Механизмы чувствительности опухолевых стволовых клеток к онколитическим вирусам

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 проекта 23-14-00370

НазваниеМеханизмы чувствительности опухолевых стволовых клеток к онколитическим вирусам

Руководитель Чумаков Петр Михайлович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова раковые стволовые клетки, глиобластома, онколитические вирусы, рецидивы заболевания, противоопухолевая терапия, самоподдержание опухоли, цитокины, чувствительность к вирусам, иммунотерапия, опухолевое микроокружение, интерфероны, противовирусная защита клетки, ниша стволовых клеток

Код ГРНТИ62.37.41

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одной из наиболее актуальных проблем онкологии является борьба с рецидивами после проведенной системной терапии больных находящихся на поздних стадиях развития заболевания. В основе рецидивов лежит повышенная устойчивость раковых стволовых клеток (РСК) к существующим терапевтическим воздействиям. Раковые стволовые клетки представляют из себя особое состояние клеток, обладающих способностью постоянно генерировать опухолевые клетки. Особенную проблему устойчивость РСК представляют в случае злокачественных глиобластом. Обладая способностью к миграции, РСК проникают вглубь здоровой ткани мозга и оказываются в зонах наиболее защищенных гематоэнцефалическим барьером, тем самым ускользая от действия химиотерапевтических средств. В связи с высокой устойчивостью РСК к терапевтическим препаратам и радиотерапии, в настоящее время нет надежных способов предотвращения рецидивов, а следовательно – и способов излечения для огромного числа больных. Однако клинические испытания онкологических вирусов демонстрируют многолетние ремиссии для пациентов, опухоли которых оказываются чувствительными к применяемым вирусным штаммам. Это указывает на то что вирусы способны уничтожать РСК, что также подтверждается на экспериментальных моделях in vitro и in vivo. Тем ни менее, природа чувствительности РСК к онколитическим вирусам остается мало изученной. Безусловно, требуется дальнейшее изучение фундаментальных механизмов, поддерживающих состояние «стволовости» и иммунных процессов уничтожения РСК. Планируемый проект предполагает углубленное изучение механизмов чувствительности РСК к онколитическим вирусам на модели глиобластомы. Будет использована панель непатогенных энтеровирусов человека, представители которой показали способность вызывать длительные ремиссии заболевания. В проекте планируется изучить сравнительную чувствительность основной массы опухолевых клеток с чувствительностью РСК, установить насколько предсказуемо действие вирусов на РСК если известна их эффективность в отношении клеток опухоли. В связи с тем, что РСК проникшие вглубь здоровой части мозга оказываются труднодоступными для вирусов, механизм подавления их активности может быть связан с непрямыми эффектами вирусной инфекции. Будет испытано действие на РСК цитокинов, секретируемых опухолевой тканью и находящимися в ней иммунными клетками при взаимодействии с вирусами. Одна из рабочих гипотез предполагает изменение под влиянием определенных цитокинов физиологического состояния РСК, ограничивающее их стволовые свойства, или разрушение ниш, поддерживающих РСК. Для этого будет испытана способность РСК к самоподдержанию в культуре после обработки отдельными цитокинами и их комбинацией, а также изменения в них на уровне транскриптома и протеома. Будут оценены не только транскрипты кодирующие белки, но и нетранслируемые микроРНК и длинные некодирующие РНК (lncRNA), которые участвуют в процессах поддержания стволового статуса РСК. Будут оценены изменения под действием секретируемых белковых факторов экспрессии генов ряда сигнальных путей, потенциально влияющих на состояние стволовых клеток. На моделях in vivo будет испытано действие секретируемых цитокинов при ксенотрансплантации сфероидных культур глиобластом (обогащены РСК) в мозг иммунодефицитных животных после их обработки секретируемыми белковыми факторами и после совместного культивирования с клетками, эктопически экспрессирующими некоторые цитокины. Полученные в результате успешного выполнения проекта сведения углубят наше понимание фундаментальных механизмов поддержания и регулирования стволового статуса РСК, а также влияния вирусной инфекции на эти процессы. Эти данные наметят пути для разработки оптимальных терапевтических схем как монотерапии вирусами, так и в комбинации с существующими системными противоопухолевыми воздействиями.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сосновцева А.О., Ле Т.Х., Карпов Д.С., Воробьев П.О., Гуменная Я.Д., Алексеева О.Н., Чумаков П.М., Липатова А.В. Establishment of a panel of human cell lines to identify cellular receptors used by Enteroviruses to infect cells International Journal of Molecular Sciences (год публикации - 2024)
10.3390/xxxxx

2. Алексеева О.Н., Ле Т.Х., Воробьев П.О., Кочетков Д.В., Гуменная Я.Д., Набережная Е.Р., Чувашов Д.О., Иванов А.В., Чумаков П.М., Липатова А.В. Receptors and Host Factors for Enterovirus Infection: Implications for Cancer Therapy Cancers, Cancers 2024, 16, 3139. (год публикации - 2024)
doi.org/10.3390/cancers16183139

3. Набережная Е.Р., Соболева А.В., Воробьев П.О., Вадехина В.В., Юсубалиева Г.М., Исаева И.В., Баклаушев В.П., Чумаков П.М., Липатова А.В. Рекомбинантный вирус осповакцины, экспрессирующий интерферон 1 типа как платформа для селективной иммунотерапии глиобластомы и меланомы Вестник РГМУ, Вестник РГМУ , №6, 2024 (год публикации - 2024)

4. Саркисова В.А., Каршиева С.Ш., Макарова А.А., Неймышева Д.О., Чумаков П.М. Исследование онколитического потенциала вакцинного штамма Н вируса болезни Ньюкастла болезни Ньюкастла в терапии рака яичника. Молекулярная биология, М олекулярная биология, т. 59 (6) (год публикации - 2025)

5. Саркисова В.А., Далина А.А., Неймышева Д.О., Зенов В.А., Ильинская Г.В., Чумаков П.М. Cell Carriers for Oncolytic Virus Delivery: Prospects for Systemic Administration MDPI, Cancers MDPI, 17, 2296, 25 стр. (год публикации - 2025)
10.3390/cancers17142296

6. Зенов М.А., Январев Д.В., Иванова О.Н., Денисова Е.А., Голиков М.В., Федулов А.П., Фрикин Р.И., Саркисова В.А., Гольдштейн Д.А., Чумаков П.М., Липатова А.В., Иванов А.В. Moderate metabolic changes are dispensable for replication and oncolytic activity of poliovirus in glioblastoma cells International Jourmal of Molecular Sciences , Int. J. Mol. Sci. MDPI 26, 7346, 28 стр.. (год публикации - 2025)
10.3390/ijms26157346

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на изучение механизма онколитического действия вирусов на стволовые клетки глиобластом, которые являются источником рецидивов заболевания после проведенных курсов терапии. За отчетный период было установлено что при заражении онколитическими энтеровирусами сфероидных культур клеток глиобластомы DBTRG обогащенных глиобластомными стволовыми клетками (ГСК) не наблюдается различий в инфицировании и гибели ГСК и клеток, не обладающих стволовым фенотипом. Это оценивалось изменением процента представленности CD133+ ГСК проточной цитометрией. Аналогичные выводы были сделаны по результатам оценки процентного содержания ГСК в подкожных опухолевых ксенотрансплантах клеток глиобластомы DBTRG на иммунодефицитных мышах. Внутривенное введение онколитического вируса приводило к онколитическому действию на рост опухолей, хотя процентное содержание в них ГСК оставалось без изменений. На основании полученных результатов был сделан вывод об отсутствии избирательности вируса в отношении ГСК. Вирусный онколиз достигается не только в результате способности вирусов напрямую инфицировать и убивать опухолевые клетки. Инфицирование опухолевых клеток вирусами также оказывает мощное иммуномодулирующее воздействие. Оно выражается в снятии состояния иммунной супрессии в опухолевом микроокружении, инфильтрации опухоли иммунными клетками, секретирующими ряд цитокинов, влияющих на жизнеспособность и дифференцировочный статус опухолевых клеток. Секреция цитокинов вызывает вирус-индуцированную воспалительную реакцию в опухоли, что может оказывать влияние на жизнеспособность и способность к самовоспроизведению ГСК. Мы исследовали влияние прямых обработок ГСК рядом воспалительных цитокинов, появляющихся в микроокружении в ответ на вирусную инфекцию. Обработка сфероидных культур интерферонами 1 типа (IFNa/b) которые выделяются клетками в ответ на вирусную инфекцию, приводила к снижению процента клеток экспрессирующих маркер ГСК белок CD133. Обработка цитокинами IFNg, IL2, TNFa, которые секретируются иммунными клетками инфильтрирующими опухоли под воздействием IFNa/b, также приводила к снижению числа CD133+ клеток. Напротив, обработка сфероидных культур цитокином TGFb который секретируется в опухоли самими опухолевыми клетками и иммунными клетками при иммунной супрессии, приводила к заметному увеличению пропорции CD133+ клеток в составе сфероидов. При оценке уровней экспрессии генов кодирующих характерные для ГСК транскрипционные факторы OCT4, SOX2, Nanog, а также белок промежуточных филаментов Nestin с помощью ПЦР в реальном времени были получены разнонаправленные изменения в ответ на обработку указанными цитокинами. Интерфероны и воспалительные цитокины IL2 и TNFa вызывали некоторое снижение экспрессии OCT4, SOX2 и Nestin, но значительное повышение экспрессии гена Nanog. Это вероятно указывает на ведущую роль Nanog в поддержании свойств стволовых клеток в условиях воспалительного стресса. На заключительном этапе исследования предстоит выяснить какие сигнальные пути контролируют эти изменения и как обработка цитокинами влияет на функциональные свойства ГСК в мышиных и крысиных опухолевых моделях. Подготовлены также материалы (РНК из обработанных клеток) для транскриптомного анализа изменений профилей экспрессии генов ГСК при воздействии цитокинов, а также подготовлена крысиная модель для испытания функциональных свойств ГСК in vivo.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведено изучение изменений экспрессии маркеров стволовых клеток глиобластомы при обработке сфероидных культур цитокинами IFNa, IFNb, IFNg, IL-2, TNFa которые появляются в опухолевом микроокружении в ответ на действие онколитических вирусов, а также цитокина TGFb который секретируется супрессорными клетками и самими клетками глиобластомы. Установлено что вирус-индуцируемые цитокины драматически снижают экспрессию маркером стволовых клеток (Nanog, Oct2, Sox4, CD133, Nestin, lncРНК MALAT1 и POU3F3) а также снижают процент клеток экспрессирующих на своей поверхности CD133. Напротив, обработка сфероидов TGFb повышала процент CD133 позитивных клеток, хотя и несколько снижала экспрессию генов Nanog, Sox2 и Oct4. Обработка указанными цитокинами сфероидных культур приводила к ослаблению или утрате их туморогенности при подкожном введении иммунодефицитным мышам. Наибольший противоопухолевый эффект обнаружен для IFNb и IL-2. Результат подтверждает концепцию о роли про-воспалительных цитокинов индуцируемых онколитическими вирусами в противоопухолевой активности через подавление прогениторных свойств ГСК. Установлено что обработка сфероидных культур интерферонами и про-воспалительными цитокинами существенно повышает чувствительность к иринотекану который является одним из трех химиотерапевтических препаратов для лечения глиобластом. Это дополнительно подтверждает активность интерферонов и ряда цитокинов направленную в сторону подавления стволовых свойств ГСК. Исследована возможность комбинирования онколитических энтеровирусов с химиотерапевтическими препаратами применяемыми для терапии глиобластом. Инфицирование клеток глиомы DBTRG-0.5MG и A172 онколитическими энтеровирусами в комбинации с несколькими дозами темозоломида, ломустина и иринотекана приводило к усилению цитолитической активности по типу синергизма. Установлено что даже дозы превышающие уровни препаратов в мозговой ткани пациентов не оказывают влияния на репликацию вирусов в клетках глиобластом, но повышают чувствительность клеток к химиопрепаратам.

Публикации