mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-EOM-16750mimmun-3030Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSМембранная экспрессия Hsp70 на опухолевых клетках при объемном культивировании в 3D-культурахExpression of membrane HSP70 on tumor cells during cultivation in 3D culturesКостенкоВ. В.KostenkoV. V.

инженер-исследователь отдела иммунологии;

студентка бакалавриата,

Москва

Research Engineer, Department of Immunology;

Undergraduate Student, 

Moscow

БойкоА. А.BoykoA. A.

Бойко Анна Александровна - к.б.н., научный сотрудник,

117997, Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

PhD (Biology), Research Associate, 

Moscow

boyko_anna@mail.ruГречихинаМ. В.GrechikhinaM. V.

младший научный сотрудник,

Москва

Junior Research Associate, 

Moscow

ОвсяниковаО. В.OvsyanikovaO. V.

инженер-исследователь отдела иммунологии;

аспирант, 

Москва

Research Engineer, Department of Immunology;

Postgraduate Student, 

Moscow

СапожниковА. М.SapozhnikovA. M.

д.б.н., профессор, главный научный сотрудник, руководитель лаборатории Клеточныхвзаимодействий, 

Москва

PhD, MD (Biology), Professor, Chief Research Associate, 

Moscow

ФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наук; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияShemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Science; Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наукРоссияShemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of ScienceRussian Federation202421072024264657662Copyright © Костенко В.В., Бойко А.А., Гречихина М.В., Овсяникова О.В., Сапожников А.М., 20242024Костенко В.В., Бойко А.А., Гречихина М.В., Овсяникова О.В., Сапожников А.М.Kostenko V.V., Boyko A.A., Grechikhina M.V., Ovsyanikova O.V., Sapozhnikov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/3030

Белки теплового шока семейства 70 кДа (HSP70) относятся к внутриклеточным шаперонам, необходимым клетке для поддержания белкового гомеостаза. В цитозоле в нормальных условиях эти белки помогают правильному сворачиванию белков, предотвращая их агрегацию, участвуют в транспорте белков, выживании клеток. Среди HSP70 выделяют пул стресс-индуцируемых белков Hsp70, который заметно увеличивается в ответ на ряд стресс-факторов и способствует восстановлению клеток после стресса. Опухолевые клетки, в отличие от нормальных, характеризуются способностью представлять Hsp70 на поверхности клеточной мембраны. Мембраносвязанные Hsp70 могут выступать как сигналы опасности и способны усиливать или ингибировать иммунные реакции. Трехмерная модель клеточных культур в виде сфероидов в разной степени может имитировать структурную организацию солидных опухолей. В культурах многоклеточных сфероидов (3D) формируется гипоксия внутри сфероидов, градиенты питательных веществ, что может влиять на транслокацию Hsp70 на мембрану клеток. Целью данной работы был сравнительный анализ экспрессии Hsp70 на опухолевых клетках различного происхождения при культивировании в монослойном состоянии (2D) и 3D-культурах. Анализ экспрессии провели на линиях рака молочной и поджелудочной желез, карцином толстой кишки и простаты, лимфомах методами проточной цитометрии и конфокальной микроскопии. Культивирование в 3D-культурах проводили с использованием антиадгезивной подложки PolyHEMA. Показали, что карциномы различного происхождения не все экспрессируют Hsp70 как в 2D, так и в 3D-культурах. Для некоторых опухолевых линий характерна экспрессия Hsp70 только в 3D-культурах. Экспрессия Hsp70 была выявлена на клетках рака молочных желез BT20; карциномы толстой кишки SW837; поджелудочной железы PANC1 и простаты PC-3. Анализ Hsp70- положительных карцином различной локализации в 2D- и 3D-моделях может быть полезен для использования антител против Hsp70 в качестве вектора для доставки противоопухолевых препаратов.

Heat shock proteins of the 70 kDa family (HSP70) are intracellular chaperones necessary for the cell to maintain protein homeostasis. In the cytosol, under normal conditions, these proteins promote the correct folding of proteins, preventing their aggregation, and are involved in protein transport and cell survival. Among the HSP70, there is a pool of stress-inducible proteins Hsp70, which significantly increases in response to a number of stress factors and facilitates cell recovery after stress. Tumor cells, unlike normal, are characterized by the ability to present Hsp70 on the surface of the cell membrane. Membrane-bound Hsp70 can be considered as a danger signal and enhance or inhibit immune responses. A three-dimensional model of cells in the spheroids in varying degrees simulates the structural organization of solid tumors. In cultures of multicellular spheroids (3D), hypoxia and nutrient gradients are formed within the spheroids, which can affect the translocation of Hsp70 to the cell membrane. The purpose of this work was a comparative analysis of Hsp70 expression on tumor cells of various origins when cultivated in a monolayer state (2D) and 3D cultures. Analysis was carried out on breast and pancreatic tumor cell lines, colon and prostate carcinomas, and lymphomas using flow cytometry and confocal microscopy methods. Cultivation in 3D cultures was performed using the antiadhesive PolyHEMA substrate. The results showed that not all carcinomas from our panel express Hsp70 in both 2D and 3D cultures. Some tumor lines have membrane Hsp70 only in 3D cultures. Hsp70 expression was detected on: BT20 breast cancer cells; colon carcinoma SW837; pancreas PANC1; and prostate PC-3. Analysis of Hsp70-positive carcinomas of various localizations in 2D and 3D models may be useful for the application of antibodies against Hsp70 as a vector for the delivery of anticancer drugs.

Hsp70рак молочной железырак поджелудочной железыкарцинома толстой кишкикарцинома простаты2D-культуры3D-культурыфлуоресцентная визуализацияконфокальная микроскопияHsp70breast cancerpancreatic cancercolon carcinomasprostate carcinomas2D cultures3D culturesfluorescence imagingconfocal microscopyРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-15-00472).ReferencesAlbakova Z., Armeev G.A., Kanevskiy L.M., Kovalenko E.I., Sapozhnikov A.M. HSP70 multi-functionality in cancer. Cells, 2020, Vol. 9, no. 3, 587. doi: 10.3390/cells9030587.Albakova Z., Armeev G.A., Kanevskiy L.M., Kovalenko E.I., Sapozhnikov A.M. HSP70 multi-functionality in cancer. Cells, 2020, Vol. 9, no. 3, 587. doi: 10.3390/cells9030587.Alekseeva L.G., Ovsyanikova O.V., Schulga A.A., Grechikhina M.V., Shustova O.A., Kovalenko E.I., Svirshchevskaya E.V., Deyev S.M., Sapozhnikov A.M. Targeted delivery of HSP70 to tumor cells via supramolecular complex based on HER2-specific DARPin9_29 and the barnase:barstar pair. Cells, 2024, Vol. 13, 317. doi: 10.3390/cells13040317.Alekseeva L.G., Ovsyanikova O.V., Schulga A.A., Grechikhina M.V., Shustova O.A., Kovalenko E.I., Svirshchevskaya E.V., Deyev S.M., Sapozhnikov A.M. Targeted delivery of HSP70 to tumor cells via supramolecular complex based on HER2-specific DARPin9_29 and the barnase:barstar pair. Cells, 2024, Vol. 13, 317. doi: 10.3390/cells13040317.Gastpar R., Gehrmann M., Bausero M.A., Asea A., Gross C., Schroeder J.A., Multhoff G. Heat shock protein 70 surface-positive tumor exosomes stimulate migratory and cytolytic activity of natural killer cells. Cancer Res., 2005, Vol. 65, no. 2, pp. 5238-5247.Gastpar R., Gehrmann M., Bausero M.A., Asea A., Gross C., Schroeder J.A., Multhoff G. Heat shock protein 70 surface-positive tumor exosomes stimulate migratory and cytolytic activity of natural killer cells. Cancer Res., 2005, Vol. 65, no. 2, pp. 5238-5247.Gehrmann M., Liebisch G., Schmitz G., Anderson R., Steinem C., de Maio A., Pockley G., Multhoff G. Tumor-specific Hsp70 plasma membrane localization is enabled by the glycosphingolipid Gb3. PLoS One, 2008, Vol. 3, no. 4, e1925. doi: 10.1371/journal.pone.0001925.Gehrmann M., Liebisch G., Schmitz G., Anderson R., Steinem C., de Maio A., Pockley G., Multhoff G. Tumor-specific Hsp70 plasma membrane localization is enabled by the glycosphingolipid Gb3. PLoS One, 2008, Vol. 3, no. 4, e1925. doi: 10.1371/journal.pone.0001925.Mayer M.P., Bukau B. Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism. Cell Mol. Life Sci., 2005, Vol. 62, no. 6, pp. 670-684.Mayer M.P., Bukau B. Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism. Cell Mol. Life Sci., 2005, Vol. 62, no. 6, pp. 670-684.Molter C.W., Muszynski E.F., Tao Y., Trivedi T., Clouvel A., Ehrlicher A.J. Prostate cancer cells of increasing metastatic potential exhibit diverse contractile forces, cell stiffness, and motility in a microenvironment stiffness-dependent manner. Front. Cell Dev. Biol., 2022, Vol. 10, 932510. doi: 10.3389/fcell.2022.932510.Molter C.W., Muszynski E.F., Tao Y., Trivedi T., Clouvel A., Ehrlicher A.J. Prostate cancer cells of increasing metastatic potential exhibit diverse contractile forces, cell stiffness, and motility in a microenvironment stiffness-dependent manner. Front. Cell Dev. Biol., 2022, Vol. 10, 932510. doi: 10.3389/fcell.2022.932510.Multhoff G., Botzler C., Wiesnet M., Müller E., Meier T., Wilmanns W., Issels R.D. A Stress-inducible 72- kda heat-shock protein (Hsp72) is expressed on the surface of human tumor cells, but not on normal cells. Int. J. Cancer, 1995, Vol. 61, no. 2, pp. 272-279.Multhoff G., Botzler C., Wiesnet M., Müller E., Meier T., Wilmanns W., Issels R.D. A Stress-inducible 72- kda heat-shock protein (Hsp72) is expressed on the surface of human tumor cells, but not on normal cells. Int. J. Cancer, 1995, Vol. 61, no. 2, pp. 272-279.Murphy M.E. The HSP70 family and cancer. Carcinogenesis, 2013, Vol. 34, no. 6, pp: 1181-1188.Murphy M.E. The HSP70 family and cancer. Carcinogenesis, 2013, Vol. 34, no. 6, pp: 1181-1188.Pfister K., Radons J., Busch R., Tidball J.G., Pfeifer M., Freitag L., Feldmann H.-J., Milani V., Issels R., Multhoff G. Patient survival by Hsp70 membrane phenotype: association with different routes of metastasis. J. Cancer, 2007, Vol. 110, pp. 926-935.Pfister K., Radons J., Busch R., Tidball J.G., Pfeifer M., Freitag L., Feldmann H.-J., Milani V., Issels R., Multhoff G. Patient survival by Hsp70 membrane phenotype: association with different routes of metastasis. J. Cancer, 2007, Vol. 110, pp. 926-935.Shevtsov M.A., Komarova E.Y., Meshalkina D.A., Bychkova N.V., Aksenov N.D., Abkin S.V., Margulis B.A., Guzhova I.V. Exogenously delivered heat shock protein 70 displaces its endogenous analogue and sensitizes cancer cells to lymphocytes-mediated cytotoxicity. Oncotarget, 2014, Vol. 5, pp. 3101-3114.Shevtsov M.A., Komarova E.Y., Meshalkina D.A., Bychkova N.V., Aksenov N.D., Abkin S.V., Margulis B.A., Guzhova I.V. Exogenously delivered heat shock protein 70 displaces its endogenous analogue and sensitizes cancer cells to lymphocytes-mediated cytotoxicity. Oncotarget, 2014, Vol. 5, pp. 3101-3114.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.