Gene expression changes of angiogenesis factors during basal skin cancer laser destruction

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Basal cell carcinoma is the most widespread malignant skin neoplasm. Angiogenesis is critical for the growth and metastasis of malignant tumors.

Aims. To study the levels of representation of transcripts in the foci of basal cell skin cancer before and after the therapy of genes for angiogenesis proteins and their receptors: angiopoietin 2 ANGPT2, calcitonin-related polypeptide alpha CALCA, epidermal growth factor receptor EGRF, fibroblast growth factor FGF2, intracellular adhesion molecule ICAM1, vascular endothelial growth factor VEGFA and its type 2 receptor VEGFR2, matrix metalloproteinase MMP9, homologue protein of phosphatase and tensin PTEN, tachykinin receptor TAC1, and tumor necrosis factor protein genes TNF.

Methods. The study included 31 patients with histologically confirmed basal cell skin cancer who received treatment at the consultative and diagnostic center of the State Research Center of Dermatovenereology and Cosmetology of Russian Ministry of Health, Moscow in the period from 2020 to 2021, using a pulsed dye laser (wavelength — 585 nm) and long-pulsed neodymium laser (wavelength — 1064 nm). The patients provided skin punch biopsies from BCC lesions and after therapy from the same localization. The gene expression was analyzed with real-time reverse transcription PCR using endogeneous control, and the gene expression ration changes during the therapy were calculated according to Livak’s double delta formulae.

Results. An increased expression of the matrix metalloproteinase MMP9 and the tachykinin precursor TAC1 genes were revealed in skin biopsy samples of the superficial form of basal cell skin cancer during laser pulsed therapy. The expression of tumor necrosis factor TNF, epidermal growth factor receptor EGFR, fibroblast growth factor FGF2 genes increases to a lesser extent. The increasing expression of MMP9 and TAC1 genes also established in skin biopsy samples of the nodular form of basal cell skin cancer. It was shown that the expression of the calcitonin-related polypeptide alpha CALCA gene in the skin of patients is at basal level, which makes it possible to exclude the influence of the neuropeptide on the basal cell skin cancer pathogenesis. Despite the bidirectional changes in expression due to individuality of patients, the average values allow to conclude the expression of all the studied genes is increased after pulse laser destruction therapy. This means neoangiogenesis is continued at the skin even after the destruction of basal cell skin cancer lesions. This could be due to the presence of the basal cell carcinoma microenvironment, likely mast cells, at the affected skin area.

Conclusions. Among the factors of neoangiogenesis potentially influencing the development of basal cell skin cancer, the leading role of expression of the MMP9 matrix metalloproteinase and TAC1 precursor protein of tachykinin has been shown. Simultaneous changes in the level of these proteins may be due to neuroimmune interactions in the epidermis, which is probably realized by mast cells as the microenvironment of the basal cell carcinoma. In the process of laser destruction, there is also a slightly pronounced increased expression of additional factors of neoangiogenesis.

About the authors

Rifat R. Saytburkhanov

State Research Center of Dermatovenerology and Cosmetology

Author for correspondence.
Email: rifat03@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6132-5632
SPIN-code: 1149-2097

Dermatovenerologist

Russian Federation, Moscow

Dmitry A. Verbenko

State Research Center of Dermatovenerology and Cosmetology

Email: verbenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1104-7694
SPIN-code: 8261-6561

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Moscow

Xenia I. Plakhova

State Research Center of Dermatovenerology and Cosmetology

Email: plahova@cnikvi.ru
ORCID iD: 0000-0003-4169-4128
SPIN-code: 7634-5521

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Irina N. Kondrakhina

State Research Center of Dermatovenerology and Cosmetology

Email: kondrakhina77@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3662-9954
SPIN-code: 8721-9424

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Ksenia M. Lagun

State Research Center of Dermatovenerology and Cosmetology

Email: xobanaa@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-9700-2455
SPIN-code: 4770-8904

Resident

Russian Federation, Moscow

Elena V. Filonenko

P.A. Hertsen Moscow Oncology Research Institute — Branch of the National Medical Research Radiological Centre

Email: elena.filonenko@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-8506-7455
SPIN-code: 6868-9605

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Moscow

Аlexey A. Кubanov

State Research Center of Dermatovenerology and Cosmetology

Email: alex@cnikvi.ru
ORCID iD: 0000-0002-7625-0503
SPIN-code: 8771-4990

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Moscow

References

  1. Сайтбурханов Р.Р., Кубанов А.А, Кондрахина И.Н., Плахова К.И. Современное представление о патогенезе базальноклеточного рака кожи. Вестник дерматологии и венерологии. 2021;97(5):38–51. [Saitburkhanov RR, Kubanov AA, Kondrakhina IN, Plakhova KI. Modern understanding of the pathogenesis of basal cell skin cancer. Vestnik Dermatology i Venereology. 2021;97(5):38–51. (In Russ.)] doi: 10.25208/vdv1277
  2. Bichakjian CK, Olencki T, Aasi SZ, Alam M, Andersen JS, Berg D, et al Basal Cell Skin Cancer, Version 1.2016, NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology. J Natl Compr Canc Netw. 2016;14(5):574–597. doi: 10.6004/jnccn.2016.0065
  3. Richarz NA, Boada A, Carrascosa JM. Angiogenesis in dermatology — insights of molecular mechanisms and latest developments. Actas Dermosifiliogr. 2017;108(6):515–523. doi: 10.1016/j.ad.2016.12.001
  4. Veikkola T, Karkkainen M, Claesson-Welsh L, Alitalo K. Regulation of angiogenesis via vascular endothelial growth factor receptors. Cancer Res. 2000;60(2):203–212.
  5. Folkman J, Watson K, Ingber D, Hanahan D. Induction of angiogenesis during the transition from hyperplasia to neoplasia. Nature. 1989;339(6219):58–61. doi: 10.1038/339058a0
  6. Srivastava A, Laidler P, Davies RP, Horgan K, Hughes LE. The prognostic significance of tumor vascularity in intermediate-thickness (0.76–4.0 mm thick) skin melanoma. A quantitative histologic study. Am J Pathol. 1988;133(2):419–423.
  7. Wang Z, Dabrosin C, Yin X, Fuster MM, Arreola A, Rathmell WK, et al. Broad targeting of angiogenesis for cancer prevention and therapy. Semin Cancer Biol. 2015;(Suppl35):S224–S243. doi: 10.1016/j.semcancer.2015.01.001
  8. Winter J, Kneitz H, Bröcker EB. Blood vessel density in Basal cell carcinomas and benign trichogenic tumors as a marker for differential diagnosis in dermatopathology. J Skin Cancer. 2011;2011:241382. doi: 10.1155/2011/241382
  9. Hajeer AH, Lear JT, Ollier WE, Naves M, Worthington J, Bell DA, et al. Preliminary evidence of an association of tumour necrosis factor microsatellites with increased risk of multiple basal cell carcinomas. Br J Dermatol. 2000;142(3):441–445. doi: 10.1046/j.1365-2133.2000.03353.x
  10. Liu N, Liu GJ, Liu J. Genetic association between TNF-α promoter polymorphism and susceptibility to squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, and melanoma: A meta-analysis. Oncotarget. 2017;8(32):53873–53885. doi: 10.18632/oncotarget.17179
  11. Bowden J, Brennan PA, Umar T, Cronin A. Expression of vascular endothelial growth factor in basal cell carcinoma and cutaneous squamous cell carcinoma of the head and neck. J Cutan Pathol. 2002;29(10):585–589. doi: 10.1034/j.1600-0560.2002.291003.x
  12. Aoki M, Pawankar R, Niimi Y, Kawana S. Mast cells in basal cell carcinoma express VEGF, IL-8 and RANTES. Int Arch Allergy Immunol. 2003;130(3):216–223. doi: 10.1159/000069515
  13. Loggini B, Boldrini L, Gisfredi S, Ursino S, Camacci T, De Jeso K, et al. CD34 microvessel density and VEGF expression in basal and squamous cell carcinoma. Pathol Res Pract. 2003;199(11):705–712. doi: 10.1078/0344-0338-00486
  14. Baron E.D. The Immune System and Nonmelanoma Skin Cancers. In: Molecular Mechanisms of Basal Cell and Squamous Cell Carcinomas. Boston, MA: Medical Intelligence Unit. Springer; 2006. P. 43–48. URL: https://doi.org/10.1007/0-387-35098-5_5
  15. Glaser R, Andridge R, Yang EV, Shana’ah AY, Di Gregorio M, Chen M, et al. Tumor site immune markers associated with risk for subsequent basal cell carcinomas. PLoS One. 2011;6(9):e25160. doi: 10.1371/journal.pone.0025160
  16. Wang X, Lin Y. Tumor necrosis factor and cancer, buddies or foes? Acta Pharmacol Sin. 2008;29(11):1275–2188. doi: 10.1111/j.1745-7254.2008.00889.x
  17. Suzuki A, Nakano T, Mak TW, Sasaki T. Portrait of PTEN: messages from mutant mice. Cancer Sci. 2008;99(2):209–213. doi: 10.1111/j.1349-7006.2007.00670.x
  18. Fang J, Ding M, Yang L, Liu LZ, Jiang BH. PI3K/PTEN/ AKT signaling regulates prostate tumor angiogenesis. Cell Signal. 2007;19(12):2487–2497. doi: 10.1016/j.cellsig.2007.07.025
  19. Tian T, Nan KJ, Wang SH, Liang X, Lu CX, Guo H, et al. PTEN regulates angiogenesis and VEGF expression through phosphatase-dependent and -independent mechanisms in HepG2 cells. Carcinogenesis. 2010;31(7):1211–1219. doi: 10.1093/carcin/bgq085
  20. Zhu Y, Duan S, Wang M, Deng Z, Li J. Neuroimmune Interaction: A Widespread Mutual Regulation and the Weapons for Barrier Organs. Front Cell Dev Biol. 2022;10:906755. doi: 10.3389/fcell.2022.906755
  21. Russell FA, King R, Smillie SJ, Kodji X, Brain SD. Calcitonin gene-related peptide: physiology and pathophysiology. Physiol Rev. 2014;94(4):1099–1142. doi: 10.1152/physrev.00034.2013
  22. Yu XJ, Li CY, Wang KY, Dai HY. Calcitonin gene-related peptide regulates the expression of vascular endothelial growth factor in human HaCaT keratinocytes by activation of ERK1/2 MAPK. Regul Pept. 2006;137(3):134–139. doi: 10.1016/j.regpep.2006.07.001
  23. Toda M, Suzuki T, Hosono K, Hayashi I, Hashiba S, Onuma Y, et al. Neuronal system-dependent facilitation of tumor angiogenesis and tumor growth by calcitonin gene-related peptide. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(36):13550–13555. doi: 10.1073/pnas.0800767105
  24. McIlvried LA, Atherton MA, Horan NL, Goch TN, Scheff NN. Sensory Neurotransmitter Calcitonin Gene-Related Peptide Modulates Tumor Growth and Lymphocyte Infiltration in Oral Squamous Cell Carcinoma. Adv Biol (Weinh). 2022;6(9):e2200019. doi: 10.1002/adbi.202200019
  25. Staibano S, Boscaino A, Salvatore G, Orabona P, Palombini L, De Rosa G. The prognostic significance of tumor angiogenesis in nonaggressive and aggressive basal cell carcinoma of the human skin. Hum Pathol. 1996;27(7):695–700. doi: 10.1016/s0046-8177(96)90400-1
  26. Cernea CR, Ferraz AR, de Castro IV, Sotto MN, Logullo AF, Bacchi CE, et al. Angiogenesis and skin carcinomas with skull base invasion: a case-control study. Head Neck. 2004;26(5):396–400. doi: 10.1002/hed.10399
  27. Bosari S, Lee AK, DeLellis RA, Wiley BD, Heatley GJ, Silverman ML. Microvessel quantitation and prognosis in invasive breast carcinoma. Hum Pathol. 1992;23(7):755–761. doi: 10.1016/0046-8177(92)90344-3
  28. Сайтбурханов Р.Р., Кондрахина И.Н., Плахова К.И., Кубанов А.А. Использование лазерного излучения с длиной волны 585 и 1064 нм для лечения базальноклеточного рака кожи. Вестник дерматологии и венерологии. 2022;98(6):89–100. [Saytburkhanov RR, Kondrakhina IN, Plakhova KI, Kubanov AA. The use of laser radiation with a wavelength of 585 and 1064 nm for the treatment of basal cell skin cancer. Vestnik Dermatology i Venereology. 2022;98(6):89–100. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.25208/vdv1390
  29. Litvinov IV, Xie P, Gunn S, Sasseville D, Lefrançois P. Transcriptional landscape of BCC. Life Science Alliance. 2021;4(7):e202000651. doi: 10.26508/lsa.202000651
  30. Riihilä P, Nissinen L, Kähäri VM. Matrix metalloproteinases in keratinocyte carcinomas. Exp Dermatol. 2021;30(1):50–61. doi: 10.1111/exd.14183
  31. Ciążyńska M, Bednarski IA, Wódz K, Kolano P, Narbutt J, Sobjanek M, et al. Proteins involved in cutaneous basal cell carcinoma development. Oncol Lett. 2018;16(3):4064–4072. doi: 10.3892/ol.2018.9126
  32. Monhian N, Jewett BS, Baker SR, Varani J. Matrix metalloproteinase expression in normal skin associated with basal cell carcinoma and in distal skin from the same patients. Arch Facial Plast Surg. 2005;7(4):238–243. doi: 10.1001/archfaci.7.4.238
  33. Elieh Ali Komi D, Jalili A. The emerging role of mast cells in skin cancers: involved cellular and molecular mechanisms. Int J Dermatol. 2022;61(7):792–803. doi: 10.1111/ijd.15895
  34. Wang L, Wang Y-J, Hao D, Wen X, Du D, He G, et al. The theranostics role of mast cells in the pathophysiology of rosacea. Front Med (Lausanne). 2020;6:324. doi: 10.3389/fmed.2019.00324
  35. Choi JE, Di Nardo A. Skin neurogenic inflammation. Semin Immunopathol. 2018;40(3):249–259. doi: 10.1007/s00281-018-0675-z
  36. Hodo TW, de Aquino MTP, Shimamoto A, Shanker A. Critical Neurotransmitters in the Neuroimmune Network. Front Immunol. 2020;11:1869. doi: 10.3389/fimmu.2020.01869
  37. Arbiser JL, Byers HR, Cohen C, Arbeit J. Altered basic fibroblast growth factor expression in common epidermal neoplasms: examination with in situ hybridization and immunohistochemistry. J Am Acad Dermatol. 2000;42(6):973–977.
  38. Jee SH, Chu CY, Chiu HC, Huang YL, Tsai WL, Liao YH, et al. Interleukin-6 induced basic fibroblast growth factor-dependent angiogenesis in basal cell carcinoma cell line via JAK/STAT3 and PI3-kinase/Akt pathways. J Invest Dermatol. 2004;123(6):1169–1175. doi: 10.1111/j.0022-202X.2004.23497.x
  39. Biray Avci C, Kaya I, Ozturk A, Ozates Ay NP, Sezgin B, Kurt CC, et al. The role of EGFR overexpression on the recurrence of basal cell carcinomas with positive surgical margins. Gene. 2019;687:35–38. doi: 10.1016/j.gene.2018.11.024

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Heterogeneity of changes in the expression of target genes in the foci of the superficial form of basal cell skin cancer before and after treatment (n = 18)

Download (192KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Heterogeneity of changes in the expression of target genes in the foci of the nodular form of basal cell skin cancer before and after treatment (n = 13)

Download (163KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Saytburkhanov R.R., Verbenko D.A., Plakhova X.I., Kondrakhina I.N., Lagun K.M., Filonenko E.V., Кubanov А.A.

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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».