Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1146110.32607/actanaturae.11461Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleThe Different Impact of ERK Inhibition on Neuroblastoma, Astrocytoma, and Rhabdomyosarcoma Cell DifferentiationИнгибирование ERK по-разному влияет на дифференцировку клеток нейробластомы, астроцитомы и рабдомиосаркомыhttps://orcid.org/0000-0002-5966-0914LebedevTimofey D.ЛебедевТимофей Д.
Russian Federation

Старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

lebedevtd@gmail.comVagapovaElmira R.ВагаповаЭльмира Р.
Russian Federation
vr.elmira@gmail.comPrassolovVladimir S.ПрасоловВладимир С.
Russian Federation

профессор, заведующий лабораторией, доктор биологических наук

prassolov45@gmail.comEngelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesИнститут молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН1512202113469772405202114072021Copyright ©; 2021, Lebedev T.D., Vagapova E.R., Prassolov V.S.Copyright ©; 2021, Лебедев Т.Д., Вагапова Э.Р., Прасолов В.С.2021Lebedev T.D., Vagapova E.R., Prassolov V.S.Лебедев Т.Д., Вагапова Э.Р., Прасолов В.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/11461

Aberrant ERK activity can lead to uncontrolled cell proliferation, immortalization, and impaired cell differentiation. Impairment of normal cell differentiation is one of the critical stages in malignant cell transformation. In this study, we investigated a relationship between ERK tyrosine kinase activity and the main differentiation features (changes in cell morphology and expression of genes encoding differentiation markers and growth factor receptors) in SH-SY5Y neuroblastoma, U-251 astrocytoma, and TE-671 rhabdomyosarcoma cells. ERK activity was assessed using a reporter system that enabled live measurements of ERK activity in single cells. We demonstrated that suppression of ERK activity by selective ERK inhibitors, in contrast to a commonly used differentiation inducer, retinoic acid, leads to significant changes in TE-671 cell morphology and expression of the myogenic differentiation marker genes PROM1, MYOG, and PAX7. There was a relationship between ERK activity and morphological changes at an individual cell level. In this case, SH-SY5Y cell differentiation induced by retinoic acid was ERK-independent. We showed that ERK inhibition increases the sensitivity of TE-671 cells to the EGF, IGF-1, and NGF growth factors, presumably by reducing basal ERK activity, and to the BDNF growth factor, by increasing expression of the TrkB receptor.

Киназы ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinases 1/2) играют важную роль в таких процессах, как пролиферация, выживание и дифференцировка клеток. Нарушение активности этих ферментов может приводить к неконтролируемой пролиферации клеток, иммортализации и нарушению их дифференцировки, что считается одним из ключевых этапов злокачественного перерождения клеток. Нами изучена связь между активностью тирозинкиназ ERK в клетках нейробластомы SH-SY5Y, астроцитомы U-251 и рабдомиосаркомы TE-671 и такими основными чертами дифференцировки, как изменение морфологии клеток и экспрессии генов, кодирующих маркеры дифференцировки и рецепторы факторов роста. Активность ERK определяли с использованием репортерной системы, позволяющей проводить прижизненные измерения активности ERK в отдельных клетках. Показано, что подавление активности ERK с помощью селективных ингибиторов, в отличие от часто используемого индуктора дифференцировки – ретиноевой кислоты, вызывает существенные изменения морфологии клеток TE-671 и экспрессии генов-маркеров миогенной дифференцировки PROM1, MYOG и PAX7. Взаимосвязь между активностью ERK и морфологическими изменениями показана на уровне индивидуальных клеток. При этом дифференцировка клеток SH-SY5Y, индуцированная ретиноевой кислотой, не зависела от ERK. Показано, что ингибирование ERK повышает чувствительность клеток TE-671 к действию ростовых факторов EGF, IGF-1 и NGF предположительно за счет снижения базальной активности ERK и ростового фактора BDNF посредством увеличения экспрессии рецептора TrkB.

cell differentiationmalignant tumorsERK inhibitorsgrowth factorsfluorescent reporterдифференцировка клетокзлокачественные опухолиингибиторы ERKростовые факторыфлуоресцентный репортерГрант Российского научного фондаGrant from the Russian Science Foundation19-74-00120Lavoie H., Gagnon J., Therrien M. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2020. V. 21. № 10. P. 607–632.Orlova N.N., Lebedev T.D., Spirin P.V., Prassolov V.S. // Mol. Biol. (Moskow). 2016. V. 50. № 3. P. 395–405.Bonni A., Brunet A., West A.E., Datta S.R., Takasu M.A., Greenberg M.E. // Science. 1999. V. 286. № 5443. P. 1358–1362.Spirin P., Lebedev T., Orlova N., Morozov A., Poymenova N., Dmitriev S.E., Buzdin A., Stocking C., Kovalchuk O., Prassolov V. // Oncotarget. 2017. V. 8. № 34. P. 56991–57002.Ma M., Bordignon P., Dotto G.P., Pelet S. // Heliyon. 2020. V. 6. № 12. P. e05574.Simon C.S., Rahman S., Raina D., Schroter C., Hadjantonakis A.K. // Dev. Cell. 2020. V. 55. № 3. P. 341–353 e345.Pokrass M.J., Ryan K.A., Xin T., Pielstick B., Timp W., Greco V., Regot S. // Dev. Cell. 2020. V. 55. № 3. P. 328–340 e325.Ogura Y., Sami M.M., Wada H., Hayashi S. // Genes Cells. 2019. V. 24. № 4. P. 297–306.Maryu G., Matsuda M., Aoki K. // Cell Struct. Funct. 2016. V. 41. № 2. P. 81–92.Hamilton W.B., Mosesson Y., Monteiro R.S., Emdal K.B., Knudsen T.E., Francavilla C., Barkai N., Olsen J.V., Brickman J.M. // Nature. 2019. V. 575. № 7782. P. 355–360.Spelat R., Ferro F., Curcio F. // J. Biol. Chem. 2012. V. 287. № 45. P. 38279–38288.Ying Q.L., Wray J., Nichols J., Batlle-Morera L., Doble B., Woodgett J., Cohen P., Smith A. // Nature. 2008. V. 453. № 7194. P. 519–523.Tamama K., Sen C.K., Wells A. // Stem Cells Dev. 2008. V. 17. № 5. P. 897–908.Yu Y., Wang X., Zhang X., Zhai Y., Lu X., Ma H., Zhu K., Zhao T., Jiao J., Zhao Z.A., et al. // Stem Cell Res. Ther. 2018. V. 9. № 1. P. 2.Liu F., Xuan A., Chen Y., Zhang J., Xu L., Yan Q., Long D. // Mol. Med. Rep. 2014. V. 10. № 4. P. 1739–1745.Yan L., Zhou L., Yan B., Zhang L., Du W., Liu F., Yuan Q., Tong P., Shan L., Efferth T. // Cell Death Dis. 2020. V. 11. № 10. P. 857.Khavari T.A., Rinn J. // Cell Cycle. 2007. V. 6. № 23. P. 2928–2931.Kern F., Niault T., Baccarini M. // Br. J. Cancer. 2011. V. 104. № 2. P. 229–234.Olson E.N., Spizz G., Tainsky M.A. // Mol. Cell. Biol. 1987. V. 7. № 6. P. 2104–2111.Reynolds C.P., Matthay K.K., Villablanca J.G., Maurer B.J. // Cancer Lett. 2003. V. 197. № 1–2. P. 185–192.Tallman M.S., Andersen J.W., Schiffer C.A., Appelbaum F.R., Feusner J.H., Ogden A., Shepherd L., Willman C., Bloomfield C.D., Rowe J.M., et al. // N. Engl. J. Med. 1997. V. 337. № 15. P. 1021–1028.Yohe M.E., Gryder B.E., Shern J.F., Song Y.K., Chou H.C., Sindiri S., Mendoza A., Patidar R., Zhang X., Guha R., et al. // Sci. Transl. Med. 2018. V. 10. № 448. P. eaan4470.Forshew T., Tatevossian R.G., Lawson A.R., Ma J., Neale G., Ogunkolade B.W., Jones T.A., Aarum J., Dalton J., Bailey S., et al. // J. Pathol. 2009. V. 218. № 2. P. 172–181.Tanaka T., Higashi M., Kimura K., Wakao J., Fumino S., Iehara T., Hosoi H., Sakai T., Tajiri T. // J. Pediatr. Surg. 2016. V. 51. № 12. P. 2074–2079.Regot S., Hughey J.J., Bajar B.T., Carrasco S., Covert M.W. // Cell. 2014. V. 157. № 7. P. 1724–1734.Gusel’nikova V.V., Korzhevskiy D.E. // Acta Naturae. 2015. V. 7. № 2. P. 42–47.Constantinescu R., Constantinescu A.T., Reichmann H., Janetzky B. // J. Neural. Transm. Suppl. 2007. № 72. P. 17–28.De Luna N., Suarez-Calvet X., Garicano M., Fernandez-Simon E., Rojas-Garcia R., Diaz-Manera J., Querol L., Illa I., Gallardo E. // J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2018. V. 77. № 10. P. 964–972.Garcez R.C., Teixeira B.L., Schmitt Sdos S., Alvarez-Silva M., Trentin A.G. // Cell Mol. Neurobiol. 2009. V. 29. № 8. P. 1087–1091.Galvin C.D., Hardiman O., Nolan C.M. // Mol. Cell. Endocrinol. 2003. V. 200. № 1–2. P. 19–29.Lebedev T.D., Vagapova E.R., Popenko V.I., Leonova O.G., Spirin P.V., Prassolov V.S. // Front. Oncol. 2019. V. 9. P. 1046.Bentzinger C.F., Wang Y.X., Rudnicki M.A. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012. V. 4. № 2. P. a008342.Florkowska A., Meszka I., Zawada M., Legutko D., Proszynski T.J., Janczyk-Ilach K., Streminska W., Ciemerych M.A., Grabowska I. // Stem Cell Res. Ther. 2020. V. 11. № 1. P. 238.Paquin A., Barnabe-Heider F., Kageyama R., Miller F.D. // J. Neurosci. 2005. V. 25. № 46. P. 10747–10758.Samuels I.S., Karlo J.C., Faruzzi A.N., Pickering K., Herrup K., Sweatt J.D., Saitta S.C., Landreth G.E. // J. Neurosci. 2008. V. 28. № 27. P. 6983–6995.Jones D.T., Gronych J., Lichter P., Witt O., Pfister S.M. // Cell Mol. Life Sci. 2012. V. 69. № 11. P. 1799–1811.Marampon F., Bossi G., Ciccarelli C., Di Rocco A., Sacchi A., Pestell R.G., Zani B.M. // Mol. Cancer Ther. 2009. V. 8. № 3. P. 543–551.Ciccarelli C., Vulcano F., Milazzo L., Gravina G.L., Marampon F., Macioce G., Giampaolo A., Tombolini V., Di Paolo V., Hassan H.J., et al // Mol. Cancer. 2016. V. 15. P. 16.Ciccarelli C., Vulcano F., Milazzo L., Gravina G.L., Marampon F., Macioce G., Giampaolo A., Tombolini V., Di Paolo V., Hassan H.J., et al. // Mol. Cancer. 2016. V. 15. P. 16.Stratton M.R., Darling J., Pilkington G.J., Lantos P.L., Reeves B.R., Cooper C.S. // Carcinogenesis. 1989. V. 10. № 5. P. 899–905.Dolgikh N., Hugle M., Vogler M., Fulda S. // Cancer Res. 2018. V. 78. № 8. P. 2000–2013.McGillicuddy L.T., Fromm J.A., Hollstein P.E., Kubek S., Beroukhim R., De Raedt T., Johnson B.W., Williams S.M., Nghiemphu P., Liau L.M., et al. // Cancer Cell. 2009. V. 16. № 1. P. 44–54.Cichowski K., Jacks T. // Cell. 2001. V. 104. № 4. P. 593–604.