The mechanisms of sensitization of gastrointestinal stromal tumor cells to DNA topoisomerase II inhibitors

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim. To examine the ability of receptor tyrosine kinase inhibitors to modulate gastrointestinal stromal tumor cells sensitivity to DNA topoisomerase II inhibitors.

Methods. The following receptor tyrosine kinase inhibitors were used in the present study - imatinib, crizotinib, cabozantinib and sunitinib. An ability of the named medications to sensitize gastrointestinal stromal tumor cells to DNA topoisomerase II inhibitor (doxorubicin) was examined by using an MTS-based colorimetric assay. The expression of apoptotic, DNA damage and repair markers was assessed with western blotting by using the corresponding monoclonal antibodies. Proliferative activity was examined in a real-time by utilizing an iCELLigence system (ACEA Biosciences Inc., USA).

Results. We found that all above-mentioned receptor tyrosine kinase inhibitors were able to sensitize gastrointestinal stromal tumor cells to topoisomerase II inhibitors. This leads to the decrease of proliferative activity of tumors cells and enhancement of apoptotic cell death. Importantly, this effect was observed in imatinib-resistant gastrointestinal stromal tumor cells. One of the possible molecular mechanisms responsible for sensitization of these cells to topoisomerase II inhibitors was the ability of the target medications to inhibit the homologous recombination. This is evidenced by substantial decrease of Rad51 recombinase expression as a result of receptor tyrosine kinase inhibitor effect on the cells with DNA damage caused by topoisomerase II inhibitors.

Conclusion. Receptor tyrosine kinase inhibitors are able to sensitize imatinib-resistant gastrointestinal stromal tumor cells to topoisomerase II inhibitors by inhibiting DNA homologous recombination.

About the authors

P D Dunaev

Kazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: boichuksergei@mail.ru
Kazan, Russia

A R Galembikova

Kazan State Medical University

Email: boichuksergei@mail.ru
Kazan, Russia

S V Boichuk

Kazan State Medical University

Email: boichuksergei@mail.ru
Kazan, Russia

References

  1. Jakhetiya A., Garg P.K., Prakash G. et al. Targeted therapy of gastrointestinal stromal tumours. World J. Gastrointest. Surg. 2016; 8 (5): 345–352. doi: 10.4240/wjgs.v8.i5.345.
  2. Hirota S., Isozaki K., Moriyama Y. et al. Gain-of-function mutations of c-kit in human gastrointestinal stromal tumors. Science. 1998; 279: 577–580. DOI: 10.1126/
  3. science.279.5350.577.
  4. Demetri G.D., Mehren von M., Blanke C.D. et al. Efficacy and safety of imatinib mesylate in advanced gastro­intestinal stromal tumors. N. Engl. J. Med. 2002; 347: ­472–480. doi: 10.1056/NEJMoa020461.
  5. Rubin B.P., Singer S., Tsao C. et al. KIT activation is a ubiquitous feature of gastrointestinal stromal tumors. Cancer Res. 2001; 61: 8118–8121. PMID: 11719439.
  6. Gramza A.W., Christopher L.C., Michael C.H. Resistance to tyrosine kinase inhibitors in gastrointestinal stromal tumors. Clin. Cancer Res. 2009; 15 (24): 7510–7518. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-09-0190.
  7. De Silva C.M., Reid R. Gastrointestinal stromal tumors (GIST): с-kit mutations, CD117 expression, differential diagnosis and targeted cancer therapy with Imatinib. Pathol. Oncol. Res. 2003; 9 (1): 13-19. PMID: 12704441.
  8. Boichuk S., Galembikova A., Dunaev P. et al. A no­vel receptor tyrosine kinase switch promotes gastrointestinal stromal tumor drug resistance. Molecules. 2017; 22 (12): E2152. doi: 10.3390/molecules22122152.
  9. Rock E.P., Goodman V., Jiang J.X. et al. Food and Drug Administration drug approval summary: sunitinib malate for the treatment of gastrointestinal stromal tumor and advanced renal cell carcinoma. Oncologist. 2007; 12: 107–113. doi: 10.1634/theoncologist.12-1-107.
  10. Demetri G.D., Reichardt P., Kang Y.-K. et al. Efficacy and safety of regorafenib for advanced gastrointestinal stromal tumours after failure of imatinib and sunitinib (GRID): an international, multicentre, randomised, pla­cebo-controlled, phase 3 trial. Lancet. 2013; 381: 295–302. doi: 10.1016/S0140-6736(12)61857-1.
  11. Boichuk S., Rausch J.L., Duensing A. New developments in management of gastrointestinal stromal tumors: regorafenib, the new player in the team. Gastrointestinal. Cancer: Targets and Therapy. 2014; 4: 1–10. doi: 10.2147/GICTT.S20679.
  12. Wozniak A., Gebreyohannes Y.K., Debiec-Rychter M. et al. New targets and therapies for gastrointestinal stromal tumors. Expert. Re.v Anticancer Ther. 2017; 17: 1117–1129. doi: 10.1080/14737140.2017.1400386.
  13. Boichuk S., Lee D.J., Mehalek K.R. et al. Unbiased compound screening identifies unexpected drug sensiti­vities and novel treatment options for gastrointestinal stromal tumors. Cancer Res. 2014; 74 (4): 1200–1213. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-13-1955.
  14. Pessetto Z., Ma Y., Hirst J. et al. Drug repurposing identifies a synergistic combination therapy with imatinib mesylate for gastrointestinal stromal tumor. Mol. Cancer Ther. 2014; 13 (10): 2276–2287. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-14-0043.
  15. Boichuk S.V., Ramazanov B.R., Galembikova A.R. et al. Mecha­nisms of chemosensitivity of gastrointestinal stromal tumor cell lines in vitro. Geny i kletki. 2014; 9 (4): 116–120. (In Russ.)
  16. Galembikova A.R., Dunaev P.D., Boichuk S.V. Sensitivity of gastrointestinal stromal tumors (GISTs) to the various chemotherapeutic agents. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015; 6. http://www.science-education.ru/130-23728 (access date: 4.07.2017). (In Russ.)
  17. Boichuk S.V., Galembikova A.R., Ramaza­nov B.R. et al. Imatinib sensitizes gastrointestinal stromal tumors cells to the topoisomerase II inhibitors. Uspekhi moleku­lyarnoy onkologii. 2015; (1): 76–81. (In Russ.)
  18. Boichuk S.V., Galembikova A.R., Martynova E.V. et al. Imatinib inhibits homology-mediated DNA repair and sensitizes gastrointestinal stromal tumor cells to topoisomerase II inhibitors. Tsitologiya. 2016; (3): 178–188. (In Russ.)
  19. Dunaev P.D., Boichuk S.V., Galembikova A.R. et al. Establishment of imatinib-resistant subclone of gastrointestinal stromal tumor and assessment of its sensitivity to chemotherapeutic agents. Kazansky meditsinskiy zhurnal. 2017; 98 (6): ­993–997. (In Russ.)
  20. Tanaka T., Munshi A., Brooks C. et al. Gefitinib radiosensitizes non-small cell lung cancer cells by suppres­sing cellular DNA repair capacity. Clin. Cancer Res. 2008; 14: 1266–1273. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-07-1606.
  21. Dittmann K., Mayer C., Rodemann H.P. Inhibition of radiation-induced EGFR nuclear import by C225 (Cetu­ximab) suppresses DNA-PK activity. Radiother. Oncol. 2005; 76: 157–161. doi: 10.1016/j.radonc.2005.06.022.
  22. Boichuk S., Dunaev P., Galembikova A. et al. Inhibition of fibroblast growth factor receptor-signaling sensiti­zes imatinib-resistant gastrointestinal stromal tumors to low doses of topoisomerase II inhibitors. Anticancer Drugs. 2018; 29 (6): 549–559. doi: 10.1097/CAD.0000000000000637.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

© 2019 Dunaev P.D., Galembikova A.R., Boichuk S.V.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 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».