Материал и методы

oncotomsk

Сибирский онкологический журнал

Siberian journal of oncology

1814-48612312-3168

Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences

10.21294/1814-4861-2022-21-1-72-84

oncotomsk-2029

Research Article

ЛАБОРАТОРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

LABORATORY AND EXPERIMENTAL STUDIES

Создание ортотопических опухолей в молочной железе мышей BALB/C NUDE клетками рака молочной железы человека MCF-7 и ее VDAC-дефицитными производными

Establishment of an orthotopic tumor model in the mammary gland of BALB/C nude mice using human breast cancer MCF-7 cells and their VDAC-deficient derivatives

https://orcid.org/0000-0003-1823-828X

Мндлян

Е. Ю.

Mndlyan

E. Yu.

Мндлян Екатерина Юрьевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории фармакологической регуляции клеточной резистентности

SPIN-код: 3057-8058. Researcher ID (WOS): В-2757-2014. Author ID (Scopus): 57208621972

Россия, 142290, г. Пущино, ул. Институтская, 3

Ekaterina Yu. Mndlyan, PhD, Researcher, Laboratory of Pharmacological Regulation of Cell Resistance

SPIN-code: 3057-8058. Researcher ID (WOS): В-2757-2014. Author ID (Scopus): 57208621972

3, Institutskaya St., 142290, Pushchino, Russia

mndlyaneyu@gmail.com

Семушина

С. Г.

Semushina

S. G.

Семушина Светлана Геннадиевна, научный сотрудник лаборатории биологических испытаний

Author ID (Scopus): 6505477187

Россия, 142290, г. Пущино, проспект Науки, 6, Россия

Svetlana G. Semushina, Researcher, Laboratory of Biological Testing

Author ID (Scopus): 6505477187

6, Science Ave., 142290, Pushchino, Russia

Ржевский

Д. И.

Rzhevsky

D. I.

Ржевский Дмитрий Иванович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биологических испытаний

Author ID (Scopus): 6508197891. Researcher ID (WOS): E-6858-2014

Россия, 142290, г. Пущино, проспект Науки, 6, Россия

Dmitry I. Rzhevsky, PhD, Senior Researcher, Laboratory of Biological Testing

Author ID (Scopus): 6508197891. Researcher ID (WOS): E-6858-2014

6, Science Ave., 142290, Pushchino, Russia

Новикова

Н. И.

Novikova

N. I.

Новикова Надежда Ивановна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биологических испытаний

Author ID (Scopus): 7102157018

Россия, 142290, г. Пущино, проспект Науки, 6, Россия

Nadezhda I. Novikova, PhD, Senior Researcher, Laboratory of Biological Tests, Branch

Author ID (Scopus): 7102157018

6, Science Ave., 142290, Pushchino, Russia

Калабина

Е. А.

Kalabina

E. A.

Калабина Елена Андреевна, младший научный сотрудник лаборатории биологических испытаний

Author ID (Scopus): 57191662416

Россия, 142290, г. Пущино, проспект Науки, 6, Россия

Elena A. Kalabina, Junior Researcher, Laboratory of Biological Tests

Author ID (Scopus): 57191662416

6, Science Ave., 142290, Pushchino, Russia

https://orcid.org/0000-0003-3431-3147

Комков

Д. С.

Komkov

D. S.

Комков Дмитрий Сергеевич, младший научный сотрудник лаборатории генной терапии социально значимых заболеваний, Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины

Россия, 119334, г. Москва, ул. Вавилова, 34/5

Dmitry S. Komkov, Junior Researcher, Laboratory of Gene Therapy for Socially Significant Diseases, Center for High-Precision Editing and Genetic Technologies for Biomedicine

34/5, Vavilov St., 119334, Moscow, Russia

https://orcid.org/0000-0003-0784-3011

Масленникова

А. Ю.

Maslennikova

A. Yu.

Масленникова Александра Юрьевна, младший научный сотрудник лаборатории генной терапии социально значимых заболеваний

Researcher ID (WOS): H-5335-2018

Россия, 119334, г. Москва, ул. Вавилова, 34/5

Alexandra Yu. Maslennikova, Junior Researcher, Laboratory of Gene Therapy of Socially Significant Diseases

Researcher ID (WOS): H-5335-2018

34/5, Vavilov St., 119334, Moscow, Russia

Мурашев

А. Н.

Murashev

A. N.

Мурашев Аркадий Николаевич, доктор биологических наук, профессор, лаборатория биологических испытаний

Author ID (Scopus): 7004892371. Researcher ID (WOS): Е-6321-2014

Россия, 142290, г. Пущино, проспект Науки, 6, Россия

Arkady N. Murashev, Professor, Laboratory of Biological Testing

Author ID (Scopus): 7004892371. Researcher ID (WOS): Е-6321-2014

6, Science Ave., 142290, Pushchino, Russia

https://orcid.org/0000-0002-0809-350X

Холмухамедов

Э. Л.

Holmuhamedov

E. L.

Холмухамедов Эхсон Лухманович, доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории фармакологической регуляции клеточной резистентности

SPIN-код: 1796-4170. Author ID (Scopus): 35576016700. Researcher ID (WOS): Р-5228-2016

Россия, 142290, г. Пущино, ул. Институтская, 3

Ekhson L. Holmukhamedov, DSc, Chief Research Scientist, Laboratory of Pharmacological Regulation of Cellular Resistance

SPIN-code: 1796-4170. Author ID (Scopus): 35576016700. Researcher ID (WOS): Р-5228-2016

3, Institutskaya St., 142290, Pushchino, Russia

ФГБУН «Институт теоретической и экспериментальной биофизики» РАНРоссияFGBUN Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, RASRussian Federation

Филиал ФГБУН «Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» РАНРоссияBranch of the FGBUN Institute of Bioorganic Chemistry named after academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov RASRussian Federation

ФГБУН «Институт биологии гена» РАНРоссияFGBUN Institute of Gene Biology, RASRussian Federation

2022

03032022

2117284

2022

Мндлян Е.Ю., Семушина С.Г., Ржевский Д.И., Новикова Н.И., Калабина Е.А., Комков Д.С., Масленникова А.Ю., Мурашев А.Н., Холмухамедов Э.Л.

Mndlyan E.Y., Semushina S.G., Rzhevsky D.I., Novikova N.I., Kalabina E.A., Komkov D.S., Maslennikova A.Y., Murashev A.N., Holmuhamedov E.L.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/2029

Цель исследования – изучить опухолеобразующую активность «диких» клеток MC F-7, несущих полный набор поринов (VDAC 1, VDAC 2, VDAC 3), а также их генетически модифицированных клеток, из которых удалена одна из изоформ (MC F-7 VDAC 1 KO, MC F-7 VDAC 2 KO, MC F-7 VDAC 3 KO).

Материал и методы

Материал и методы. Исследование направлено на создание животной модели ортотопических опухолей в молочной железе иммунодефицитных мышей BAL B/c Nude путем имплантации суспензии клеток рака молочной железы человека (MC F-7) и производных этих клеток, полученных нокаутом одной из выбранных изоформ митохондриальных поринов (VDAC 1, VDAC 2 или VDAC 3). Опухоли создавались путем инъекции в жировую ткань молочной железы мышей BAL B/c Nude суспензии клеточных линий либо диких MC F-7 (содержащих все три изоформы поринов, VDAC 1, VDAC 2 и VDAC 3) либо ее VDAC -дефицитных производных «MC F-7 VDAC 1 KO», «MC F-7 VDAC 2 KO» и «MC F-7 VDAC 3 KO» в дозе 4х106 клеток на одну инъекцию. Проведён патоморфологический анализ места имплантации опухолевых клеток, самой опухоли, а также органов брюшной и грудной полости.

Результаты

Результаты. Показана возможность успешного создания ортотопических опухолей в жировой ткани иммунодефицитных голых мышей BAL B/c Nude эпителиальными клетками рака молочной железы человека «MC F-7 WT», содержащими полный набор изоформ митохондриальных поринов и ее VDAC -дефицитными производными. Опухолеобразующая активность имплантированных клеток коррелирует с их цитотоксическим действием на внутренние органы животного. По результатам патоморфологического анализа можно сделать вывод о том, что за исключением клеток типа «MC F-7 VDAC 1 KO», которые не образовали опухолей, все остальные имплантированные клеточные культуры «MC F-7 WT», «MC F-7 VDAC 2 KO» и «MC F-7 VDAC 3 KO» вызывали патологические изменения состояния легких, печени и селезенки, а также наличие других опухолевидных новообразований.

Заключение

Заключение. Полученные данные будут использованы для оптимизации объема инъекции и количества клеток, а также для уточнения динамики роста опухолей, пригодного для изучения действия противоопухолевых препаратов на опухолях, образованных клетками рака молочной железы человека (MC F-7) и ее генетически модифицированными VDAC -дефицитными производными.

Purpose to study the tumor-forming activity of wild-type MC F-7 cells carrying a full set of porins (VDAC 1, VDAC 2, VDAC 3), as well as their genetically modified cells, from which one of the isoforms was removed (MC F-7 VDAC 1 KO, MC F-7 VDAC 2 KO, MC F -7 VDAC 3 KO).

Material and Methods

Material and Methods. The study was aimed at establishing of an animal model of orthotopic tumors in the mammary gland of immunodeficient BAL B/c nude mice by implanting a suspension of human breast cancer cells (MC F-7) and derivatives of these cells generated by targeted knockout of one of the selected mitochondrial porin isoforms (VDAC 1, VDAC 2 or VDAC 3). Suspensions of either wild-type MC F-7 cell lines containing all three porin isoforms (VDAC 1, VDAC 2 and VDAC 3) or their VDAC -deficient derivatives (MC F-7 VDAC 1 KO, MC F-7 VDAC 2 KO and MC F-7 VDAC 3 KO) were injected into mammary fat pads of BAL B/c nude mice at a dose of 4x106 cells per injection. A pathomorphological analysis of the place of implantation of tumor cells, the tumor itself, as well as the organs of the abdominal and thoracic cavity was carried out.

Results

Results. The study shows the feasibility of successful creation of orthotopic tumors in the adipose tissue of immunodeficient BAL B/c nude mice with MC F-7 human breast cancer epithelial cells containing a complete set of mitochondrial porin isoforms and their VDAC -deficient derivatives. The tumor-forming activity of the implanted cells was shown to correlate with their cytotoxic effect on the internal organs of animals. Pathological analysis showed that all implanted cell cultures, such as MC F-7 WT, MC F-7 VDAC 2 KO and MC F-7 VDAC 3 KO, except for MC F-7 VDAC 1 KO cells, which did not form tumors, caused pathological changes in the lungs, liver and spleen, as well as the presence of other tumor-like lesions.

Conclusion

Conclusion. The data obtained will be used to optimize the injection volume and cell number, as well as to refine the dynamics of tumor growth, suitable for studying the effect of anticancer drugs on tumors formed by human breast cancer cells (MC F-7) and its genetically modified VDAC -deficient derivatives.

клеточная культура MCF-7митохондриальные порины (VDAC1VDAC2VDAC3)мыши BALB/c NUDEортотопическая опухоль

cancer cells MCF-7mitochondrial porins (VDAC1VDAC2VDAC3)immunodeficient BALB / c Nude miceorthotopic tumor

Это исследование выполнено при поддержке гранта РНФ по соглашению № 19-75-20145

This research was carried out with the support of a grant from the Russian Science Foundation under agreement No. 19-75-20145

References1

Momenimovahed Z., Salehiniya H. Epidemiological characteristics of and risk factors for breast cancer in the world. Breast Cancer (Dove Med Press) 2019; 11: 151–64. doi:10.2147/BCTT.S176070.

Кит О.И., Ващенко Л.Н., Дашкова И.Р., Кутилин Д.С., Максимов А.Ю., Гончарова А.С. Ксеногенные модели рака молочной железы человека в экспериментальных исследованиях. Современные проблемы науки и образования. 2019; (6).

Kit O.I., Vashchenko L.N., Dashkova I.R., Kutilin D.S., Maksimov A.Y., Goncharova A.S. Xenograft models of human breast cancer in experimental studies. Modern Problems of Science and Education. 2019; (6). (in Russian)

Koldin I.I., Treshchalina E.M., Sharovskaia I., Dubovaia T.K., Kobliakov V.A. Effect of cell microenvironment on cell functions associated with tumour promotion and progression. Tsitologiia. 2013; 55: 328–32.

Treshalina H.M. Immunodeficient mice balb/c nude and modeling of various types of tumor growth for preclinical studies. Russian Journal of Biotherapy. 2019; 16: 6–13. doi.org/10.17650/1726-9784-2017-16-3-6-13.

Holen I., Speirs V., Morrissey B., Blyth K. In vivo models in breast cancer research: progress, challenges and future directions. Disease Models Mechanisms. 2017; 10 (4): 359–71. doi: 10.1242/dmm.028274.

Tavera-Mendoza L.E., Brown M. A less invasive method for orthotopic injection of breast cancer cells into the mouse mammary gland. Lab Anim. 2017; 51(1): 85–8. doi: 10.1177/0023677216640706.

Mazure N.M. VDAC in cancer. Biochim Biophys Acta Bioenerg. 2017; 1858(8): 665–73. doi: 10.1016/j.bbabio.2017.03.002.

Shoshan-Barmatz V., Ben-Hail D. VDAC, a multi-functional mitochondrial protein as a pharmacological target. Mitochondrion. 2012; 12(1): 24–34. doi: 10.1016/j.mito.2011.04.001.

Shteinfer-Kuzmine A., Amsalem Z., Arif T., Zooravlov A., Shoshan- Barmatz V. Selective induction of cancer cell death by VDAC1-based peptides and their potential use in cancer therapy. Mol Oncol. 2018; 12(7): 1077–1103. doi: 10.1002/1878-0261.

Raghavan A., Sheiko T., Graham B.H., Craigen W.J. Voltagedependant anion channels: novel insights into isoform function through genetic models. Biochim Biophys Acta. 2012; 1818(6): 1477–85. doi: 10.1016/j.bbamem.2011.10.019.

Maldonado E.N., Lemasters J.J. Warburg revisited: regulation of mitochondrial metabolism by voltage-dependent anion channels in cancer cells. J Pharmacol Exp Ther. 2012; 342: 637–41, doi:10.1124/jpet.112.192153.

Pedersen P.L. Voltage dependent anion channels (VDACs): a brief introduction with a focus on the outer mitochondrial compartment’s roles together with hexokinase-2 in the «Warburg effect» in cancer. J Bioenerg Biomembr. 2008; 40 (3): 123–6. doi: 10.1007/s10863-008-9165-7.

Yang G., Zhou D., Li J., Wang W., Zhong W., Fan W., Yu M., Cheng H. VDAC1 is regulated by BRD4 and contributes to JQ1 resistance in breast cancer. Oncol Lett. 2019; 18 (3): 2340–7. doi: 10.3892/ol.2019.10534.

Seo J.H., Chae Y.C., Kossenkov A.V., Lee Y.G., Tang H.Y., Agarwal E., Gabrilovich D.I., Languino L.R., Speicher D.W., Shastrula P.K., Storaci A.M., Ferrero S., Gaudioso G., Caroli M., Tosi D., Giroda M., Vaira V., Rebecca V. W., Herlyn M., Xiao M., Fingerman D., Martorella A., Skordalakes E., Altieri D.C. MFF Regulation of Mitochondrial Cell Death Is a Therapeutic Target in Cancer. Cancer Res. 2019; 79 (24): 6215–26. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-19-1982.

Ralph S.J., Low P., Dong L., Lawen A., Neuzil J. Mitocans: mitochondrial targeted anti-cancer drugs as improved therapies and related patent documents. Recent Pat Anticancer Drug Discov. 2006; 1 (3):327–46.

Shoshan-Barmatz V., Krelin Y., Chen Q. VDAC1 as a Player in Mitochondria-Mediated Apoptosis and Target for Modulating Apoptosis. Curr Med Chem. 2017; 24(40): 4435–46. doi: 10.2174/0929867324666170616105200.

Wu S., Sampson M.J., Decker W.K., Craigen W.J. Each mammalian mitochondrial outer membrane porin protein is dispensable: effects on cellular respiration. Biochim Biophys Acta. 1999; 1452: 68–78. doi:10.1016/s0167-4889(99)00120-2.

Solovieva M.E., Shatalin Y.V., Solovyev V.V., Sazonov A.V., Kutyshenko V.P., Akatov V.S. Hydroxycobalamin catalyzes the oxidation of diethyldithiocarbamate and increases its cytotoxicity independently of copper ions. Redox Biol. 2019; 20: 28–37. doi:10.1016/j.redox.2018.09.016.

Zotova A., Pichugin A., Atemasova A., Knyazhanskaya E., Lopatukhina E., Mitkin N., Holmuhamedov E., Gottikh M., Kuprash D., Filatov A., Mazurov D. Isolation of gene-edited cells via knock-in of short glycophosphatidylinositol-anchored epitope tags. Sci Rep. 2019; 9: 3132. doi:10.1038/s41598-019-40219-z.

Мазуров Д.В. Селекция редактированных клеток методом SORTS. Главная публичная научно-техническая библиотека Сибирского отделения РАН. Новосибирск, 2020; Глава 22.

Mazurov D.V. Selekcija redaktirovannyh kletok metodom SORTS. Glavnaja publichnaja nauchno-tehnicheskaja biblioteka Sibirskogo otdelenija RAS. Novosibirsk, 2020; 22. (in Russian)

Tarasevich A., Filatov A., Pichugin A., Mazurov D. Monoclonal antibody profiling of cell surface proteins associated with the viral biofilms on HTLV-1 transformed cells. Acta Virol. 2015; 59: 247–56. doi:10.4149/av_2015_03_247.

Cheon D.J., Orsulic S. Mouse models of cancer. Ann Rev Pathol. 2011; 6: 95–119, doi:10.1146/annurev.pathol.3.121806.154244.

Park M.K., Lee C.H., Lee H. Mouse models of breast cancer in preclinical research. Lab Anim Res. 2018; 34: 160–5, doi:10.5625/lar.2018.34.4.160.

Dall G., Vieusseux J., Unsworth A., Anderson R., Britt K. Low Dose, Low Cost Estradiol Pellets Can Support MCF-7 Tumour Growth in Nude Mice without Bladder Symptoms. J Cancer. 2015; 6: 1331–6. doi:10.7150/jca.10890.

Кадомцев Д.В. Золетил-ксилазиновый наркоз в экспериментах у крыс. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований 2015; 5: 56–7.

Kadomcev D.V. Zoletyl-xylazine anesthesia in experiments on rats. International Journal of Applied and Basic Research. 2015; 5: 56–7. (in Russian)

Владимирская Т.Э., Швед И.А., Криворот С.Г., Веялкина Н.Н., Адамович А.В. Определение фаз эстрального цикла белых крыс по клеточному составу влагалищных мазков. Вести Национальной Академии Наук Белоруссии, Серия Биологическая. 2011; 4: 88–91.

Vladimirskaja T.Je., Shved I.A., Krivorot S.G., Vejalkina N.N., Adamovich A.V. Determination of the phases of the estrous cycle of white rats by the cellular composition of vaginal smears. News of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series. 2011; 4: 88–91. (in Russian)

Miller A.R., Pisters P.W., Lee J.E., Janjan N.A., Abbruzzese J.L., Evans D.B. Preoperative chemoradiation and pancreaticoduodenectomy for adenocarcinoma of the pancreas. Hepatogastroenterology. 1998; 45(21): 624–33.

Majer J., Kedziora J., Madziala M. A pilot study of mechanical chest compression with the LifeLine ARM device during simulated cardiopulmonary resuscitation. Anaesth Crit Care Pain Med. 2017; 36(4): 249. doi: 10.1016/j.accpm.2017.01.007.

Jung Y.Y., Hyun C.L., Jin M.-S., Park I.A., Chung Y.R., Shim B., Lee K.H., Ryu H.S. Histomorphological Factors Predicting the Response to Neoadjuvant Chemotherapy in Triple-Negative Breast Cancer. J Breast Cancer. 2016; 19(3): 261–7. doi: 10.4048/jbc.2016.19.3.261.

Sethi D., Sen R., Parshad S., Khetarpal S., Garg M., Sen J. Histopathologic changes following neoadjuvant chemotherapy in various malignancies. Int J Appl Basic Med Res. 2012; 2(2): 111–6. doi: 10.4103/2229-516X.106353.

Pokrovskii V.S., Treshchalin M.I., Bodiagin D.A., Treshchalina E.M. Hematological toxicity of some combined chemotherapy schemes involving aranoza. Eksp Klin Farmakol. 2010; 73(5): 36–40.

Yao L., Xue X., Yu P., Ni Y., Chen F. Evans Blue Dye: A Revisit of Its Applications in Biomedicine. Contrast Media; Molecular Imaging. 2018.

Зайцев В.Б., Федоровская Н.С., Дьяконов Д.А., Федоровский А.М., Коледаева Е.В., Дорох Л.В., Гамулинская И.Н. Морфофункциональные характеристики селезёнки человека. Вятский медицинский вестник. 2011; 3–6.

Zajcev V.B., Fedorovskaja N.S., D’jakonov D.A., Fedorovskij A.M., Koledaeva E.V., Doroh L.V., Gamulinskaja I.N. Morphofunctional characteristics of the human spleen. Vyatka Medical Bulletin. 2011; 3–6. (in Russian)

Кирьянов Н. А., Иванова Г.С., Баженов Е. Л., Башмаков А. Б. Частная патология.Часть 2. Патологическая анатомия. Ижевск, 2018.

Kir’janov N. A., Ivanova G.S., Bazhenov E.L., Bashmakov A.B. Particular pathology. Part 2. Pathological anatomy. Izhevsk, Izhevsk, 2018. (in Russian)

Ионкин Д.А., Кармазановский.Г.Г., Степанова Ю.А., Шуракова А.Б., Журенкова Т.В., Щеголев А.И., Дубова Е.А. Редкие злокачественные поражения селезёнки. Малигнизация эпидермоидной кисты и метастазы в селезёнку. Вестник Национального медико- хирургического Центра им. Н.И. Пирогова 2011; 6: 137–143.

Ionkin D.A., Karmazanovskij.G.G., Stepanova Ju.A., Shurakova A.B., Zhurenkova T.V., Shhegolev A.I., Dubova E.A. Rare malignant lesions of the spleen. Malignancy of the epidermoid cyst and metastases to the spleen. Bulletin of the National Medical and Surgical Center. N.I. Pirogov. 2011; 6: 137–143. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.