Mechanisms of Antitumor Activity of Low Doses of Radiation Associated with Activation of Cells' Defense System

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: The effects of ionizing radiation (IR) involve a highly orchestrated series of events in cells, including DNA damage and repair, cell death, and changes in the level of proliferation associated with the stage of the cell cycle. A large number of existing studies in literature have examined the activity of genes and their regulators in mammalian cells in response to high doses of ionizing radiation. Although there are many studies, the research in effect of low doses of ionizing radiation remains limited. Though much progress has been made in understanding the basic principles of effects of low doses radiation on individual components of biological systems, less is known about how low doses affect target molecules and regulate the cellular networks (e.g., activation of the immune system, genes and their regulators in the phenomenon of hormesis, the formation of an adaptive response). These observations determined the purpose of the work: to investigate the activity of genes and non-coding RNAs (long non-coding RNAs and microRNAs) in various organs of mice with transplanted Lewis carcinoma after low doses radiation.

Material and methods: 24 female mice C57Bl/6 were transplanted subcutaneously with Lewis carcinoma cells (105 cells in 0.2 ml of Hanks’ solution). Total 4-fold X-ray irradiation with an interval of 4 days at a dose of 0.075 Gy (0.85 Gy/min) was performed on the RUST M1 from 6 days after transplantation; the tumor size was measured daily. The mice were divided into the following groups: biocontrol, biocontrol+irradiation, tumor and tumor+irradiation. On the 19th day from the beginning of the experiment, the mice were euthanized. The expression profiles of mRNA genes, long non-coding RNAs and microRNAs controlling the response to radiation were determined in the bone marrow, thymus, spleen and tumor of mice.

Results: Fractionated low doses irradiation of mice with transplanted Lewis carcinoma caused a growth decrease of implanted tumour cells compared to the similar group without irradiation. At the same time, there was an activation of oncosuppressors, and a decrease in the activity of oncogenes in the thymus and spleen of mice with tumor and irradiation. In the tumor group, without irradiation, the number of activated oncogenes prevailed over the number of inactivated ones.

Conclusion: Thus, the low doses radiation exposure led to the activation of antitumor immunity in mice, which emerged in slowing tumor growth in animals and was represented in the induction of oncosuppressors and inhibition of oncogenes expression.

About the authors

D. V. Saleeva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dasha_saleeva@inbox.ru
Moscow, Russia

L. M. Rozhdestvensky

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dasha_saleeva@inbox.ru
Moscow, Russia

N. F. Raeva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dasha_saleeva@inbox.ru
Moscow, Russia

E. S. Vorobeva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dasha_saleeva@inbox.ru
Moscow, Russia

G. D. Zasukhina

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center; Institute of General Genetics

Email: dasha_saleeva@inbox.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

References

  1. Sharma D.N., Guleria R., Wig N., Mohan A., Rath G., Subramani V., et al. Low-Dose Radiation Therapy for COVID-19 Pneumonia: a Pilot Study. Br. J. Radiol. 2021;94;1126:20210187. doi: 10.1259/bjr.20210187.
  2. Ceyzériat K., Tournier B.B., Millet P., Dipasquale G., Koutsouvelis N., Frisoni G.B., et al. Low-Dose Radiation Therapy Reduces Amyloid Load in Young 3xTg-AD Mice. J. Alzheimers Dis. 2022;86;2:641-653. doi: 10.3233/JAD-215510.
  3. Lumniczky K., Impens N., Armengol G., Candéias S., Georgakilas A.G., Hornhardt S., et al. Low Dose Ionizing Radiation Effects on the Immune System. Environ. Int. 2021;149:106212. doi: 10.1016/j.envint.2020.106212.
  4. Dahl H., Eide D.M., Tengs T., Duale N., Kamstra J.H., Oughton D.H. et al. Perturbed Transcriptional Profiles after Chronic Low Dose Rate Radiation in Mice. PLoS One. 2021;16;8:e0256667. doi: 10.1371/journal.pone.0256667. eCollection 2021.
  5. Михайлов В.Ф., Салеева Д.В., Рождественский Л.М. и др. Активность генов и некодирующих РНК как подход к определению ранних биомаркеров радиоиндуцированного опухолеобразования у мышей // Генетика. 2021. Т. 57, № 10, С. 1131-1140. doi: 10.31857/S0016675821100076. [Mikhaylov V.F., Saleyeva D.V., Rozhdestvenskiy L.M., et al. Activity of Genes and Non-Coding RNA as an Approach to Early Biomarkers Determination of Radiation-Induced Cancer in Mice. Genetika = Russian Journal of Genetics. 2021;57;10:1131-1140. doi: 10.31857/S0016675821100076. doi: 10.31857/S0016675821100076 (In Russ.)].
  6. Herrera F.G., Romero P., Coukos G. Lighting up the Tumor Fire with Low-Dose Irradiation. Trends Immunol. 2022;43;3:173-179. doi: 10.1016/j.it.2022.01.006.
  7. Wan X., Fang M., Chen T., Wang H., Zhou Q., Wei Y., et al. The Mechanism of Low-Dose Radiation-Induced Upregulation of Immune Checkpoint Molecule Expression in Lung Cancer Cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2022;608:102-107. doi: 10.1016/j.bbrc.2022.03.158.
  8. López-Nieva P., González-Vasconcellos I., González-Sánchez L., Cobos-Fernández M.A., Ruiz-García S., Pérez R.S., et al. Differential Molecular Response in Mice and Human Thymocytes Exposed to a Combined-Dose Radiation Regime. Scientific Reports. 2022;12:3144. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-07166-8.
  9. Zhou L., Zhang X., Li H., Niu C., Yu D., Yang G., et al. Validating the Pivotal Role of the Immune System in Low-Dose Radiation-Induced Tumor Inhibition in Lewis Lung Cancer-Bearing Mice. Cancer Med. 2018;7;4:1338-1348. doi: 10.1002/cam4.1344.
  10. Brown G. Oncogenes, Proto-Oncogenes, and Lineage Restriction of Cancer Stem Cells. Int. J. Mol. Sci. 2021;22;18:9667. doi: 10.3390/ijms22189667.
  11. Qi Z., Guo S., Li C., Wang Q., Li Y., Wang Z. Integrative Analysis for the Roles of lncRNAs in the Immune Responses of Mouse PBMC Exposed to Low-Dose Ionizing Radiation. Dose-Response. 2020;18;1:1559325820913800. doi: 10.1002/cam4.1344.
  12. Khan M.G.M., Wang Y. Advances in the Current Understanding of How Low-Dose Radiation Affects the Cell Cycle. Cells. 2022;11;3:356. doi: 10.3390/cells11030356.
  13. Rusin M., Ghobrial N., Takacs E., Willey J.S., Dean D. Changes in Ionizing Radiation Dose Rate Affect Cell Cycle Progression in Adipose Derived Stem Cells. PLoS One. 2021;16;4:e0250160. doi: 10.1371/journal.pone.0250160.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».