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 23-25-00294
НазваниеИндивидуальная устойчивость к гипоксии и молекулярно-биологические особенности инициации опухолевого роста на экспериментальной модели колоректального рака
РуководительДжалилова Джулия Шавкатовна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2024 г. |
Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина
Ключевые словаустойчивость к гипоксии, индивидуальные различия, аденокарцинома толстой кишки, HIF-1, мыши, воспаление
Код ГРНТИ34.43.45
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Рак толстой и прямой кишки (колоректальный рак, КРР) - один из наиболее часто диагностируемых видов рака, который может развиваться на фоне воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), в частности, язвенного колита. Наиболее воспроизводимая экспериментальная модель КРР включает использование азоксиметана – канцерогена, инъекция которого с последующим потреблением декстрансульфата натрия (ДСН) индуцирует развитие аденокарциномы толстой кишки у большинства лабораторных животных.
Одним из ключевых патогенетических факторов, определяющих развитие и тяжесть течения многих заболеваний, в том числе воспалительных, инфекционных и опухолевых является кислородная недостаточность. Недостаток кислорода активирует в клетках сигнальный путь индуцируемого гипоксией транскрипционного фактора HIF (Hypoxia-Inducible Factor), который имеет три изоформы – HIF-1, HIF-2, HIF-3, регулирующие экспрессию нескольких тысяч генов. В процессе развития и прогрессии опухолей активация HIF стимулирует ангиогенез, способствует изменениям метаболизма клеток, адгезии, способности к инвазии и метастазированию.
Организмы человека и лабораторных животных отличаются как по устойчивости к гипоксии, так и по уровням экспрессии HIF и зависимых от него генов, что может обусловливать предрасположенность к развитию определенных онкологических заболеваний. Так, частота развития опухолей различных гистогенетических типов варьирует у людей, проживающих в горах и на уровне моря. При лимфоме, раке молочной железы, пищевода, языка и полости рта или гортани показано снижение смертности больных в высокогорье, при этом смертность от рака печени и шейки матки не различается у людей, живущих на уровне моря и в высокогорье. Кроме того, выявлено наличие обратной связи между высотой проживания и уровнем заболеваемости и смертности от рака лёгких. Заболеваемость и смертность от меланомы, параганглиомы и рака желудка увеличивается у людей, проживающих в горной местности. Однако, несмотря на ведущую роль гипоксии практически на всех этапах формирования опухолей, исходная устойчивость к недостатку кислорода не считается фактором, реализующим предрасположенность к опухолевому росту. В литературе представлено множество работ, в которых охарактеризован уровень локальной гипоксии в различных опухолях, и предлагаются принципиальные подходы к её нивелированию путём ингибирования HIF. Однако ингибиторы HIF, как правило, оказывают системное действие на организм, и при их применении не учитывается исходная устойчивость организмов к гипоксии, а также уровень экспрессии HIF.
При развитии КРР наблюдаются мутации в таких генах, как TP53, KRAS, BRAF, MSH, которые взаимосвязаны с активацией фактора HIF. Кроме того, в значительной степени развитие КРР, помимо наличия нескольких существенных мутаций, зависит от тесного взаимодействия опухолевых клеток с микроокружением, в том числе иммунными клетками. На функционирование иммунных клеток во многом влияет активация HIF, которая изменяет их метаболизм и регулирует функциональную активность.
Ранее нами было показано, что животные с разной устойчивостью к гипоксии различаются по экспрессии HIF-1 и тяжести течения острого и хронического язвенного колита, индуцированного ДСН. Гипоксия является одним из ключевых факторов в развитии злокачественных опухолей, поэтому исходная устойчивость организма к кислородной недостаточности и различия в уровне экспрессии HIF могут во многом определять инициацию, промоцию и прогрессию опухолевых заболеваний, в частности, КРР. В литературе отсутствуют данные об особенностях течения КРР у лиц с высокой и низкой устойчивостью к гипоксии.
Проект направлен на изучение молекулярно-биологических особенностей инициации рака толстого кишечника, коррелирующих с индивидуальной устойчивостью к гипоксии, что позволит во многом решить научную проблему прогнозирования течения опухолевых заболеваний и коррекции их терапии с учетом индивидуальных различий в устойчивости к кислородной недостаточности.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут выявлены особенности молекулярно-биологических и клеточных механизмов инициации опухолевого роста у животных с разной устойчивостью к гипоксии, что позволит прогнозировать течение опухолевых заболеваний и корректировать персонализированную терапию с учетом исходной индивидуальной чувствительности к недостатку кислорода.
Будут изучены изменения эпителиального барьера ободочной кишки, экспрессии генов, иммунные реакции при аденокарциноме толстой кишки у мышей с разной устойчивостью к гипоксии. На основе полученных данных будет сделан вывод об особенностях инициации опухолевого процесса у высокоустойчивых и низкоустойчивых к гипоксии животных. Полученные данные позволят скорректировать методы профилактики и лечения опухолевых заболеваний кишечника.
Будут опубликованы статьи по результатам проведенных работ в рецензируемых научных журналах.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проведен поиск литературы и анализ литературных данных по особенностям моделирования колоректального рака (КРР) у экспериментальных животных (https://peerj.com/articles/16159/). Существуют разные типы КРР, различающиеся молекулярными механизмами возникновения и особенностями течения. Разработаны разнообразные экспериментальные модели КРР, позволяющие воспроизводить и изучать разные типы КРР и отдельные аспекты патогенеза. Важной проблемой является КРР, ассоциированный с воспалительными заболеваниями кишечника, в том числе язвенным колитом. Для изучения его патогенеза и поиска методов лечения разработана удобная, высоко воспроизводимая модель, предполагающая использование азоксиметана (АОМ) и декстрансульфата натрия (ДСН). Однако данная модель не стандартизована: в разных работах значительно варьируют дозы и сроки воздействия АОМ и ДСН, что затрудняет анализ и сопоставление полученных экспериментальных данных. Кроме того, не учитывается индивидуальная устойчивость животных к гипоксии, которая может определять особенности инициации КРР под действием АОМ и ДСН.
Проведен эксперимент по изучению особенностей индукции КРР с помощью АОМ и ДСН у животных с разной устойчивостью к гипоксии. У 100 самцов мышей C57Bl/6 была определена устойчивость к гипоксии в барокамере на «высоте» 10000 м по «времени жизни» до принятия бокового положения. По результатам определения устойчивости к гипоксии животные были разделены на 2 группы – высокоустойчивые (ВУ), «время жизни» которых было более 10 мин и низкоустойчивые (НУ) – менее 3 мин. Среднеустойчивых к гипоксии мышей («время жизни» от 3 до 10 мин) в экспериментах не использовали. Через месяц после определения устойчивости к гипоксии ВУ (n=20) и НУ (n=13) животным опытных групп моделировали КРР путем внутрибрюшинного введения АОМ в дозе 10 мг/кг. Через неделю после инъекции АОМ мышам экспериментальных групп питьевую воду заменяли 1% ДСН с молекулярной массой 40 кДа на 7 суток. Через 14 дней потребления питьевой воды, ее заменяли 0,5% ДСН на 7 суток, затем через 14 дней потребления питьевой воды – на 0,5% ДСН на 5 суток. Животных выводили из эксперимента путем цервикальной дислокации под эфирным наркозом через 2 недели после последней замены питьевой воды на ДСН у экспериментальных групп, то есть на 71-е сутки. ВУ и НУ к гипоксии мышам контрольных групп внутрибрюшинно вводили физиологический раствор, затем на протяжении 70 суток они потребляли питьевую воду. На 71-е сутки животных выводили из эксперимента под эфирным наркозом.
Показано, что через 70 суток после введения АОМ и потребления мышами ДСН опухоли представлены интраэпителиальной железистой неоплазией и аденокарциномами, а их площадь не различается у животных с разной устойчивостью к гипоксии. Метастазов в брыжеечных лимфатических узлах, тимусе, селезенке, печени, почках и легких у половозрелых самцов мышей C57BL/6 с разной устойчивостью к гипоксии после инъекции АОМ и длительного потребления ДСН не выявлено. Изменения числа эндокринных и бокаловидных клеток в опухолях у животных с разной устойчивостью к гипоксии сходные – наблюдается увеличение числа эндокринных, но уменьшение количества бокаловидных клеток в опухолях. Различия между ВУ и НУ к гипоксии мышами на данном сроке после введения АОМ и потребления трех циклов ДСН выявлены только по показателям периферической крови. Абсолютное количество эритроцитов и содержание гемоглобина у животных опытных групп снижалось как у ВУ, так и у НУ к гипоксии мышей, при этом только у ВУ животных – повышалось относительное количество моноцитов, а у НУ животных – снижалось абсолютное число лимфоцитов и моноцитов. Для выявления возможных различий в тяжести течения опухолевого процесса между животными с разной устойчивостью к гипоксии необходимо проведение дальнейших экспериментов на более поздних сроках после введения АОМ.
Публикации
1. Джалилова Д.Ш., Золотова Н.А., Фокичев Н.С., Макарова О.В. Murine models of colorectal cancer: the azoxymethane (AOM)/dextran sulfate sodium (DSS) model of colitis-associated cancer PeerJ, 11, e16159 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.7717/peerj.16159