ارزیابی اثر هایپرترمی بر تکثیر، بقا و بیان ژن‌های مرتبط با خصوصیات بنیادینگی، مسیر سیگنالینگ Wnt و آپوپتوز در سلول‌های بنیادی سرطان کولورکتال

نویسندگان
بهناز ولی بیگی 1
عباس بهزاد-بهبهانی 2
محسن فروزانفر 3
فرزانه ضرغام پور 4
مجتبی جعفری نیا 5
1 دانشجوی دکتری، گروه زیست شناسی، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
2 استاد، مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی تشخیص آزمایشگاهی، دانشکده پیراپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران
3 استادیار، گروه زیست شناسی، واحدمرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
4 دکتری، مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی تشخیص آزمایشگاهی، دانشکده پیراپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران
5 استادیار، گروه زیست شناسی، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
10.22034/pjms.2022.700538
چکیده
مقدمه: امروزه، سلول های بنیادی سرطانی به عنوان سلول های آغاز کننده تومور بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از طرف دیگر، در مطالعات زیادی به هایپرترمی به عنوان یک روش مناسب برای کمک به روش های درمانی سرطان توجه نشان داده شده است. در مطالعه ی حاضر، اثرات تیمار سلول های سرطان کولون (HT-29) و سلول های بنیادی سرطانی مشتق از آن (CSCs) با استفاده از سازوکار هایپرترمی مورد ارزیابی قرار گرفت.
روش کار: ابتدا CSCs از رده ی سلولی HT-29 جداسازی و سپس میزان بیان مارکرهای پروتئینی و ژن های مربوط به حالت بنیادینگی در این سلول ها بررسی شد. سلول های HT-29 و CSCs با هایپرترمی تیمار شدند و سمیت این روش تیمار مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، میزان بیان ژن های مربوط به بنیادینگی، تکثیر سلولی، مسیر پیام رسانی Wnt و آپوپتوز مورد ارزیابی و تحلیل آماری داده ها انجام شد.
یافته ها: CSCs مشتق از HT-29، برای مارکر سطحی CD133 مثبت بودند و ژن های بنیادینگی افزایش بیان معناداری داشت (P<0.05). میزان بقای HT-29 و CSCs تیمار شده با هایپرترمی کاهش پیدا کرده بود. بیان CTNNB1، WNT1، PCNA، NANOG ،OCT3/4 و BCL2 کاهش داشت. همچنین، در CSCs بیان ژن های KLF4، P53 و BAX افزایش چشمگیری پیدا کرده بود (P<0.05).
نتیجه گیری: نتایج نشان داد که هایپرترمی تاثیر به سزایی بر سلول های HT-29 ندارد، اما سبب تغییر چشمگیری در درصد سلول های زنده، منحنی رشد، میزان بیان ژن های درگیر در آپوپتوز و KLF4 در CSCs می گردد. ازاین رو، هایپرترمی می تواند تاثیر مثبتی در جلوگیری از رشد و تکثیر CSCs داشته باشد.
کلیدواژه‌ها
سرطان کولورکتال
هایپرترمیا و سلول بنیادی سرطان

عنوان مقاله English

Evaluation of Hyperthermia Effects on Proliferation, Survival, and Gene Expression of Stemness-Related, Wnt signaling, and Apoptosis Pathways in Colorectal Cancer Stem Cell

نویسندگان English

Behnaz Valibeigi 1
Abbas Behzad- Behbahani 2
Mohsen Forouzanfar 3
Farzaneh Zarghampoor 4
Mojtaba Jaafarinia 5
1 Department of Biology, Marvdasht Branch, Islamic Azad University, Marvdasht, Iran
2 Professor, Diagnostic Laboratory Sciences and Technology Research Center, School of Paramedical Sciences, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Biology, Marvdasht Branch, Islamic Azad University, Marvdasht, Iran
4 PhD, Diagnostic Laboratory Sciences and Technology Research Center, School of Paramedical Sciences, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran
5 Assistant Professor, Department of Biology, Marvdasht Branch, Islamic Azad University, Marvdasht, Iran
چکیده English

Introduction: Today, cancer stem cells have attracted a lot of attention as tumour-initiating cells. Hyperthermia was also found to be beneficial in cancer treatment in many studies. In the present study, we assessed the effects of hyperthermia on colorectal cancer cells (HT-29) and their derived cancer stem cells (CSCs).
Materials and Methods: CSCs were isolated from the HT-29 cell lines and then, the expression of surface marker and stemness-related genes were evaluated. Next, the toxicity effect of hyperthermia on HT-29 and CSCs was assessed. In addition, the effect of hyperthermia on the expression of stemness, proliferation, Wnt signaling pathway, and apoptosis genes was evaluated. Finally, the data were statistically analyzed.
Results: Isolated-CSCs were positive for CD133 surface marker and the expression of stemness genes in the isolated-CSCs was significantly higher than HT-29 cells (P-value< 0.05). Treatment with hyperthermia reduced the survival rate of HT-29 and CSCs. In both groups, the gene expression of OCT3/4, NANOG, PCNA, WNT1, and CTNNB1, was decreased. In addition, the expression of P53, KLF4, and BAX genes was significantly increased in CSCs (P <0.05).
Conclusion: The results showed that hyperthermia did not have a significant effect on HT-29 cells. However, it had a significant effect on the cell viability, growth curve, expression of genes involved in apoptosis and KLF4 in treated-CSCs. Therefore, hyperthermia can have a beneficial effect on inhibiting the growth and proliferation of CSCs.
 

کلیدواژه‌ها English

Colorectal Cancer
Hyperthermia
and Cancer Stem Cell
1. Torre LA, Bray F, Siegel RL, Ferlay J, Lortet‐Tieulent J, Jemal A. Global cancer statistics, 2012. CA Cancer J Clin. 2015;65(2):87-108. 2. Azadeh S, Reza FS, Sara A, Mohsen V, Bijan M-D, Zali ZR. Four years incidence rate of colorectal cancer in Iran: a survey of national cancer registry data-implications for screening. Asian Pac J Cancer Prev. 2012;13(6):2695-8. 3. Kámory E, Olasz J, Csuka O. Somatic APC inactivation mechanisms in sporadic colorectal cancer cases in Hungary. Pathol Oncol Res. 2008;14(1):51-6. 4. Johnson CM, Wei C, Ensor JE, Smolenski DJ, Amos CI, Levin B, et al. Meta-analyses of colorectal cancer risk factors. Cancer causes & control. 2013;24(6):1207-22. 5. Bhardwaj A, Parekh K, Jain N. In vitro hyperthermic effect of magnetic fluid on cervical and breast cancer cells. Sci Rep. 2020;10(1):1-13. 6. Ghanbarei S, Sattarahmady N, Zarghampoor F, Azarpira N, Hossein-Aghdaie M. Effects of labeling human mesenchymal stem cells with superparamagnetic zinc–nickel ferrite nanoparticles on cellular characteristics and adipogenesis/osteogenesis differentiation. Biotechnol Lett. 2021;43(8):1659-73. 7. Walcher L, Kistenmacher A-K, Suo H, Kitte R, Dluczek S, Strauß A, et al. Cancer stem cells—origins and biomarkers: perspectives for targeted personalized therapies. Front Immunol. 2020; 11:1280. 8. Majumdar S, Liu S-T. Cell division symmetry control and cancer stem cells. AIMS Mol Sci. 2020;7(2):82. 9. Ademaj A, Veltsista DP, Ghadjar P, Marder D, Oberacker E, Ott OJ, et al. Clinical Evidence for Thermometric Parameters to Guide Hyperthermia Treatment. Cancer. 2022;14(3):625. 10. Elming PB, Sørensen BS, Spejlborg H, Overgaard J, Horsman MR. Does the combination of hyperthermia with low LET (linear energy transfer) radiation induce anti-tumor effects equivalent to those seen with high LET radiation alone? Int J Hyperthermia. 2021;38(1):105-10. 11. Chen S-F, Chang Y-C, Nieh S, Liu C-L, Yang C-Y, Lin Y-S. Nonadhesive culture system as a model of rapid sphere formation with cancer stem cell properties. PLoS One. 2012;7(2):e31864. 12. Yuhas JM, Li AP, Martinez AO, Ladman AJ. A simplified method for production and growth of multicellular tumor spheroids. Cancer Res. 1977;37(10):3639-43. 13. Roukos DH. Breast-cancer stromal cells with TP53 mutations. N Engl J Med. 2008;358(15):1636. 14. Aramini B, Masciale V, Grisendi G, Bertolini F, Maur M, Guaitoli G, et al. Dissecting Tumor Growth: The Role of Cancer Stem Cells in Drug Resistance and Recurrence. Cancer. 2022;14(4):976. 15. Montazersaheb S, Fathi E, Mamandi A, Farahzadi R, Heidari HR. Mesenchymal stem cells and cancer stem cells: an overview of tumor-mesenchymal stem cell interaction for therapeutic interventions. Curr Drug Targets. 2022;23(1):60-71. 16. 16.Goričan L, Gole B, Potočnik U. Head and neck cancer stem cell-enriched spheroid model for anticancer compound screening. Cell. 2020;9(7):1707. 17. Gao J, Yang T, Wang X, Zhang Y, Wang J, Zhang B, et al. Identification and characterization of a subpopulation of CD133+ cancer stem‐like cells derived from SK-UT-1 cells. Cancer Cell Int. 2021;21(1):1-11. 18. Tsunekuni K, Konno M, Haraguchi N, Koseki J, Asai A, Matsuoka K, et al. CD44/CD133-positive colorectal cancer stem cells are sensitive to trifluridine exposure. Sci Rep. 2019;9(1):1-8. 19. Clevers H. The cancer stem cell: premises, promises and challenges. Nat Med.2011;17(3):313-319. 20. Mohammad-Bagher G, Arash A, Morteza B-R, Naser M-S, Ali M. Synergistic effects of acetyl-l-carnitine and adipose-derived stromal cells on improving regenerative capacity of acellular nerve allograft in sciatic nerve defect. J Pharmacol Exp Ther. 2019;368(3):490-502. 21. Liu J, Ma L, Xu J, Liu C, Zhang J, Liu J, et al. Spheroid body-forming cells in the human gastric cancer cell line MKN-45 possess cancer stem cell properties. Int J Oncol. 2013;42(2):453-9. 22. Sampieri K, Fodde R, editors. Cancer stem cells and metastasis. Semin Cancer Biol. 2012 – Elsevier. 23. Clara JA, Monge C, Yang Y, Takebe N. Targeting signalling pathways and the immune microenvironment of cancer stem cells—A clinical update. Nat Rev Clin Oncol. 2020;17(4):204-32. 24. Rubio C, Mendoza C, Trejo C, Custodio V, Rubio-Osornio M, Hernández L, et al. Activation of the extrinsic and intrinsic apoptotic pathways in cerebellum of kindled rats. Cerebellum. 2019;18(4):750-60. 25. Alizadeh AM, Shiri S, Farsinejad S. Metastasis review: from bench to bedside. Tumour Biol. 2014;35(9):8483-523. 26. Vidal S, Rodriguez-Bravo V, Galsky M, Cordon-Cardo C, Domingo-Domenech J. Targeting cancer stem cells to suppress acquired chemotherapy resistance. Oncogene. 2014;33(36):4451-63. 27. Kaur P, Hurwitz MD, Krishnan S, Asea A. Combined hyperthermia and radiotherapy for the treatment of cancer. Cancer. 2011;3(4):3799-823. 28. Sun X, Xing L, Clifton Ling C, Li GC. The effect of mild temperature hyperthermia on tumour hypoxia and blood perfusion: relevance for radiotherapy, vascular targeting and imaging. Int J Hyperthermia. 2010;26(3):224-31. 29. Nikfarjam M, Muralidharan V, Christophi C. Mechanisms of focal heat destruction of liver tumors. J Surg Res. 2005;127(2):208-23. 30. Milleron RS, Bratton SB. Heat shock induces apoptosis independently of any known initiator caspase-activating complex. Biol Chem. 2006;281(25):16991-7000. 31. Curley SA, Palalon F, Sanders KE, Koshkina NV. The effects of non-invasive radiofrequency treatment and hyperthermia on malignant and nonmalignant cells. Int J Environ Res Public Health. 2014;11(9):9142-53. 32. Ghorbani Z, Heidari M, Jafarinia M, Rohani M, Akbari A. The Effect of Hyperthermia on the Gene Expression of MDR1 and MRP4 Drug Efflux in Colorectal Cancer Cells. J Babol Univ Med Sci. 2020;22(1):388-95. 33. Eynali S, Khoei S, Khoee S, Esmaelbeygi E. Evaluation of the cytotoxic effects of hyperthermia and 5-fluorouracil-loaded magnetic nanoparticles on human colon cancer cell line HT-29. Int J Hyperthermia. 2017;33(3):327-35. 34. Rowland BD, Bernards R, Peeper DS. The KLF4 tumour suppressor is a transcriptional repressor of p53 that acts as a context-dependent oncogene. Nat Cell Biol. 2005;7(11):1074-82. 35. Tetreault M-P, Yang Y, Katz JP. Krüppel-like factors in cancer. Nat Rev Cancer. 2013;13(10):701-13. 36. Shie J-L, Chen ZY, Fu M, Pestell RG, Tseng C-C. Gut-enriched Krüppel-like factor represses cyclin D1 promoter activity through Sp1 motif. Nucleic Acids Res. 2000;28(15):2969-76. 37. Ma Y, Wu L, Liu X, Xu Y, Shi W, Liang Y, et al. KLF4 inhibits colorectal cancer cell proliferation dependent on NDRG2 signaling. Oncol Rep. 2017;38(2):975-84.