результаты проекта позволят ответить на фундаментальный вопрос о механизме программирования ОАМ под влиянием ХТ при раке яичников. Решение этого вопроса позволит разработать новые инвазивные (в опухоли) или малоинвазивные маркеры (в асците) прогноза прогрессии заболевания и предсказания эффективности терапии, а также выявить новые мишени для иммунотерапевтических подходов. Разработка эффективных маркеров прогноза течения заболевания и предсказания эффективности химиотерапии позволит рационализировать терапию на основе учета риска метастазирования и рецидивирования, ожидаемой эффективности лекарственного лечения. При этом персонализация терапии позволит избежать токсического влияния при отмене заведомо неэффективной химиотерапии, оптимизировать сроки лечения и экономические затраты, в целом рационализировать и повысить эффективность лечения. Выполнение поставленных задач гарантируется высокой исследовательской и клинической квалификацией участников планируемого проекта, наличием уникальных модельных систем и молекулярных инструментов в области функционального анализа макрофагов второго типа и их маркеров, наличием уникального биобанка материала от пациентов с РЯ. Достижение результата так же гарантируется опытом долгосрочного успешного сотрудничества с НИИ онкологии Томского НИМЦ. Междисциплинарный подход обеспечен мультикомплементарным составом коллектива и спектром технологических платформ. В команду проекта включены клиницисты с большим опытом в лечении пациентов с раком яичников, и специалисты в области молекулярной и клеточной биологии, иммунологии, визуализации (количественной иммуногистохимии и конфокальной микроскопии), многоцветной проточной цитометрии, сортировки клеток, секвенирования следующего поколения, транскриптомного анализа и биоинформатической обработки. Технологическая база ТГУ обладает всей необходимой инфраструктурой и методологией для реализации проекта.

Ожидаемые результаты
В рамках проекта мы получим принципиально важные новые данные о механизме действия врожденного иммунитета в прогрессии рака яичников (РЯ) и его роли в эффективности химиотерапии. Главным фундаментальным научным результатом проекта будет идентификация молекулярных механизмов транскрипционного программирования внутриопухолевых макрофагов рака яичников в динамике противоопухолевого химиотерапевтического лечения на уровне единичных клеток. Впервые будут разработаны молекулярные маркеры ОАМ, предсказывающие индивидуальный ответ пациентов с РЯ на химиотерапевтическое воздействие. Будет идентифицирован профиль моноцитов крови и определен клеточный состав асцитической жидкости с динамическими изменениями во время противоопухолевого лечения. В ходе проекта будут получены комплексные данные, демонстрирующие связь между программированием макрофагов в опухоли и функциональной поляризацией ОАМ в периваскулярной нише и в асцитической жидкости. Будет установлена роль ОАМ в поддержке метастазирования и увеличения риска рецидивирования, а также в снижении чувствительности опухоли к химиотерапевтическим препаратам. Будет определен спектр секретируемых ОАМ цитокинов, ростовых факторов и ферментов, поддерживающих выживание и пролиферацию опухолевых клеток в асците. Будут определены маркеры ОАМ, которые являются значимыми для прогнозирования эффективности предоперационной химиотерапии и дальнейшего прогноза болезни. Будут выявлены уникальные транскрипционные программы ОАМ внутри опухоли и макрофагов в асцитической жидкости пациентов с раком яичников. Будут установлены потенциальные мишени для иммунотерапии и исследован эффект химиотерапевтических препаратов на способность ОАМ фагоцитировать опухолевые клетки. Будет исследована возможность рационализировать дозы и схемы химиотерапевтических препаратов с целью снизить про-метастатические свойства ОАМ и стимулировать их способность уничтожать опухолевые клетки за счет прямого фагоцитоза. Запланированные результаты соответствуют наиболее передовому уровню мировых исследований как по формулировке исследовательских задач, так и по применению мультидисциплинарного научно-технологического подхода с использованием наиболее передовых методов, включающих секвенирование единичных клеток, биоинформатический анализ, методы сортировки клеток, конфокальной микроскопии, функциональных клеточных систем. Высоко актуальным направлением развития международных исследований в области иммуноонкологии является установление молекулярных механизмов программирования про- и противоопухолевых функций врожденного иммунитета. Фундаментальные результаты проекта откроют новые перспективы разработки новых терапевтических противоопухолевых препаратов и окажут существенный экономический и социальный эффект за счет повышения эффективности лечения и повышения качества жизни пациентов. Установленные в проекте новые молекулярные механизмы регуляции микроокружения опухоли позволят в перспективе разработать инновационную стратегию для персонализированной молекулярной терапии рака, направленной на блокировку патологических транскрипционных программ и функций макрофагов, ассоциированных с опухолью. Важным итогом проекта будет подготовка молодых российских ученых в соответствии с высококачественными стандартами международной науки в разработке дизайна инновационного проекта, проведении исследований, публикации результатов и трансляции результатов экспериментальных исследований в клиническую практику. Проект носит ярко выраженный междисциплинарный характер и предполагает использование высокотехнологичных транскриптомных подходов как для достижения результата, так и в дальнейшем для использования технологии в клинической практике и послужит формированию научных и технологических заделов на основе меж- и мультидисциплинарных подходов, для рационализации и персонализации лекарственного лечения, для снижения уровня смертности и инвалидности от онкологических заболеваний и улучшения качества жизни пациентов после терапии. Результаты нашего проекта будут способствовать социальному развитию и экономическому укреплению РФ.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Несмотря на хороший ответ на первую линию стандартной химиотерапии (ХТ), развитие рецидива у пациенток с раком яичников (РЯ) выявляется в течение короткого периода времени в 70% случаев (Henderson et al., 2018). Выживаемость без прогрессирования составляет примерно от 12 до 18 месяцев, в зависимости от ответа опухоли на химиотерапию (Lheureux et al., 2019). Особенностью РЯ является то, что помимо стандартных путей метастазирования, через лимфатическую и кровеносную систему, метастазирование РЯ чаще происходит через брюшную полость (имплантационный тип) (Казакова А.Д. и др., Вестник ТГУ, 2022). Актуальной является задача выяснить, какие субпопуляции опухолеассоцированных макрофагов (ОАМ) существуют при раке яичников, как они взаимодействуют с химиотерапией и как влияют на течение и исход заболевания. В нашем проекте проблема роли врожденного иммунитета в формировании резистентности опухоли к химиотерапии была изучена на уровне секвенирования единичных клеток опухоли (пространственная транскриптомика), содержащей ОАМ. Далее, мы проанализировали функциональные субпопуляции ОАМ в опухоли и в асците пациентов с раком яичников. Распределение CD68+ макрофагов сильно варьировалось среди образцов опухоли яичников (Ракина М.А., и др., 2022). Были обнаружены внутриопухолевые макрофаги с равномерным и диффузным расположением с увеличенным накоплением вокруг/внутри очага некроза и фронта инвазии; равномерно расположенные в пределах всей опухоли; отдельные макрофаги или небольшие группы макрофагов в строме; неравномерное внутриопухолевое расположение макрофагов. Нами также были обнаружены скопления гигантских CD68-позитивных макрофагов, напоминающих пенообразные клетки. Такие ОАМ имеют рыхлую пенистую зернистую цитоплазму, иногда с включениями. Наличие таких макрофагов в опухоли обнаружено в 20 из 42 случаев (почти 50%). Интересно, что все они имеют запущенную стадию рака яичников: 9 пациенток со стадией 3С и 11 пациенток с 4 стадией. Наличие пенообразных ОАМ имело тенденцию ассоциироваться с прогрессированием рака яичников, включая метастазирование и рецидивирование. Дальнейший анализ ИГХ позволил выявить, что пенообразные макрофаги экспрессируют скавенджер-рецептор стабилин-1 почти в 100% случаев. Экспрессия другого маркера M2 CD163 была почти такой же, однако экспрессия CD206 отсутствовала в большинстве образцов. С помощью конфокальной микроскопии мы подтвердили ко-экспрессию стабилина-1 в макрофагах CD68+. Стабилин-1 экспрессировался не менее чем в 50% гигантских ОАМ. Иммунофлюоресцентный анализ нескольких образцов опухоли также продемонстрировал ко-экспрессию других скавенджер-рецепторов: CD163 и CD36, в пенообразных клетках. Подобно ИГХ, в большинстве образцов мы не наблюдали экспрессию CD206 в ОАМ с пенообразной морфологией. Основным результатом нашей работы в отчетном периоде был полнотранскриптомный анализ срезов опухолевой ткани с помощью технологии пространственной транскриптомики единичных клеток – 10x Visium. Анализировались следующие 4 группы: 1) пациентки, получавшие НАХТ, и имевшие неблагоприятный прогноз в течение 2 лет после лечения – рецидивы или метастазы (N=5), 2) пациентки, получавшие НАХТ, и имевшие благоприятный прогноз в течение 2 или более лет после окончания лечения (N=3); 3) пациентки без предоперационного лечения, имевшие неблагоприятный прогноз в течение 2 лет после лечения (N=4); 4) пациентки без предоперационного лечения, имевшие благоприятный прогноз в течение 2 или более лет после окончания лечения (N=4). Основная идея такого дизайна исследования заключалась в сравнении опухолей с благоприятным и неблагоприятным прогнозом, в поиске биомаркеров опухолевой прогрессии, а также влияния НАХТ на композиционный состав опухоли и связи НАХТ с прогрессией опухоли. В результате биоинформатического анализа были выявлены кластеры, экспрессирующие схожие или уникальные группы генов, относящиеся к различным компартментам внутри опухоли и к группам пациенток. В следующем году планируется подробный анализ профилей каждого кластера, поиск общих и уникальных кластеров для каждой экспериментальной группы пациенток, поиск кластеров, которые будут характеризовать опухоли с благоприятным и неблагоприятным исходом заболевания. Также будут охарактеризованы кластеры, в которых локализованы ОАМ. Чрезвычайно важным фактором, определяющим поведение ОАМ в опухолевом очаге, рассматривается и состояние моноцитов крови, которые инфильтрируют в опухоль и являются главным пластическим ресурсом ОАМ. В течение отчетного периода оценка субпопуляционной структуры общего пула моноцитов у пациентов с раком яичников проводилась нами по трем основным субпопуляциям: классические CD14+СD16-, промежуточные CD14+CD16+ и минорные CD14-CD16+. Сравнительный анализ субпопуляционного состава моноцитов больных раком яичников и доноров показал статистически значимые различия для CD163+ субпопуляции макрофагов: CD14+CD16+CD163+ у пациентов 99,78% и у доноров 93,92% (p<0,001); CD14-CD16+CD163+ у пациентов 99,5%, у доноров 93,8% (p<0,001); CD14+CD16+CD163 у пациентов 99,6%, у доноров 62,2% (p<0,001). Значимые различия показаны для промежуточной CD14+CD16+ субпопуляции макрофагов, экспрессирующих CD206 (пациенты – 91,4%, доноры – 90,8%) (p= 0,078); CCR2 (пациенты – 68,60%, доноры – 30,85%) (p<0,001); Tie2 (пациенты – 99,92%, доноры – 99,13%) (p<0,01). Кроме того, повышение в содержании CD14+CD16-CCR2+ субпопуляции было показано для пациентов (89,72%) по сравнению с донорами (53,54% (р= 0,045)). При раке яичников ОАМ имеют клиническую значимость не только благодаря инфильтрации в опухолевую массу, но и благодаря тесному взаимодействию с раковыми клетками в асцитической жидкости (Казакова А.Д. и др., Вестник ТГУ, 2022). В нашем эксперименте содержание макрофагов в составе асцитической жидкости варьировалось в широких пределах от 1% до 30% от общей клеточной массы. Субпопуляционный состав макрофагов был представлен как отдельными CD68+CD163+ и CD68+CD206+ клетками, так и тройными позитивными макрофагами CD68+CD163+CD206+. Среди макрофагальной популяции было обнаружено до 90% тех, которые экспрессируют стабилин-1. Также было показано, что М2 макрофаги в составе асцитической жидкости экспрессируют моноцитарный маркер CD14. Это свидетельствует о том, что большинство макрофагов в асцитической жидкости происходит из рекрутированных наивных моноцитов, а не является резидентным. Клеточный компонент асцитической жидкости был также представлен фибробластами и опухолевыми клетками, которые находились в виде одиночных клеток или формировали многоклеточные структуры – сфероиды. Было сделано интересное замечание, что опухолевые клетки могут экспрессировать маркеров фибробластов alpha smooth muscle actin (αSMA). Анализ литературных данных подтверждает этот феномен и объясняет его тем, что опухолевые клетки претерпевают частичный эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП), что и приводит к экспрессии мезенхимальных маркеров (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8775835/ ). Таким образом, в течение первого года проекта был проведен комплексный анализ макрофагов в опухолевой ткани, в асцитической жидкости и моноцитов в периферической крови пациенток с раком яичников. Нами было выполнено полнотранскриптомное профилирование опухолевой ткани. Дальнейший биоинформатический анализ позволит нам выявить кластеры, содержащие уникальные паттерны генов, ассоциированных с неблагоприятным прогнозом после НАХТ и с влиянием химиотерапии на исход заболевания, а также выявить субпопуляции ОАМ, ассоциированные с неблагоприятным прогнозом.

 

Публикации

1. Ракина М.А., Казакова Е.О., Сударских Т.С., Безгодова Н.В., Виллерт А.Б, Коломиец Л.А., Ларионова И.В. Гигантские макрофаги с пенистой цитоплазмой при прогрессирующем раке яичников Сибирский онкологический журнал, Сибирский онкологический журнал. 2022; 21(2): 45–54. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21294/1814-4861-2022-21-2-45-54

2. Казакова А.Д., Ракина М.А., Ларионова И.В. Фенотипическое разнообразие макрофагов при раке яичников Вестник Томского государственного университета, Биология, - (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В 2023 году нами была освоена и использована технология пространственной транскриптомики Nanostring GeoMx-DSP. Преимуществом технологии Nanostring является то, что на каждом срезе анализируются определенные выбранные области интереса (region of interest - ROI). До выбора регионов проводилась дифференциальная окраска цитокератин (CK+)-позитивных опухолевых клеток и CD45+ иммунного инфильтрата меченными флюорофорами антителами, что позволило нам на ткани определить определенные компартменты иммунных клеток и выделить области с различным их расположением относительно опухолевых клеток (внутриопухолевые иммунные клетки; иммунные клетки, расположенные в инвазивном фронте; иммунные клетки, расположенные в строме, не взаимодействующие с опухолевыми клетками). Особый интерес имела макрофагальная популяция, локализующаяся во внеклеточном компартменте, потому что именно в этих ROIs клетки по морфологии напоминали пенистые макрофаги, описанные нами в прошлом отчетном году (Ракина М.А. и др., Сибирский онкологический журнал, 2022). Мы сопоставили данные пилотного пространственного транскриптома, полученные в 2023 году при помощи технологии Nanostring GeoMX, и данные другой технологии 10x Genomics Visium, полученные в 2022 году. Транскриптомная сигнатура таких ОАМ включала следующие гены: CCL18, APOC1, GPNMB, LYZ, APOE, C1QC, C1QB, CTCB, SPP1, CTSS и другие гены. ОАМ, располагающиеся во внеопухолевом компартменте, экспрессируют часть генов из данной сигнатуры (APOE, SPP1, LYZ, CTSS). Поскольку клетки выбирались по морфологии, мы ожидаем, что транскриптом ROI, выбранных по дифференциальному маркеру CD68, будет больше соответствовать описанному с использованием 10x Visium. Интересно, что обнаруженный нами транскриптом ОАМ соответствует так называемым липидным макрофагам (Lipid-laden macrophages) в опухолях. Рядом свежих исследований с помощью секвенирования единичных клеток была обнаружена данная субпопуляция ОАМ, при этом во многих исследованиях профиль Lipid-laden macrophages имел повышенную экспрессию SPP1, C1QC TREM2 CCL18, APOC1, GPNMB, LYZ, APOE и других генов (Masetti M, et al. 2022; Zhang L, et al., 2020; Yang Q, et al., 2021; Zhang H, et al., 2022; Zhou L, et al., 2022). Данные собраны в обзорную статью и находятся на рецензии в журнале Clinical and Experimental Medicine (Q1, IF=5,05) (Rakina M., et al., under review). В рамках нашего проекты мы впервые обнаружили lipid-laden macrophages со сходным профилем в образцах рака яичников. Это определенно представляет интерес для нас и стимулирует исследовать данную популяции более детально. В 2023-2024 году планируется завершить валидацию обнаруженных маркеров на крупной выборке пациенток с РЯ. Асцит — состояние, характеризующееся аномальным скоплением жидкости в брюшной полости. Показана связь между стадией РЯ и объемом асцитической жидкости. Частота асцита составила 49,4% при I стадии и 62,5% при II стадии заболевания, и возрастала до 90,1% и 100% при III и IV стадиях соответственно (отражено в обзоре Rakina M., et al., Int J Mol Sci. 2022). ОАМ являются преобладающей популяцией иммунных клеток в асцитической жидкости, составляя до 95% клеточного компонента (Казакова А.Д., и др., Вестник ТГУ, 2022). Мы провели фенотипический анализ макрофагов при помощи проточной цитометрии. Содержание макрофагов той или иной субпопуляции варьировалось от случая к случаю. В среднем содержание CD45+ клеток составило 81,61%, CD11b+ макрофагов - 67,69%, CD14+ макрофагов - 32,22%. Внутри субпопуляций значения также варьировались в широком диапазоне: количество CD11b+CD206+ клеток составило 41,50%, CD14+CD206+ - 68,36%, CD11b+CD163+ - 39,58%, CD14+CD163+ - 68,65%, CD11b+TIE2+ составили 50,21%, CD14+TIE2+ составили 60,92%. Интересно, что среди CD14+ моноцитарных макрофагов экспрессия CD206, CD163 и TIE2 наблюдалась чаще. В популяции СD14+ клеток количество CD163+ макрофагов было выше (68,65%) по сравнению с CD11b+ макрофагами (39,58%), на уровне тенденции статистической значимости (p=0,057). Однако, общее количество CD14+ клеток было ниже (32,22%) относительно CD11b+ клеток (67,69%, p=0,024). Также путем градиентного центрифугирования и магнитной сепарации из асцитической жидкости больных раком яичников были выделены CD14+ макрофаги. Была отмечена высокая экспрессия гена CCL18, ответственного за метастазирование, а также фактора роста опухолей TGFb и про-воспалительных цитокинов IL6, IL8, IL1b. Эти данные указываю на то, что макрофаги асцитической жидкости проявляют про-опухолевый фенотип. В 2023 году планируется исследовать экспрессию новых маркеров в ОАМ асцитической жидкости и уточнить их транскриптомную активность и вклад в этапы канцероматоза. Нами продолжился анализ субпопуляционного состава моноцитов периферической крови пациентов с раком яичников. Статистически значимые различия между субпопуляционным составом моноцитов пациентов c раком яичников и доноров были получены для следующих субпопуляций: CD14+CD16-CD163+ (p=0,001), CD14+CD16+CD163+ (p=0,00001), CD14-CD16+CD163+ (p=0,001), CD14+CD16+CCR2+ (p=0,003), CD14-CD16+TIE2+ (p=0,001). Таким образом, для всех перечисленных субпопуляций, кроме CD14-CD16+TIE2+, количество моноцитов у пациентов повышалось по сравнению с донорами. По популяции CD14-CD16+TIE2+ отмечалось снижение количества моноцитов у пациентов (62,01%) в сравнении с донорами (97,51%, р=0,001). Было проведено сравнение субпопуляционного состава моноцитов пациентов в зависимости от наличия/отсутствия асцита, а также от наличия/отсутствия прогрессии. В группе пациентов с асцитом отмечалось снижение количества моноцитов популяции CD14+CD16-CD163+ (99,44%) по сравнению с пациентами без асцита (99,95%), на уровне тенденции статистической значимости (p=0,054). По популяции CD14-CD16+CD206+ тоже отмечалось снижение количества моноцитов в группе пациентов с асцитом (63,38%) по сравнению с пациентами без асцита (91,14%), на уровне тенденции статистической значимости (p=0,057). Статистически значимые данные были получены при сравнении групп пациентов с отсутствием и с наличием опухолевой прогрессии. При отсутствии прогрессии у пациентов отмечалось большее количество CD14+CD16+ промежуточной субпопуляции моноцитов (4,36%) по сравнению с пациентами с прогрессией (1,20%, p=0,019). В группе пациентов с прогрессией повышалось содержание моноцитов промежуточной субпопуляции CD14+CD16+CD206+ (99,79%) по сравнению с пациентами без прогрессии (68,03%, p=0,019). По субпопуляции CD14+CD16-CD163+ в группе пациентов с прогрессией отмечалось повышение количества моноцитов (99,99%) по сравнению с группой пациентов без прогрессии (99,85%, p= 0,025). Была создана культура in vitro моноцитарных макрофагов, стимулированных кондиционированными средами клеток рака яичников SKOV-3 и асцитической жидкостью, полученной от тех же пациенток. При сравнении не стимулированных макрофагов с макрофагами, стимулированными асцитической жидкостью в объеме 20% и 100% от общего объема среды в лунке, экспрессия CD163 была статистически значимо выше в стимулированных макрофагах: 2,149 (0,49;3,53) vs 33,98 (8,58;81,53), р=0,029 и 2,149 (0,49;3,53) vs 9,46 (5,21;35,37), р=0,029, соответственно. Также при сравнении макрофагов, стимулированных супернатантом опухолевых клеток в объеме 20% от всего объема среды в лунке, и макрофагов с той же стимуляцией при добавлении ХТ агента было обнаружено статистически значимое понижение экспрессии генов CD163 и RS1 при добавлении ХТ: 9,48 (3,29;25,06) vs 0,79 (0,01;5,14), p=0,032 и 0,09 (0,05;0,65) vs 0,01 (0,00;0,06), p=0,032, соответственно. Эти данные говорят указывают на перепрограммирование ОАМ асцитической жидкости при воздействии ХТ. Таким образом, в отчетном году нами были выявлены ключевые гены, характеризующие таргетную популяцию ОАМ (пенистых клеток), для которых будет проведена валидация, и будут получены данные о конкретном фенотипе этих ОАМ. Первичные данные позволили охарактеризовать ОАМ из асцитической жидкости. Планируются дальнейшие исследования фенотипа и функциональной активности макрофагов асцитической жидкости.

 

Публикации

1. Ямщиков Павел, Ларионова Ирина, Геращенко Татьяна, Пянков Денис, Кошкин Филипп, Коростелев Сергей, Денисов Евгений Comparison of the Illumina NextSeq 2000 and GeneMind Genolab M sequencing platforms for spatial transcriptomics BMC Genomics, № 24, T. 102 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1186/s12864-023-09192-w

2. Ракина М.А., Казакова А.Д., Виллерт А.Б., Коломиец Л.А., Ларионова И.В. Spheroid Formation and Peritoneal Metastasis in Ovarian Cancer: The Role of Stromal and Immune Components International Journal of Molecular Sciences, 23(11):6215 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/ijms23116215

3. Ларионова И.В., Ямщиков П.С, Ракина М.А., Казакова Е.О., Виллерт А.Б., Коломиец Л.А. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ТРАНСКРИПТОМНЫЙ АНАЛИЗ ОПУХОЛЕВОЙ ТКАНИ БОЛЬНЫХ РАКОМ ЯИЧНИКОВ СБОРНИК ТЕЗИСОВ IX МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ: ВИРУСОЛОГОВ, БИОТЕХНОЛОГОВ, БИОФИЗИКОВ, МОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОЛОГОВ И БИОИНФОРМАТИКОВ В РАМКАХ ПЛОЩАДКИ ОТКРЫТЫХ КОММУНИКАЦИЙ OPENBIO, сборник тезисов 2022, страница 566 (год публикации - 2022)

4. Ларионова И.В., Ямщиков П.С., Казакова Е.О., Ракина М.А. Технологии пространственной транскриптомики для анализа опухолей на примере 10x Genomics Visium и Nanostring GeoMx Успехи молекулярной онкологии, том 9, №4, страница 18 (год публикации - 2022)

5. Ларионова И.В., Ямщиков П.С., Ракина М.А., Виллерт А.Б., Коломиец Л.А., Безгодова Н.В. Spatial transcriptomic analysis of tumor tissue in ovarian cancer patients treated with neoadjuvant chemotherapy Annals of Oncology, VOLUME 33, SUPPLEMENT 9, S1509 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.annonc.2022.10.224


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
За отчетный период были достигнуты все запланированные результаты. За предыдущий период нами были получены данные о макрофагах с пенистой цитоплазмой, которые аккумулировались в опухоли, главным образом, после химиотерапии. Анализ экспрессии макрофагальных маркеров и морфологическая оценка расположения макрофагов в первичной опухоли яичника и сальнике с канцероматозом на расширенной выборке показал, что обильная инфильтрация пенистыми макрофагами именно в сальнике в совокупности с наличием неоадъювантной химиотерапии (НАХТ) и диссеминированной стадией ассоциировано с наихудшим прогнозом заболевания. В канцероматозных очагах сальника экспрессия CD68 была значимо выше в опухолях с наличием гигантских многоядерных клеток и наличием кристаллов холестерина, а также наблюдалась тенденция к статистической значимости связи экспрессии CD68 с фиброзом стромы и наличием третичных лимфоидных структур. Эти зависимости вполне логичные, потому что именно в сальнике наблюдалось наибольшее скопление пенистых макрофагов и их связь с НАХТ и худшей выживаемостью пациентов. По литературным данным, пенистые клетки могут свидетельствовать о нарушении липидного обмена и могут накапливаться в зоне неразрешенного воспаления. В рамках отчета нами был проведен комплексный анализ накопленных литературных данных по современному состоянию вопроса о фенотипическом разнообразии ОАМ в опухолях различных локализаций (Rakina M., Larionova I., Kzhyshkowska J., Heliyon. 2024 Apr 15; 10(7): e28332, 2024). Описаны новые маркеры на основе фенотипического разнообразия макрофагов. Был выявлен и описан интересный фенотип так называемых липид-ассоциированных макрофагов. Мы хотели проверить гипотезу того, являются ли эти ОАМ теми пенистыми макрофагами, которые мы видим в опухоли. Для этого мы и выбрали главную генную сигнатуру липид-ассоциированных ОАМ, содержащую выше перечисленные маркеры. В выборе мы также ориентировались на данные, полученные нами в результате анализа пространственной транскиптомики. Было также выявлено, что белковая экспрессия стабилина-1 в опухоли яичника выше у больных с наличием асцита по сравнению с больными без асцита. Такая же тенденция к статистической значимости наблюдалась также для CD206. Экспрессия CD206 была достоверно повышена в опухоли яичников с микронекрозом по сравнению с опухоли с крупными очагами некроза. Белковая экспрессия CD163 была статистически значимо ассоциирована с микрососочковым паттерном. Далее, с помощью технологии пространственной транскриптомики Nanostring GeoMx мы прицельно профилировали макрофагальные инфильтраты в первичной опухоли яичника и сальника с канцероматозом, акцентируя особое внимание на пенистых макрофагах. Было получено 6 кластеров ROI: 1, 2, 3 – кластеры богатые ОАМ и 0, 4, 5 – кластеры богатые опухолевыми клетками. Далее с помощью метода клеточной деконволюции в пакете SpatialDecon получили распределение клеточных типов в ROI различных компартментов РЯ. Результаты клеточной деконволюции позволяют охарактеризовать полученные кластеры ROI различных компартментов ОАМ. Кластер «0» представляет собой опухолевые клетки с низким содержанием иммунного и стромального инфильтрата. Кластер «1» – компартмент ОАМ богатый лимфоцитами (особенно CD8 T-клетками). Кластер «2» – компартмент ОАМ с наличием моноцитарного инфильтрата. Кластер «3» – компартмент ОАМ и фибробластов. Кластер «4» – компартмент ОАМ и опухолевых клеток. Кластер «5» – компартмент ОАМ, опухолевых клеток и B-лимфоцитов. Анализ дифференциальной экспрессии генов для каждого из выявленных кластеров ОАМ и опухоли показали, что ОАМ кластера 1 характеризируются генами антигенной презентации, а кластера 2 – ранее обнаруженными маркерами липидных макрофагов (APOC1, APOE, FABP4, CD36). В результате биоинформатического анализа данных, полученных с помощью технологии Nanostring GeoMX и 10x Genomics Visium был выбран список биомаркеров, ассоциированных с субпопуляцией пенистых макрофагов: CCL18, TREM2, GPNMB, SPP1, LYZ, CSTB, APOC1, APOE, C1QC. В совокупности с маркером макрофагов CD68 была оценена их ко-локализация в ОАМ опухолевой ткани. В препаратах цитоспинов клеток асцитической жидкости больных РЯ также была подтверждена экспрессия изучаемых маркеров в макрофагах. Суммарно, наши данные согласуются как друг с другом при использовании различных методических подходов к анализу фенотипа пенистых макрофагов, так и с литературными данными. Однако, для рака яичника мы первые, кто провел такой комплексный анализ фенотипов ОАМ в ткани яичника и сальника (Larionova I., et al., submitted, данные будут обнародованы в 2024 году уже после сдачи отчета и будут иметь обязательную ссылку на грант). Мы завершили работу по анализу субпопуляционного состава моноцитов периферической крови и макрофагов асцитической жидкости больных раком яичников. В периферической крови как по общей популяции моноцитов, так и по субпопуляциям наблюдалась схожая картина – снижение CD163- и CD206-экспрессирующих клеток у больных РЯ по сравнению со здоровыми донорами. Интересные наблюдения были сделаны для CCR2-экспрессирующих моноцитов – большинство моноцитов больных РЯ были CCR2-положительными. Мы отметили интересную тенденцию: как CD163+, так и CD206+ моноциты, экспрессирующие одновременно CCR2, в количественном эквиваленте были больше представлены в группе больных РЯ. Мы обнаружили, что доля CCR2+ моноцитов, но не CCR2- моноцитов, выше в группе больных РЯ по сравнению со здоровыми донорами. Такой же характер распределения экспрессии наблюдался для Tie2-положительных моноцитов. То есть маркерными для опухоли являются те моноциты, у которых есть потенция к миграции. Мы также рассмотрели, как химиотерапия влияет на фенотип циркулирующих моноцитов. Оказалось, что неоадъювантная химиотерапия (НАХТ) приводит к увеличению процента CCR2-экспрессирующих моноцитов, особенно была заметна разница для CD14+CD163+CCR2+ моноцитов. Процент моноцитов, экспрессирующих CD206 и Tie2 был ниже в группе с НАХТ по сравнению с контрольной группой. Тенденция сохраняется во всех субпопуляциях моноцитов при сравнении онкологической группы с контрольной группой. В асцитической жидкости в группе с НАХТ доля CD45+CD14+CD163+CD206+ макрофагов была ниже по сравнению с нелеченой группой. В группе с НАХТ доля макрофагов, экспрессирующих CD206, была меньше по сравнению с группой без НАХТ. У пациенток с НАХТ понижалась также и доля CD45+CD11b+CD163+CD206+ макрофагов. Содержание CD206-экспрессирующих CD11b+ макрофагов различных субпопуляций в группе с НАХТ была ниже по сравнению с группой без НАХТ. Нами была проведена связь различных фенотипов макрофагов асцитической жидкости с наличием прогрессии у пациенток с раком яичников. Так, в группе пациенток с прогрессией повышалось содержание CD45+CD14+CD163+CD206+ макрофагов по сравнению с группой без прогрессии. Также содержание CD45+CD14+CD163+Tie2+ и CD45+CD14+CCR2+Tie2+ макрофагов в асците больных с прогрессией было выше по сравнению с группой без прогрессии. Для CD11b-экспрессирующих макрофагов асцитической жидкости наблюдалась похожая закономерность. Исследования in vitro продемонстрировали, что химиотерапия и асцитическая жидкость влияют на активность макрофагов, снижая их фагоцитарную активность по отношению к опухолевым клеткам при раке яичника. Химиотерапия также ингибировала способность макрофагов влиять на миграционную активность опухолевых клеток яичника, без влияния на инвазивную способность. Также химиотерапии не оказывала влияния на ангиогенный потенциал макрофагов. Интересные наблюдения были сделаны для клеток HUVEC, стимулированных асцитической жидкостью больных РЯ: они отличались широким основанием образующихся трубочек, при этом по всей поверхности лунки отмечалось множество незамкнутых структур. Структуры же, сформировавшиеся под влиянием макрофагов без химиотерапии и макрофагов с химиотерапией, были похожи на трубочки, образовавшиеся под влиянием пустой среды EMB-2: тонкие, вытянутые трубочки, присутствовали не полностью замкнутые структуры, сеть трубочек была неплотная. В целом, на третий год выполнения проекты мы завершили все запланированные работы по оценке ОАМ в опухоли яичника и канцероматозного сальника, а также асцитической жидкости, и моноцитов периферической жидкости. Обнаруженные данные являются интересными с точки зрения ответов на существующие клинические вопросы при раке яичников. Мы верим, что в сумме полученные данные помогут нам приблизиться к разработке новых таргетов для иммунотерапии при раке яичников, которая на сегодняшний день является большой нерешенной клинической проблемой.

 

Публикации

1. - Представители Томского НИМЦ – участники III Конгресса молодых ученых Безформата, - (год публикации - )

2. Ракина М.А., Ларионова И.В., Кжышковска Ю.Г. Macrophage diversity in human cancers: New insight provided by single-cell resolution and spatial context Heliyon, 10(7):e28332 (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e28332

3. И. Ларионова, Е. Казакова, П. Ямщиков, Ю. Кжышковска The phenotype of tumor-associated macrophages in human high-grade serous ovarian carcinoma Annals of Oncology, т 34 (suppl_2): S1190-S1201 (год публикации - 2023)

4. П.С. Ямщиков, И.В. Ларионова ВЫЯВЛЕНИЕ ИММУННЫХ КОМПАРТМЕНТОВ ПРИ ПОМОЩИ ПРОЦЕДУРЫ ДЕНОЙЗИНГА ДАННЫХ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ТРАНСКРИПТОМИКИ 10X GENOMICS VISIUM X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов и молекулярных биологов — 2023: Cб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово». — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2023., X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов и молекулярных биологов — 2023: Cб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово». — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2023. — 80-81 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.25205/978-5-4437-1526-1-44

5. Казакова Анна, Ракина Милица Александровна, Ларионова Ирина Валерьевна, Безгодова Наталья Владимировна, Виллерт Алиса Борисовна, Яцковский Александр Михайлович, Коломиец Лариса Александровна База данных состава макрофагов асцитической жидкости больных раком яичников в зависимости от клинико - патологических параметров -, 2023623609 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
не указано