Количественное соотношение экспрессии мРНК генов рецепторов системы IGF / INS при множественной миеломе

Введение. Индивидуумы с повышенной экспрессией компонентов системы IGF/INS чаще подвержены риску возникновения различных злокачественных новообразований. А в случае, когда компоненты системы IGF/INS гиперэкспрессированы в опухолях, это неблагоприятно влияет на прогноз заболевания, в том числе ведет к снижению безрецидивной выживаемости. Характерной особенностью системы IGF/INS является способность одних и тех же лигандов связываться с разными рецепторами (перекрестные взаимодействия) и активировать разные сигнальные пути в клетке. Эта особенность системы требует комплексного подхода к изучению экспрессии ее компонентов, а именно – исследования количественного соотношения экспрессии отдельных компонентов. Полученный результат позволит определить возможные сочетания лиганд-рецепторных связей и в конечном счете будет иметь как прогностическое, так и оценочное значение в плане терапевтической мишени.

Цель исследования – установить количественное соотношение экспрессии мРНК генов рецепторов системы IGF/INS: IR-A, IR-B, IGF-1R и IGF-2R в линии лимфобластоидных клеток IM9 и в трех линиях миеломных клеток – RPMI1640, RPMI8226, H929, а также выявить частоту экспрессии генов этих рецепторов в мононуклеарной фракции аспиратов костного мозга, полученных от леченых больных множественной миеломой.

Материалы и методы. В работе были использованы лимфобластоидные клетки человека и 3 типа миеломных клеток человека, отличающиеся по степени дифференцировки, а также аспираты костного мозга, полученные от 19 леченых больных множественной миеломой III стадии. Экспрессию мРНК в клетках изучали методом количественной полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией в реальном времени, а в образцах аспиратов костного мозга – методом полуколичественной полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией.

Результаты. В ходе исследования мы обнаружили, что внутри каждой линии клеток экспрессия мРНК IR-A является преобладающей по сравнению с экспрессией мРНК IR-B. У больных множественной миеломой наблюдается высокая частота экспрессии мРНК IR-A по сравнению с мРНК IR-B. Минимальное соотношение мРНК IGF-1R:IR-А и IGF-1R:IR-B приходится на лимфобластоидные клетки IM9, а для миеломных клеток эти соотношения высокие. Соотношение IGF-2R:IR-A максимально для лимфобластоидных клеток IM9, а для миеломных клеток это соотношение в 3 и более раза меньше.

Заключение. На основании исследования количественного соотношения мРНК генов рецепторов мы утверждаем, что в миеломных клетках высока вероятнось присутствия гомодимеров IGF-1R / IGF-1R и IR-A/IR-A и гетеродимера IGF-1R/IR-A. Эти данные имеют как прогностичекое, так и оценочное значение, поскольку указанные комбинации рецепторов предполагают существенное усиление митогенного эффекта за счет активации тремя лигандами – IGF-1, IGF-2 и INS, что является неблагоприятным фактором, особенно в том случае, когда больному множественной миеломой с сопутствующим сахарным диабетом наряду с химиотерапией назначена инсулинотерапия. На основании полученных данных в качестве терапевтической мишени мы рекомендуем ингибировать одновременно и рецептор IGF-1R, и рецептор IR-A.

1. Fettig L.M., Yee D. Advances in insulin-like growth factor biology and-directed cancer therapeutics. Adv Cancer Res 2020;147:229–57. DOI: 10.1016/bs.acr.2020.04.005

2. Шушанов C.C. Роль инсулиноподобного фактора роста 1 типа (IGF-1) и некоторых других членов системы IGF/инсулин в прогрессии множественной миеломы. Российский биотерапевтический журнал 2012;11(3):71–80.

3. Gallagher E.J., LeRoith D. Minireview: IGF, insulin, and cancer. Endocrinology 2011;152(7):2546–51. DOI: 10.1210/en.2011-0231

4. Wang С., Su К., Zhang Y. et al. IR-A/IGF-1R-mediated signals promote epithelial-mesenchymal transition of endometrial carcinoma cells by activating PI3K/AKT and ERK pathways. Cancer Biol Ther 2019;20(3):295–306. DOI: 10.1080/15384047.2018.1529096

5. Ulanet D.B., Ludwig D.L., Kahn C.R., Hanahan D. Insulin receptor functionally enhances multistage tumor progression and conveys intrinsic resistance to IGF-1R targeted therapy. Proc Natl Acad Sci U S A 2010;107(24):10791–8. DOI: 10.1073/pnas.0914076107

6. Dinchuk J.E., Cao C., Huang F. et al. Insulin receptor (IR) pathway hyperactivity in IGF-IR null cells and suppression of downstream growth signaling using the dual IGF-IR/IR inhibitor, BMS-754807. Endocrinology 2010;151(9):4123–32. DOI: 10.1210/en.2010-0032

7. Zhang H., Pelzer A.M., Kiang D.T., Yee D. Down-regulation of type I insulin-like growth factor receptor increases sensitivity of breast cancer cells to insulin. Cancer Res 2007;67(1):391–7. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-06-1712

8. Burtrum D., Zhu Z., Lu D. et al. A fully human monoclonal antibody to the insulin-like growth factor I receptor blocks ligand-dependent signaling and inhibits human tumor growth in vivo. Cancer Res 2003;3(24):8912–21.

9. Wulbrand U., Remmert G., Zöfel P. et al. mRNA expression patterns of insulin-like growth factor system components in human neuroendocrine tumours. Eur J Clin Invest 2000;30(8):729–39. DOI: 10.1046/j.1365-2362.2000.00700.x

10. Valencia J.C., Matsui K., Bondy C. et al. Distribution and mRNA expression of insulin-like growth factor system in pulmonary lymphangioleiomyomatosis. J Investig Med 2001;49(5):421–33. DOI: 10.2310/6650.2001.33787

11. Yamamoto N., Oshima T., Yoshihara K. et al. Clinicopathological significance and impact on outcomes of the gene expression levels of IGF-1, IGF-2 and IGF-1R, IGFBP-3 in patients with colorectal cancer: overexpression of the IGFBP-3 gene is an effective predictor of outcomes in patients with colorectal cancer. Oncol Lett 2017;13(5):3958–66. DOI: 10.3892/ol.2017.5936

12. Kasprzak A. Insulin-like growth factor (IGF-1) signaling in glucose metabolism in colorectal cancer. Int J Mol Sci 2021;22(12):6434. DOI: 10.3390/ijms22126434

13. Scotlandi K., Manara M.C., Serra M. et al. Expression of insulinlike growth factor system components in Ewing’s sarcoma and their association with survival. Eur J Cancer 2011;47(8):1258–66. DOI: 10.1016/j.ejca.2011.01.007

14. Catellani C., Ravegnini G., Sartori C. et al. GH and IGF system: the regulatory role of miRNAs and lncRNAs in cancer. Front Endocrinol (Lausanne) 2021;12:701246. DOI: 10.3389/fendo.2021.701246

15. Mancarella C., Morrione A., Scotlandi K. et al. Novel regulators of the IGF system in cancer. Biomolecule 2021;11(2):273. DOI: 10.3390/biom11020273

16. Altieri B., Colao A., Faggiano A. et al. The role of insulin-like growth factor system in the adrenocortical tumors. Minerva Endocrinol 2019;44(1):43–57. DOI: 10.23736/S0391-1977.18.02882-1

17. Zheng Y., Sowers J.Y., Houston K.D. et al. IGFBP-1 expression promotes tamoxifen resistance in breast cancer cells via Erk pathway activation. Front Endocrinol (Lausanne) 2020;11:233. DOI: 10.3389/fendo.2020.00233

18. Nguyen T.N.Q., Jung S., Nguyen H.A. et al. The regulation of insulin receptor/insulin-like growth factor 1 receptor ratio, an important factor for breast cancer prognosis, by TRIP-Br1. J Hematol Oncol 2022;15(1):82. DOI: 10.1186/s13045-022-01303-6

19. Tirrò E., Massimino M., Romano C. et al. Prognostic and therapeutic roles of the insulin growth factor system in glioblastoma. Front Oncol 2021;10:612385. DOI: 10.3389/fonc.2020.612385

20. Bieghs L., Johnsen H.E., Maes K. et al. The insulin-like growth factor system in multiple myeloma: diagnostic and therapeutic potential. Oncotarget 2016;7(30):48732–52. DOI: 10.18632/oncotarget.8982

21. Durie B.G.M., Salmon S.E. A clinical staging system for multiple myeloma. Correlation of measured myeloma cell mass with presenting clinical features, response to treatment and survival. Cancer 1975;36(3):842–54. DOI: 10.1002/1097-0142(197509)36:3<842::aid-cncr2820360303>3.0.co;2-u

22. Heckl S.M., Wiesener V., Behrens H.-M. et al. The expression of the insulin receptor in gastric cancer correlates with the HER2 status and may have putative therapeutic implications. Gastric Cancer 2019;22(6):1130–42. DOI: 10.1007/s10120-019-00964-6

23. Vella V., Milluzzo A., Scalisi N.M. at al. Insulin receptor isoforms in cancer. Int J Mol Sci 2018;19(11):3615. DOI: 10.3390/ijms19113615

24. Freund G.G., Kulas D.T., Mooney R.A. Insulin and IGF-1 increase mitogenesis and glucose metabolism in the multiple myeloma cell lLine, RPMI 8226. J Immunol 1993;151(4):1811–20.

25. Freund G.G., Kulas D.T., Way B.A., Mooney R.A. Functional insulin and insulin-like growth factor-1 receptors are preferentially expressed in multiple myeloma cell lines as compared to B-lymphoblastoid cell lines. Cancer Res 1994;54(12):3179–85.

26. Sprynski A.C., Hose D., Kassambara A. et al. Insulin is a potent myeloma cell growth factor through insulin/IGF-1 hybrid receptor activation. Leukemia 2010;24(11):1940–50. DOI: 10.1038/leu.2010.192

27. Flannery С.А., Rowzee А.M., Choe G.H. et al. Development of a quantitative PCR assay for detection of human insulin-like growth factor receptor and insulin receptor isoforms. Endocrinology 2016;157(4):1702–8. DOI: 10.1210/en.2015-1698

28. Shushanov S.S., Kalinina A.A., Kravtsova T.A. et al. Dual effect exhibited by insulin in myeloma and lymphoblastoid cells. Biointerf Res Appl Chem 2021;12(3):2715–28. DOI: 10.33263/BRIAC123.27152728

29. Wu W., Merriman K., Nabaah A. et al. The association of diabetes and anti-diabetic medications with clinical outcomes in multiple myeloma. Br J Cancer 2014;111(3):628–36. DOI: 10.1038/bjc.2014.307

30. Zein N., Shehata M., Amer A.M. Carvone’s hypoglycemic and hypolipidemic potent activity via regulation insulin-induced genes in diabetic hyperlipidemic rats. Biointerf Res Appl Chem 2023;13(3):206. DOI: 10.33263/BRIAC133.206

31. Altiti A.J., Khleifat K.M., Alqaraleh M. et al. Protective role of combined Crataegus aronia ethanol extract and phytosomes against hyperglycemia and hyperlipidemia in streptozotocininduced diabetic rat. Biointerf Res Appl Chem 2023;13(3):207. DOI: 10.33263/BRIAC133.207

32. Gaur P.K., Pal H., Puri D. et al. Formulation and development of hesperidin loaded solid lipid nanoparticles for diabetes. Biointerf Res Appl Chem 2020;10(1):4728–33. DOI: 10.33263/BRIAC101.728733

33. Sprynski А.С., Hose D., Caillot L. et al. The role of IGF-1 as a major growth factor for myeloma cell lines and theprognostic relevance of the expression of its receptor. Blood 2009;113(19):4614–26. DOI: 10.1182/blood-2008-07-170464

34. Bataille R., Robillard N., Avet-Loiseau H. et al. CD221 (IGF-1R) is aberrantly expressed in multiple myeloma, in relation to disease severity. Haematologica 2005; 90(5):706–7.

35. Chng W.J., Gualberto A., Fonseca R. IGF-1R is overexpressed in poor-prognostic subtypes of multiple myeloma. Leukemia 2006;20(1):174–6. DOI: 10.1038/sj.leu.2403997

36. Шушанов С.С., Кравцова Т.А., Черных Ю.Б. Факторы, определяющие выживаемость клеток множественной миеломы человека in vitro. Клиническая онкогематология 2014;7(1):39–45.

37. Шушанов С.С., Кравцова Т.А., Вайман А.В. и др. Гиперэкспрессия IGF-1 – неблагоприятный прогностический фактор при множественной миеломе. Российский биотерапевтический журнал 2019;18(1):42–9. DOI: 10.17650/1726-97840-2019-18-1-42-49

38. El-Shewy H.M., Lee Mi-H., Obeid L.M. et al. The insulin-like growth factor type 1 and insulin-like growth factor type 2/ mannose-6-phosphate receptors independently regulate ERK1/2 activity in HEK293 cells. J Biol Chem 2007;282(36):26150–7. DOI: 10.1074/jbc.M703276200