oncotomskСибирский онкологический журналSiberian journal of oncology1814-48612312-3168Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences10.21294/1814-4861-2018-17-4-59-66oncotomsk-817Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯCLINICAL STUDIESТРАНСКРИПТОМНЫЙ АНАЛИЗ КЛЕТОК МЕЛАНОМЫ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКОВ ПЕРВИЧНОЙ ОПУХОЛИTRANSCRIPTOMIC ANALYSIS OF MELANOMA CELLS EXTRACTED FROM DIFFERENT SITES OF THE PRIMARY TUMORhttps://orcid.org/0000-0001-7660-700XАксененкоМ. Б.AksenenkoM. B.

Россия, 660022, г. Красноярск, ул. П. Железняка, 1

кандидат медицинских наук, доцент кафедры патологической физиологии, Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России

SPIN-код: 6958-9122. Researcher ID (WOS): V-1055-2017. Author ID (Scopus): 55330015100

1, P. Zheleznyaka Street, 660022-Krasnoyarsk, Russia

MD, PhD, Associate Professor of the Department of Pathophysiology, V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University the Ministry of Health Care of the Russian Federation 

Researcher ID (WOS): V-1055-2017. Author ID (Scopus): 55330015100

https://orcid.org/0000-0002-2269-0298КоминаА. В.KominaA. V.

Россия, 660022, г. Красноярск, ул. П. Железняка, 1

кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры патологической физиологии, Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России 

SPIN-код: 1172-2769. Researcher ID (WOS): O-9770-2015. Author ID (Scopus): 55596122500

1, P. Zheleznyaka Street, 660022-Krasnoyarsk, Russia

PhD, research scientist of the Department of Pathophysiology, V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University, the Ministry of Health Care of the Russian Federation 

Researcher ID (WOS): O-9770-2015. Author ID (Scopus): 55596122500

https://orcid.org/0000-0002-6801-3452ПалкинаН. В.PalkinaN. V.

Россия, 660022, г. Красноярск, ул. П. Железняка, 1

кандидат медицинских наук, ассистент кафедры патологической физиологии, Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России  

SPIN-код: 7534-4443. Researcher ID (WOS): P-1585-2015. Author ID (Scopus): 56126629300.

1, P. Zheleznyaka Street, 660022-Krasnoyarsk, Russia

MD, PhD, Department of Pathophysiology, V.F. Voino- Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University, the Ministry of Health Care of the Russian Federation

Researcher ID (WOS): P-1585-2015. Author ID (Scopus): 56126629300

mosmannv@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1284-6711АверчукА. С.AverchukA. S.

Россия, 660022, г. Красноярск, ул. П. Железняка, 1

кандидат биологических наук, доцент кафедры патологической физиологии, Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России  

SPIN-код: 7276-8713. Researcher ID (WOS): I-1075-2018 

1, P. Zheleznyaka Street, 660022-Krasnoyarsk, Russia

PhD, Associate Professor of the Department of Pathophysiology, V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University of the Ministry of Health Care of the Russian Federation 

Researcher ID (WOS): I-1075-2018

antonaverchuk@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1521-4696РыбниковЮ. А.RybnikovYu. A.

Россия, 660133, г. Красноярск, ул. 1-ая Смоленская, 16

заведующий отделением общей онкохирургии, Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского

SPIN-код: 6407-8537. Researcher ID (WOS): I-8802-2018. Author ID (Scopus): 983050

16, 1st Smolenskaya Street, 660133-Krasnoyarsk, Russia

MD, Head of the Department of General Oncosurgery, oncologist, A.I. Kryzhanovsky Krasnoyarsk Region Clinical Oncology Center

Researcher ID (WOS): I-8802-2018. Author ID (Scopus): 983050

Yu.A.Rybnikov@yandex.ruДыхноЮ. А.DyhnoYu. A.

Россия, 660022, г. Красноярск, ул. П. Железняка, 1

доктор медицинских наук, профессор кафедры онкологии и лучевой терапии с курсом ПО,Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России

SPIN-код: 2505-2322. Researcher ID (WOS): I-8813-2018. AuthorID (Scopus): 108203

1, P. Zheleznyaka Street, 660022-Krasnoyarsk, Russia

MD, DSc, Professor of the Department of Oncology and Radiation Therapy with a postgraduate training course, V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University of the Ministry of Health Care of the Russian Federation 

Researcher ID (WOS): I-8813-2018. Author ID (Scopus): 108203

Y.A.Dyhno@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8142-4283РукшаТ. Г.RukshaT. G.

Россия, 660022, г. Красноярск, ул. П. Железняка, 1

доктор медицинских наук, заведующая кафедрой патологической физиологии Красноярскийгосударственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России

SPIN-код: 5412-2148. Researcher ID (WOS): A-4801-2014. Author ID (Scopus): 23009925600

1, P. Zheleznyaka Street, 660022-Krasnoyarsk, Russia

MD, DSc, Head of the Department of Pathophysiology, V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University of the Ministry of Health Care of the Russian Federation

Researcher ID (WOS): A-4801-2014. Author ID (Scopus): 23009925600

tatyana_ruksha@mail.ruФГБОУ ВО «Красноярский государственный медицинский университет имени проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияProfessor V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University of the Ministry of Health Care of the Russian FederationRussian FederationКГБУЗ «Красноярский краевой клинический онкологический диспансер имени А.И. Крыжановского»РоссияA.I. Kryzhanovsky Krasnoyarsk Region Clinical Oncology CenterRussian Federation2018020920181745966Copyright © Аксененко М.Б., Комина А.В., Палкина Н.В., Аверчук А.С., Рыбников Ю.А., Дыхно Ю.А., Рукша Т.Г., 20182018Аксененко М.Б., Комина А.В., Палкина Н.В., Аверчук А.С., Рыбников Ю.А., Дыхно Ю.А., Рукша Т.Г.Aksenenko M.B., Komina A.V., Palkina N.V., Averchuk A.S., Rybnikov Y.A., Dyhno Y.A., Ruksha T.G.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/817Введение

Введение. Внутриопухолевая гетерогенность представляет собой характерную черту большинства злокачественных новообразований, в том числе и меланомы кожи. Данное свойство является  одним из препятствий для проведения эффективной таргетной терапии, поскольку у различных субклонов опухолевых клеток наблюдается вариабельная чувствительность к данным препаратам. С  современных позиций терапия злокачественных новообразований требует персонифицированного подхода  для каждого конкретного пациента.

Цель исследования – оценка возможных различий между тканями меланомы, выделенными из различных участков первичной опухоли одного пациента на транскриптомном уровне.

Материал и методы

Материал и методы. В работе были использованы культуры клеток меланомы, полученные из центральной и периферической частей первичной опухоли двух пациентов. Исследование транскриптомов клеток  проводили методом микрочипирования с последующим биоинформатическим анализом.

Результаты

Результаты. В клетках меланомы первого пациента, полученных из центрального и периферического  участков одной опухоли, не было выявлено различий по транскриптомному профилю. У второго пациента  имели место существенные различия (по 2953 транскриптам из 48226). В клетках, полученных из  центрального участка опухоли, выявлено повышение мРНК генов, кодирующих белки, ассоциированные с  иммунным ответом опухоли, транспортные белки ABC‑семейства, сигнальные молекулы класса цитокинов. В  культуре клеток, выделенной из периферического участка этой же опухоли, зарегистрировано увеличение  уровня мРНК генов, кодирующих белки внеклеточного матрикса и воспалительного ответа. В целом  различия между субклонами клеток второго пациента касались ряда сигнальных каскадов, играющих  ведущую роль в онкогенезе (MAPK, PI3K-Akt-mTOR, VEGFAVEGFR2 и др). Заключение. Проведенное  исследование позволяет оценить возможные различия между клетками внутри опухоли на  транскрипционном уровне с целью поиска новых подходов для персонифицированной терапии.

Introduction

Introduction. Intratumor heterogeneity is a characteristic feature for most malignant tumors, including cutaneous melanoma. This property represents one of the main obstacles  for effective targeted therapy, due to the different sensitivity to chemotherapeutic agents on  various tumor cells subclones. Treatment of malignant tumors requires an individual approach to choose the most appropriate treatment regimen.

The purpose of the study was to evaluate differences in melanoma tissue samples obtained from different parts of one patient’s primary tumor at the transcriptomic level.

Material and Methods

Material and Methods. Melanoma cell cultures obtained from both central and peripheral parts of the primary tumor of two patients were used in the study.

Results

Results. Subclones from different parts of the first patient’s tumor were similar, whereas the second patient demonstrated significant differences at the transcriptomic level (in 2953  transcripts out of 48226). In the cells of the central zone of the second patient’s tumor, an  increase in mRNA of the genes encoding proteins associated with tumor-specific immune  response, as well as ABC-family transport proteins and cytokine signaling molecules, were  noted. In the cells from the peripheral area of the same tumor, a more intensive transcription of genes encoding extracellular matrix and inflammatory response  proteins was observed. Taken all round, the differences between the subclones of the second  patient’s cells were relevant to some signaling cascades playing a leading role in  oncogenesis (MAPK, PI3K-Akt-mTOR, VEGFA-VEGFR2, etc.).

Conclusion

Conclusion. The study allowed  evaluation of differences between cancer cells within a tumor at the transcriptional level in order to search for further approaches to personalized melanoma therapy.

меланомагетерогенностьтранскриптоммикроокружениеmelanomaheterogeneitytranscriptomemicroenvironmentReferencesHunter K.W., Amin R., Deasy S., Ha N.H., Wakefield L. Genetic insights into the morass of metastatic heterogeneity. Nat Rev Cancer. 2018 Apr; 18(4): 211–23. doi: 10.1038/nrc.2017.126.Hunter K.W., Amin R., Deasy S., Ha N.H., Wakefield L. Genetic insights into the morass of metastatic heterogeneity. Nat Rev Cancer. 2018 Apr; 18(4): 211–23. doi: 10.1038/nrc.2017.126.Gerlinger M., Swanton C. How Darwinian models inform therapeutic failure initiated by clonal heterogeneity in cancer medicine. Br J Cancer. 2010 Oct 12; 103(8): 1139–43. doi: 10.1038/sj.bjc.6605912.Gerlinger M., Swanton C. How Darwinian models inform therapeutic failure initiated by clonal heterogeneity in cancer medicine. Br J Cancer. 2010 Oct 12; 103(8): 1139–43. doi: 10.1038/sj.bjc.6605912.Housman G., Byler S., Heerboth S., Lapinska K., Longacre M., Snyder N., Sarkar S. Drug resistance in cancer: an overview. Cancers (Basel). 2014 Sep 5; 6(3): 1769–92. doi: 10.3390/cancers6031769.Housman G., Byler S., Heerboth S., Lapinska K., Longacre M., Snyder N., Sarkar S. Drug resistance in cancer: an overview. Cancers (Basel). 2014 Sep 5; 6(3): 1769–92. doi: 10.3390/cancers6031769.Dagogo-Jack I., Shaw A.T. Tumour heterogeneity and resistance to cancer therapies. Nat Rev Clin Oncol. 2018 Feb; 15(2): 81–94. doi: 10.1038/nrclinonc.2017.166.Dagogo-Jack I., Shaw A.T. Tumour heterogeneity and resistance to cancer therapies. Nat Rev Clin Oncol. 2018 Feb; 15(2): 81–94. doi: 10.1038/nrclinonc.2017.166.Neve R.M., Chin K., Fridlyand J., Yeh J., Baehner F.L., Fevr T., Clark L., Bayani N., Coppe J.P., Tong F., Speed T., Spellman P.T., DeVries S., Lapuk A., Wang N.J., Kuo W.L., Stilwell J.L., Pinkel D., Albertson D.G., Waldman F.M., McCormick F., Dickson R.B., Johnson M.D., Lippman M., Ethier S., Gazdar A., Gray J.W. A collection of breast cancer cell lines for the study of functionally distinct cancer subtypes. Cancer Cell. 2006 Dec; 10(6): 515–27. doi: 10.1016/j.ccr.2006.10.008.Neve R.M., Chin K., Fridlyand J., Yeh J., Baehner F.L., Fevr T., Clark L., Bayani N., Coppe J.P., Tong F., Speed T., Spellman P.T., DeVries S., Lapuk A., Wang N.J., Kuo W.L., Stilwell J.L., Pinkel D., Albertson D.G., Waldman F.M., McCormick F., Dickson R.B., Johnson M.D., Lippman M., Ethier S., Gazdar A., Gray J.W. A collection of breast cancer cell lines for the study of functionally distinct cancer subtypes. Cancer Cell. 2006 Dec; 10(6): 515–27. doi: 10.1016/j.ccr.2006.10.008.Benjamini Y., Hochberg Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. J R Stat Soc Series B Stat Methodol. 1995; 57: 289–300.Benjamini Y., Hochberg Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. J R Stat Soc Series B Stat Methodol. 1995; 57: 289–300.Sanlorenzo M., Vujic I., Posch C., Dajee A., Yen A., Kim S., Ashworth M., Rosenblum M.D., Algazi A., Osella-Abate S., Quaglino P., Daud A., Ortiz-Urda S. Melanoma immunotherapy. Cancer Biol Ther. 2014 Jun 1; 15(6): 665–74. doi: 10.4161/cbt.28555.Sanlorenzo M., Vujic I., Posch C., Dajee A., Yen A., Kim S., Ashworth M., Rosenblum M.D., Algazi A., Osella-Abate S., Quaglino P., Daud A., Ortiz-Urda S. Melanoma immunotherapy. Cancer Biol Ther. 2014 Jun 1; 15(6): 665–74. doi: 10.4161/cbt.28555.Somasundaram R., Villanueva J., Herlyn M. Intratumoral heterogeneity as a therapy resistance mechanism: role of melanoma subpopulations. Adv Pharmacol. 2012; 65: 335–59. doi: 10.1016/B978-0-12-397927-8.00011-7.Somasundaram R., Villanueva J., Herlyn M. Intratumoral heterogeneity as a therapy resistance mechanism: role of melanoma subpopulations. Adv Pharmacol. 2012; 65: 335–59. doi: 10.1016/B978-0-12-397927-8.00011-7.Pieniazek M., Matkowski R., Donizy P. Macrophages in skin melanoma-the key element in melanomagenesis. Oncol Lett. 2018 Apr; 15(4): 5399–5404. doi: 10.3892/ol.2018.8021.Pieniazek M., Matkowski R., Donizy P. Macrophages in skin melanoma-the key element in melanomagenesis. Oncol Lett. 2018 Apr; 15(4): 5399–5404. doi: 10.3892/ol.2018.8021.Smith M.J., Culhane A.C., Donovan M., Coffey J.C., Barry B.D., Kelly M.A., Higgins D.G., Wang J.H., Kirwan W.O., Cotter T.G., Redmond H.P. Analysis of differential gene expression in colorectal cancer and stroma using fluorescence-activated cell sorting purification. Br J Cancer. 2009 May; 100(9): 1452–64. doi: 10.1038/sj.bjc.660493.Smith M.J., Culhane A.C., Donovan M., Coffey J.C., Barry B.D., Kelly M.A., Higgins D.G., Wang J.H., Kirwan W.O., Cotter T.G., Redmond H.P. Analysis of differential gene expression in colorectal cancer and stroma using fluorescence-activated cell sorting purification. Br J Cancer. 2009 May; 100(9): 1452–64. doi: 10.1038/sj.bjc.660493.Kovacs D., Migiliano E., Muscardin L., Silipo V., Catricala C., Picardo M., Bellei B. The role of Wnt/ß-catenin signaling pathway in melanoma epithelial-to-esenchymal- like switching: evidences from patients-derived cell lines. Oncotarget. 2016 Jul 12; 7(28): 43295–43314. doi: 10.18632/oncotarget.9232.Kovacs D., Migiliano E., Muscardin L., Silipo V., Catricala C., Picardo M., Bellei B. The role of Wnt/ß-catenin signaling pathway in melanoma epithelial-to-esenchymal- like switching: evidences from patients-derived cell lines. Oncotarget. 2016 Jul 12; 7(28): 43295–43314. doi: 10.18632/oncotarget.9232.Mikheev A.M., Mikheeva S.A., Rostomily R., Zarbl H. Dickkopf-1 activates cell death in MDA-MB435 melanoma cells. Biochem Biophys Res Commun. 2007 Jan 19; 352(3): 675-80. doi: 10.1016/j.bbrc.2006.11.079Mikheev A.M., Mikheeva S.A., Rostomily R., Zarbl H. Dickkopf-1 activates cell death in MDA-MB435 melanoma cells. Biochem Biophys Res Commun. 2007 Jan 19; 352(3): 675-80. doi: 10.1016/j.bbrc.2006.11.079Roesch A. Tumor heterogeneity and plasticity as elusive drivers for resistance to MAPK pathway inhibition in melanoma. Oncogene. 2015 Jun 4; 34(23): 2951–7. doi: 10.1038/onc.2014.249.Roesch A. Tumor heterogeneity and plasticity as elusive drivers for resistance to MAPK pathway inhibition in melanoma. Oncogene. 2015 Jun 4; 34(23): 2951–7. doi: 10.1038/onc.2014.249.Chou J., Werb Z. MicroRNAs play a big role in regulating ovarian cancer-associated fibroblasts and the tumor microenvironment. Cancer Discov. 2012 Dec; 2(12): 1078–80. doi: 10.1158/2159-8290.CD-12-0465.Chou J., Werb Z. MicroRNAs play a big role in regulating ovarian cancer-associated fibroblasts and the tumor microenvironment. Cancer Discov. 2012 Dec; 2(12): 1078–80. doi: 10.1158/2159-8290.CD-12-0465.Ruffini F., Failla C.M., Orecchia A., Bani M.R., Dorio A.S., Fortes C., Zambruno G., Graziani G., Giavazzi R., D’Atri S., Lacal P.M. Expression of the soluble vascular endothelial growth factor receptor-1 in cutaneous melanoma: role in tumour progression. Br J Dermatol. 2011 May; 164(5): 1061–70. doi: 10.1111/j.1365-2133.2010.10200.x.Ruffini F., Failla C.M., Orecchia A., Bani M.R., Dorio A.S., Fortes C., Zambruno G., Graziani G., Giavazzi R., D’Atri S., Lacal P.M. Expression of the soluble vascular endothelial growth factor receptor-1 in cutaneous melanoma: role in tumour progression. Br J Dermatol. 2011 May; 164(5): 1061–70. doi: 10.1111/j.1365-2133.2010.10200.x.Wang T., Srivastava S., Hartman M., Buhari S.A., Chan C.W., Iau P., Khin L.W., Wong A., Tan S.H., Goh B.C., Lee S.C. High expression of intratumoral stromal proteins is associated with chemotherapy resistance in breast cancer. Oncotarget. 2016 Aug; 7(34): 55155–55168. doi: 10.18632/oncotarget.10894.Wang T., Srivastava S., Hartman M., Buhari S.A., Chan C.W., Iau P., Khin L.W., Wong A., Tan S.H., Goh B.C., Lee S.C. High expression of intratumoral stromal proteins is associated with chemotherapy resistance in breast cancer. Oncotarget. 2016 Aug; 7(34): 55155–55168. doi: 10.18632/oncotarget.10894.Markova-Car E.P., Jurišić D., Ilić N., Kraljević Pavelić S. Running for time: circadian rhythms and melanoma. Tumour Biol. 2014 Sep; 35(9): 8359–68. doi: 10.1007/s13277-014-1904-2.Markova-Car E.P., Jurišić D., Ilić N., Kraljević Pavelić S. Running for time: circadian rhythms and melanoma. Tumour Biol. 2014 Sep; 35(9): 8359–68. doi: 10.1007/s13277-014-1904-2.Fischer T.W., Zmijewski M.A., Zbytek B., Sweatman T.W., Slominski R.M., Wortsman J., Slominski A. Oncostatic effects of the indole melatonin and expression of its cytosolic and nuclear receptors in cultured human melanoma cell lines. Int J Oncol. 2006 Sep; 29(3): 665–72.Fischer T.W., Zmijewski M.A., Zbytek B., Sweatman T.W., Slominski R.M., Wortsman J., Slominski A. Oncostatic effects of the indole melatonin and expression of its cytosolic and nuclear receptors in cultured human melanoma cell lines. Int J Oncol. 2006 Sep; 29(3): 665–72.Slominski A.T., Brożyna A.A., Zmijewski M.A., Jóźwicki W., Jetten A.M., Mason R.S., Tuckey R.C., Elmets C.A. Vitamin D signaling and melanoma: role of vitamin D and its receptors in melanoma progression and management. Lab Invest. 2017 Jun; 97(6):706–24. doi: 10.1038/labinvest.2017.3.Slominski A.T., Brożyna A.A., Zmijewski M.A., Jóźwicki W., Jetten A.M., Mason R.S., Tuckey R.C., Elmets C.A. Vitamin D signaling and melanoma: role of vitamin D and its receptors in melanoma progression and management. Lab Invest. 2017 Jun; 97(6):706–24. doi: 10.1038/labinvest.2017.3.

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