БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 8, с. 1189–1204

УДК 576.385.5

Исследование in vitro роли TGF-β1 и мутаций гена C-Kit в прогрессировании гепатоцеллюлярной карциномы у больных, инфицированных вирусом гепатита С

© 2019 M.E. El-Houseini 1, A. Ismail 2, A.A. Abdelaal 2, A.H. El-Habashy 3, Z.F. Abdallah 1, M.Z. Mohamed 4, M. El-Hadidi 5, W.C.S. Cho 6, H. Ahmed 7, T.A. Al-Shafie 1,8 *

1 Department of Cancer Biology, National Cancer Institute, Cairo University, Cairo 11796, Egypt; e-mail: tamer.alshafie@pua.edu.eg

2 Department of Surgery, Faculty of Medicine, Ain Shams University, Cairo 11566, Egypt

3 Department of Pathology, National Cancer Institute, Cairo University, Cairo 11796, Egypt

4 Department of Medical Laboratory, Medical Center of Egyptian Railways, Cairo 11669, Egypt

5 Center of Informatics Science, Nile University, Giza 12525, Egypt

6 Department of Clinical Oncology, Queen Elizabeth Hospital, Kowloon, Hong Kong, China

7 GlycoMantra, Inc., Baltimore MD 21227, USA

8 Department of Pharmacology and Therapeutics, Faculty of Pharmacy and Drug Manufacturing, Pharos University in Alexandria, Alexandria 21311, Egypt

Поступила в редакцию 19.03.2019
После доработки 19.03.2019
Принята к публикации 20.04.2019

DOI: 10.1134/S0320972519080116

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: гепатоцеллюлярная карцинома, хроническое заболевание печени, TGF-β1, стволовые клетки печени, мутации C-Kit.

Аннотация

Трансформирующий фактор роста-β (TGF-β — transforming growth factor-β) является цитокином, который подавляет рост опухоли в нормальных тканях и при доброкачественных опухолях. В то же время, при злокачественной трансформации клеток TGF-β может проявлять противоположные свойства, и опухолевые клетки могут использовать это в своих целях. Установлено, что C-Kit играет основную роль в активации стволовых клеток и при регенерации печени после ее повреждения. Однако мало что известно о перекрестных связях между TGF-β и C-Kit и их роли в прогрессировании гепатоцеллюлярной карциномы (HCC — hepatocellular carcinoma). В настоящей работе было изучено влияние возрастающих доз TGF-β1 на стволовые клетки печени CD44+CD90+ (LSCs — liver stem cells) и экспрессию гена C-Kit в образцах злокачественных и прилегающих к ним тканях печени, полученных от 32 больных с гепатоцеллюлярной карциномой. Собранные нами данные показали, что количество злокачественных стволовых клеток печени в два раза превышало число клеток, не подвергающихся злокачественной трансформации. При обработке клеток печени возрастающими количествами TGF-β1, происходило последовательное подавление стволовых клеток, как опухолевых, так и доброкачественных, однако низкие концентрации TGF-β1 не подавляли злокачественные клетки. Кроме того, в отличие от злокачественных клеток печени, в клетках, не подвергающихся злокачественной трансформации, в экзонах 9 и 11 не наблюдалось экспрессии гена C-Kit. Мутационный анализ показал, что мутации в экзоне 9, но не в экзоне 11, гена C-Kit, в отдельных злокачественных клетках печени приводят к изменению аминокислотной последовательности и нарушают структуру и функцию белка. Следует особо отметить, что в злокачественных клетках печени выявлена ассоциация мутированного экзона 9 и высокого уровня вируса гепатита С (HCV — hepatitis C virus). При этом, экспрессия гена C-Kit в этих клетках не подавлялась при их обработке всеми использованными в работе дозами TGF-β1. По нашим сведениям, это первая работа, свидетельствующая о том, что у больных с гепатоцеллюлярной карциномой, у которых в крови наблюдается высокая концентрация вируса гепатита С, в клетках печени происходит мутация гена C-Kit. Результаты нашей работы подчеркивают необходимость изучения уровня TGF-β1 и мутаций гена C-Kit у больных с хроническим поражением HCV, чтобы предотвратить развитие гепатоцеллюлярной карциномы и улучшить качество лечения этих больных.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

Все авторы принимали участие в подготовке этой статьи. MZ собрал полученные данные. TS, HA, WC прочли текст статьи. AI и AA запланировали и выполнили работу. MH, ZF и MH обобщили полученные результаты и доработали статью. AH внес значительный вклад в разработку плана исследовательской работы, ее проведение и доработал содержание этой статьи. Все авторы прочли и одобрили конечный вариант этой статьи.

Финансирование

Выполнение данной работы было частично поддержано грантом CA203420 National Institute of Health, предоставленным HA.

Благодарности

Эта работа была поддержана национальным онкологическим институтом Каирского университета, Египет. Авторы хотели бы выразить благодарность всем сотрудникам отдела биологии рака за проявленное внимание и оказанную помощь.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

В соответствии с этическими нормами, для проведения исследований было получено разрешение от экспертного совета (IRB — Institution Review Board) национального онкологического института Каирского университета (#IRB00004025). Выполнение работы осуществлялось в соответствии с местными и международными положениями и руководствами для взятия образцов и проведения исследований. Это исследование подтвердило положения Хельсинкской декларации.

Все больные были информированы об исследовательском характере этой работы, и все они предоставили свое информированное согласие в письменном виде. Все больные, которые приняли участие в выполнении данной работы, предоставили информированное согласие.

Дополнительная информация

Полученные в ходе проведения настоящей работы данные и результаты их анализа доступны на сайте http://www.chemcomp.com.

Список литературы

1. Friedman, S.L. (2008) Mechanisms of hepatic fibrogenesis, Gastroenterology, 134, 1655–1669, doi: 10.1053/j.gastro.2008.03.003.

2. Jemal, A., Bray, F., Center, M.M., Ferlay, J., Ward, E., and Forman, D. (2011) Global cancer statistics, CA Cancer J. Clin., 61, 69–90, doi: 10.3322/caac.20107.

3. Rao, S., Zaidi, S., Banerjee, J., Jogunoori, W., Sebastian, R., Mishra, B., Nguyen, B.N., Wu, R.C., White, J., Deng, C., Amdur, R., Li, S., and Mishra, L. (2017) Transforming growth factor-β in liver cancer stem cells and regeneration, Hepatol. Commun., 1, 477–493, doi: 10.1002/hep4.1062.

4. Dragu, D.L., Necula, L.G., Bleotu, C., Diaconu, C.C., and Chivu-Economescu, M. (2015). Therapies targeting cancer stem cells: current trends and future challenges, World J. Stem Cells, 7, 1185–1201, doi: 10.4252/wjsc.v7.i9.1185.

5. Xu, L.B., and Liu, C. (2014) Role of liver stem cells in hepatocarcinogenesis, World J. Stem Cells, 6, 579–590, doi: 10.4252/wjsc.v6.i5.579.

6. Qiu, L., Li, H., Fu, S., Chen, X., and Lu, L. (2018) Surface markers of liver cancer stem cells and innovative targeted-therapy strategies for HCC, Oncol. Lett., 15, 2039–2048.7, doi: 10.3892/ol.2017.7568.

7. Yamashita, T., Honda, M., Nakamoto, Y., Baba, M., Nio, K., Hara, Y., Zeng, S.S., Hayashi, T., Kondo, M., Takatori, H., Yamashita, T., Mizukoshi, E., Ikeda, H., Zen, Y., Takamura, H., Wang, X.W., and Kaneko, S. (2013) Discrete nature of EpCAM+ and CD90+ cancer stem cells in hepatocellular carcinoma, Hepatology, 57, 1484–1497, doi: 10.1002/hep.26168.

8. Yamashita, T., Ji, J., Budhu, A., Forgues, M., Yang, W., Wang, H.Y., Jia, H., Ye, Q., Qin, L.X., Wauthier, E., Reid, L.M., Minato, H., Honda, M., Kaneko, S., Tang, Z.Y., and Wang, X.W. (2009) EpCAM-positive hepatocellular carcinoma cells are tumor-initiating cells with stem/progenitor cell features, Gastroenterology, 136, 1012–1024, doi: 10.1053/j.gastro.2008.

9. Ding, W., Mouzaki, M., You, H., Laird, J.C., Mato, J., Lu, S.C., and Rountree, C.B. (2009) CD133+ liver cancer stem cells from methionine adenosyl transferase 1A-deficient mice demonstrate resistance to transforming growth factor (TGF)-beta-induced apoptosis, Hepatology, 49, 1277–1286, doi: 10.1002/hep.22743.

10. Xiang, Y., Yang, T., Pang, B.Y., Zhu, Y., and Liu, Y.N. (2016) The progress and prospects of putative biomarkers for liver cancer stem cells in hepatocellular carcinoma, Stem Cells Int., 2016:7614971, doi: 10.1155/2016/7614971.

11. Amin, R., and Mishra, L. (2008) Liver stem cells and TGF-β in hepatic carcinogenesis, Gastrointestinal Cancer Res., 2, S27–S30.

12. Majumdar, A., Curley, S.A., Wu, X., Brown, P., Hwang, J.P., Shetty, K., Yao, Z.X., He, A.R., Li, S., Katz, L., Farci, P., and Mishra, L. (2012) Hepatic stem cells and transforming growth factor-β in hepatocellular carcinoma, Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol., 9, 530–538, doi: 10.1038/nrgastro.2012.114.

13. Ren, X., Hu, B., and Colletti, L. (2008) Stem cell factor and its receptor, c-kit, are important for hepatocyte proliferation in wild-type and tumor necrosis factor receptor-1 knockout mice after 70% hepatectomy, Surgery, 143, 790–802, doi: 10.1016/j.surg.2008.03.021.

14. Chen, L., Shen, R., Ye, Y., Pu, X.A., Liu, X., Duan, W., Wen, J., Zimmerer, J., Wang, Y., Liu, Y., Lasky, L.C., Heerema, N.A., Perrotti, D., Ozato, K., Kuramochi-Miyagawa, S., Nakano, T., Yates, A.J., Carson, W.E. 3rd, Lin, H., Barsky, S.H., and Gao, J.X. (2007) Precancerous stem cells have the potential for both benign and malignant differentiation, PLoS One, 2, e293.

15. Rojas, A., Zhang, P., Wang, Y., Foo, W.C., Munoz, N.M., Xiao, L., Wang, J., Gores, G.J., Hung, M.C., and Blechacz, B. (2016) A positive TGF-β/C-KIT feedback loop drives tumor progression in advanced primary liver cancer, Neoplasia, 18, 371–386, doi: 10.1016/j.neo.2016.04.002.

16. Wang, M.K., Sun, H.Q., Xiang, Y.C., Jiang, F., Su, Y.P., and Zou, Z.M. (2012) Different roles of TGF-β in the multi-lineage differentiation of stem cells, World J. Stem Cells, 4, 28–34.

17. Anzano, M.A., Roberts, A.B., Smith, J.M., Sporn, M.B., and De Larco, J.E. (1983) Sarcoma growth factor from conditioned medium of virally transformed cells is composed of both type alpha and type beta transforming growth factors, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80, 6264–6268.

18. Altschul, S.F., Gish, W., Miller, W., Myers, E.W., and Lipman, D.J. (1990) Basic local alignment search tool, J. Mol. Biol., 215, 403–410.

19. Weckx, S., Del-Favero, J., Rademakers, R., Claes, L., Cruts, M., De-Jonghe, P., Van Broeckhoven, C., and De Rijk, P. (2005) novoSNP, a novel computational tool for sequence variation discovery, Genome Res., 15, 436–442.

20. Hall, T.A. (1999) BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT, in Nucleic Acids Symposium Series, Oxford University Press, No 41, pp. 95–98.

21. Chemical Computing Group: the molecular operating environment (MOE), v. 2010. 10. Chemical Computing Group, Montreal, QC, Canada, 2010, URL: http://www.chemcomp.com.

22. Kumar, P., Henikoff, S., and Ng, P.C. (2009) Predicting the effects of coding non-synonymous variants on protein function using the SIFT algorithm, Nat. Protoc., 4, 1073–1081, doi: 10.1038/nprot.2009.86.

23. Jones, P., Binns, D., Chang, H.Y., Fraser, M., Li, W., McAnulla, C., Maslen, J., Mitchell, A., Nuka, G., Pesseat, S., Quinn, A.F., Sangrador-Vegas, A., Scheremetjew, M., Yong, S.Y., Lopez, R., and Hunter, S. (2014) InterProScan 5: genome-scale protein function classification, Bioinformatics, 30, 1236–1240, doi: 10.1093/bioinformatics/btu031.

24. Finn, R.D., Attwood, T.K., Babbitt, P.C., Bateman, A., Bork, P., et al. (2017) InterPro in 2017-beyond protein family and domain annotations, Nucleic Acids Res., 45, D190–D199, doi: 10.1093/nar/gkw1107.

25. Oishi, N., and Wang, X.W. (2011) Novel therapeutic strategies for targeting liver cancer stem cells, Int. J. Biol. Sci., 7, 517–535.

26. Tanaka, M., Itoh, T., Tanimizu, N., and Miyajima, A. (2011) Liver stem/progenitor cells: their characteristics and regulatory mechanisms, J. Biochem., 149, 231–239, doi: 10.1093/jb/mvr001.

27. Irfan, A., and Ahmed, I. (2015) Could stem cell therapy be the cure in liver cirrhosis? J. Clin. Exp. Hepatol., 5, 142–146, doi: 10.1016/j.jceh.2014.03.042.

28. Yashpal, N.K., Li, J., Wang, R. (2004) Characterization of C-Kit and nestin expression during Islet cell development in the prenatal and postnatal rat pancreas, Dev. Dyn., 229, 813–825.

29. Mansuroglu, T., Baumhoer, D., Dudas, J., Haller, F., Cameron, S., Lorf, T., Fuzesi, L., and Ramadori, G. (2009) Expression of stem cell factor receptor C-Kit in human nontumoral and tumoral hepatic cells, Eur. J. Gastroenterol. Hepatol., 21, 1206–1211, doi: 10.1097/MEG.0b013e328317f4ef.

30. Abbaspour Babaei, M., Kamalidehghan, B., Saleem, M., Huri, H.Z., and Ahmadipour, F. (2016) Receptor tyrosine kinase (C-Kit) inhibitors: a potential therapeutic target in cancer cells, Drug Des. Devel. Ther., 10, 2443–2459, doi: 10.2147/DDDT.S89114.

31. Hussain, S.R., Naqvi, H., Ahmed, F., Babu, S.G., Bansal, С., and Mahdi, F. (2012) Identification of the C-Kit gene mutations in biopsy tissues of mammary gland carcinoma tumor, J. Egypt. Natl. Cancer Institute, 24, 97–103.

32. McDonell, L.M., Kernohan, K.D., Boycott, K.M., and Sawyer, S.L. (2015) Receptor tyrosine kinase mutations in developmental syndromes and cancer: two sides of the same coin, Hum. Mol. Genet., 24, R60–R66, doi: 10.1093/hmg/ddv254.

33. Lennartsson, J., and Ronnstrand, L. (2006) The stem cell factor receptor/C-Kit as a drug target in cancer, Curr. Cancer Drug Targets, 6, 561–571.

34. Mostafa, M., El-Serafi, Abeer A., Bahnassy, M.D., Nasr, M., Ali, Salem M., Eid, Mahmoud M., Kamel, Nayera A., Abdel-Hamid, Abdel-Rahman, N., and Zekri, Ph.D. (2010) the prognostic value of C-Kit, K-ras codon 12, and p53 codon 72 mutations in Egyptian patients with stage II colorectal cancer, Cancer, 116, 4954–4964.

35. Cardoso, H.J., Figueira, M.I., and Socorro, S. (2017) The stem cell factor (SCF)/c-kit signaling in testis and prostate cancer, J. Cell Commun. Signal., 11, 297–307.

36. Paronetto, M.P., Farini, D., Sammarco, I., Maturo, G., Vespasiani, G., Geremia, R., Rossi, P., and Sette, C. (2004) Expression of a truncated form of the C-Kit tyrosine kinase receptor and activation of Src kinase in human prostatic cancer, Am. J. Pathol., 164, 1243–1251.

37. Bai, C.G., Liu, X.H., Xie, Q., Feng, F., and Ma, D.L. (2005) A novel gain of function mutant in C-Kit gene and its tumorigenesis in nude mice, World J. Gastroenterol., 11, 7104–7108.

38. Sun, Q., Guo, S., Wang, C.C., Sun, X., Wang, D., Xu, N., Jin, S.F., and Li, K.Z. (2015) Cross-talk between TGF-β/Smad pathway and Wnt/β-catenin pathway in pathological scar formation, In.t J. Clin. Exp. Pathol., 8, 7631–7639.

39. Lee, B.H., Chen, W., Stippec, S., and Cobb, M.H. (2007) Biological cross-talk between WNK1 and the transforming growth factor-Smad signaling pathway, J. Biol. Chem., 282, 17985–17996.

40. Tekin Koruk, S., Ozardali, I., Dincoglu, D., Guldur, M., and Calisir, C. (2012) Can the presence of C-Kit-positive hepatic progenitor cells in chronic hepatitis C have a role in the follow-up of the disease? Erciyes Med. J., 34, 44–49.

41. Kwon, Y.C., Bose S.K., Steele, R., Meyer, K., Di Bisceglie, A.M., Ray, R.B., and Ray, R. (2015) Promotion of cancer stem-like cell properties in hepatitis C virus-infected hepatocytes, J. Virol., 89, 11549–11556.

42. Du, Y., Su, T., Ding, Y., and Cao, G. (2012) Effects of antiviral therapy on the recurrence of hepatocellular carcinoma after curative resection or liver transplantation, Hepat. Mon., 12, e6031, doi: 10.5812/hepatmon.6031.

43. Li, L., Liu, W., Chen, Y.H., Fan, C.L., Dong, P.L., Wei, F.L., Li, B., Chen, D.X., and Ding, H.G. (2013) Antiviral drug resistance increases hepatocellular carcinoma: a prospective decompensated cirrhosis cohort study, World J. Gastroenterol., 19, 8373–81.

44. Shah, Y.M., and van den Brink, G.R. (2015) c-Kit as a novel potential therapeutic target in colorectal cancer, Gastroenterology, 149, 534–537, doi: 10.1053/j.gastro.2015.07.027.

45. Chung, C.Y., Yeh, K.T., Hsu, N.C., Chang, J.H., Lin, J.T., Horng, H.C., and Chang, C.S. (2005) Expression of C-Kit protooncogene in human hepatocellular carcinoma, Cancer Lett., 217, 231–236.