МикроРНК и гены-мишени как регуляторы иммунных сигнальных механизмов рака толстой кишки

Колоректальный рак (КРР) относится к числу наиболее распространенных онкозаболеваний в мире, сопряженных с высоким уровнем смертности. В последнее время получили развитие имуннотерапевтические подходы лечения КРР, которые позволили добиться длительной и стойкой ремиссии у определенной группы больных. Успех иммунотерапии зависит от иммунных процессов, сопряженных с онкогенезом в толстой кишке. Ключевую роль в модуляции иммунного окружения опухоли играет активность генов, регулирующих дифференцировку и функции иммунных клеток, а также пул микроРНК, осуществляющих посттранскрипционный контроль экспрессии генов-мишеней. В связи с этим целью нашей работы являлось исследование экспрессионных профилей иммунно-ассоциированных генов и микроРНК для определения иммунных сигнальных механизмов рака толстой кишки и поиска потенциальных терапевтических мишеней. В исследование вошли 18 человек (12 женщин, 6 мужчин, медиана возраста – 66 лет) с диагнозом «ЗНО толстой кишки», проходивших лечение на базе ФГБУ «НМИЦ онкологии» в 2018-2019 гг. Все опухоли имели статус микросателлитной нестабильности. Транскрипционные профили микроРНК и генов иммунного ответа были определены методом секвенирования следующего поколения. По результатам исследования, количество дифференциально экспрессирующихся в опухоли микроРНК составило 28, из них 15 микроРНК с повышенной экспрессией и 13 микроРНК с пониженной экспрессией. Из 395 исследованных генов дифференциально экспрессирующимися были 156, среди которых 62 гена обладали повышенной экспрессией и 94 – пониженной. Идентификация клеточных популяций на основании транскрипционного паттерна опухолей выявила присутствие 4 типов иммунных клеток: нейтрофилы, B-лимфоциты, CD8⁺Т-лимфоциты и макрофаги М1. Нейтрофилы оказались наиболее распространенным типом клеток (16 из 18 образцов). Поэтапный анализ наличия возможных связей между транскрипционными паттернами позволил отобрать 713 пар микроРНК-мРНК. После фильтрации по валидированным взаимодействиям количество пар составило 24, на основании чего была сконструирована сеть взаимодействий микроРНК-мРНК, которая участвовала в регуляции множества иммунных сигнальных механизмов и контроля клеточного цикла. В большинстве выделенных сигналингах присутствовал CDK1, для которого известны доступные терапевтические ингибиторы, находящиеся на разных этапах клинических испытаний. Описанные в работе возможности воздействия на CDK1 могут послужить заделом для дальнейших клинических исследований и разработке терапевтических стратегий, основанных на молекулярно-селективном подавлении иммунных механизмов онкогенеза колоректального рака.

1. Кит О.И., Дженкова Е.А., Мирзоян Э.А., Геворкян Ю.А., Сагакянц А.Б., Тимошкина Н.Н., Каймакчи О.Ю., Каймакчи Д.О., Толмах Р.Е., Дашков А.В., Колесников В.Е., Милакин А.Г., Полуэктов С.И. Молекулярно-генетическая классификация подтипов колоректального рака: современное состояние проблемы // Южно-Российский онкологический журнал, 2021. Т. 2, № 2. С. 50-56.

2. Максимова П.Е., Голубинская Е.П., Сеферов Б.Д., Зяблицкая Е.Ю. Колоректальный рак: эпидемиология, канцерогенез, молекулярно-генетические и клеточные механизмы резистентности к терапии (аналитический обзор) // Колопроктология, 2023. Т. 22, № 2. С. 160-171.

3. Ahmadi S.E., Rahimi S., Zarandi B., Chegeni R., Safa M. MYC: a multipurpose oncogene with prognostic and therapeutic implications in blood malignancies. J. Hematol Oncol., 2021, Vol. 14, no. 1, 121. doi: 10.1186/s13045-021-01111-4.

4. Amicarella F., Muraro M.G., Hirt C., Cremonesi E., Padovan E., Mele V., Governa V., Han J., Huber X., Droeser R.A., Zuber M., Adamina M., Bolli M., Rosso R., Lugli A., Zlobec I., Terracciano L., Tornillo L., Zajac P., Eppenberger-Castori S., Trapani F., Oertli D., Iezzi G. Dual role of tumour-infiltrating T helper 17 cells in human colorectal cancer. Gut, 2017, Vol. 66, no. 4, pp. 692-704.

5. Bai Z., Zhou Y., Ye Z., Xiong J., Lan H., Wang F. Tumor-infiltrating lymphocytes in colorectal cancer: the fundamental indication and application on immunotherapy. Front. Immunol., 2022, Vol. 12, 808964. doi: 10.3389/fimmu.2021.808964.

6. Bednarz-Misa I., Bromke M.A., Krzystek-Korpacka M. Interleukin (IL)-7 signaling in the tumor microenvironment. Adv. Exp. Med. Biol., 2021, Vol. 1290, pp. 9-49.

7. Coker E.A., Mitsopoulos C., Tym J.E., Komianou A., Kannas C., Di Micco P., Villasclaras Fernandez E., Ozer B., Antolin A.A., Workman P., Al-Lazikani B. canSAR: update to the cancer translational research and drug discovery knowledgebase. Nucleic Acids Res., 2019, Vol. 47, pp. D917-D922.

8. Ding X., Duan H., Luo H. Identification of core gene expression signature and key pathways in colorectal cancer. Front. Genet., 2020, Vol. 11, 45. doi: 10.3389/fgene.2020.00045.

9. Fu C., Zhang X., Zhang X., Wang D., Han S., Ma Z. Advances in IL-7 research on tumour therapy. Pharmaceuticals (Basel), 2024, Vol. 17, no. 4, 415. doi: 10.3390/ph17040415.

10. Gherman A., Bolundut D., Ecea R., Balacescu L., Curcean S., Dina C., Balacescu O., Cainap C. Molecular subtypes, microRNAs and immunotherapy response in metastatic colorectal cancer. Medicina (Kaunas), 2024, Vol. 60, no. 3, 397. doi: 10.3390/medicina60030397.

11. Guo N., Shen G., Zhang Y., Moustafa A.A., Ge D., You Z. Interleukin-17 promotes migration and invasion of human cancer cells through upregulation of MTA1 expression. Front. Oncol., 2019, Vol. 9, 546. doi: 10.3389/fonc.2019.00546.

12. Han L., Chen S., Luan Z., Fan M., Wang Y., Sun G., Dai G. Immune function of colon cancer associated miRNA and target genes. Front. Immunol., 2023, Vol. 14, 1203070. doi: 10.3389/fimmu.2023.1203070.

13. Hao M., Li H., Yi M., Zhu Y., Wang K., Liu Y., Liang X., Ding L. Development of an immune-related gene prognostic risk model and identification of an immune infiltration signature in the tumor microenvironment of colon cancer. BMC Gastroenterol., 2023, Vol. 23, no. 1, 58. doi: 10.1186/s12876-023-02679-6.

14. Holubekova V., Loderer D., Grendar M., Mikolajcik P., Kolkova Z., Turyova E., Kudelova E., Kalman M., Marcinek J., Miklusica J., Laca L., Lasabova Z. Differential gene expression of immunity and inflammation genes in colorectal cancer using targeted RNA sequencing. Front. Oncol., 2023, Vol. 13, 1206482. doi: 10.3389/fonc.2023.1206482.

15. Jiang J.K., Lin C.H., Chang T.A., Lo L.C., Lin C.P., Lu R.H., Yang C.Y. Decreased interleukin-17RA expression is associated with good prognosis in patients with colorectal cancer and inhibits tumor growth and vascularity in mice. Cancer Med., 2024, Vol. 13, no. 5, e7059. doi: 10.1002/cam4.7059.

16. Jordakieva G., Bianchini R., Reichhold D., Piehslinger J., Groschopf A., Jensen S.A., Mearini E., Nocentini G., Crevenna R., Zlabinger G.J., Karagiannis S.N., Klaus A., Jensen-Jarolim E. IgG4 induces tolerogenic M2-like macrophages and correlates with disease progression in colon cancer. Oncoimmunology, 2021, Vol. 10, no. 1, 1880687. doi: 10.1080/2162402X.2021.1880687.

17. Kim J.H., Seo M.K., Lee J.A., Yoo S.Y., Oh H.J., Kang H., Cho N.Y., Bae J.M., Kang G.H., Kim S. Genomic and transcriptomic characterization of heterogeneous immune subgroups of microsatellite instability-high colorectal cancers. J. Immunother. Cancer, 2021, Vol. 9, no. 12, e003414. doi: 10.1136/jitc-2021-003414.

18. Koelzer V.H., Canonica K., Dawson H., Sokol L., Karamitopoulou-Diamantis E., Lugli A., Zlobec I. Phenotyping of tumor-associated macrophages in colorectal cancer: Impact on single cell invasion (tumor budding) and clinicopathological outcome. Oncoimmunology, 2015, Vol. 5, no. 4, e1106677. doi: 10.1080/2162402X.2015.1106677.

19. Konstantinov A.S., Kovaleva O.V., Samoilova D.V., Shelekhova K.V. Role of macrophages in progression of colorectal cancer: a contrast with the traditional paradigm. Int. J. Clin. Exp. Pathol., 2022, Vol. 15, no. 10, pp. 403-411.

20. Kuhn M., von Mering C., Campillos M., Jensen L.J., Bork P. STITCH: interaction networks of chemicals and proteins. Nucleic Acids Res., 2008, Vol. 36, pp. D684-D688.

21. Le T.D., Zhang J., Liu L., Liu H., Li J. miRLAB: An R based dry lab for exploring miRNA-mRNA regulatory relationships. PLoS One, 2015, Vol. 10, no. 12, e0145386. doi: 10.1371/journal.pone.0145386.

22. Li J., Wang Y., Wang X., Yang Q. CDK1 and CDC20 overexpression in patients with colorectal cancer are associated with poor prognosis: evidence from integrated bioinformatics analysis. World J. Surg. Oncol., 2020, Vol. 18, no. 1, 50. doi: 10.1186/s12957-020-01817-8.

23. Love M.I., Huber W., Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol., 2014, Vol. 15, no. 12, 550. doi: 10.1186/s13059-014-0550-8.

24. Marini F., Finotello F. quantiseqr: Quantification of the Tumor Immune contexture from RNA-seq data. 2023. Available at: https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/quantiseqr.html.

25. Ogawa R., Yamamoto T., Hirai H., Hanada K., Kiyasu Y., Nishikawa G., Mizuno R., Inamoto S., Itatani Y., Sakai Y., Kawada K. Loss of SMAD4 promotes colorectal cancer progression by recruiting tumor-associated neutrophils via the CXCL1/8-CXCR2 Axis. Clin. Cancer Res., 2019, Vol. 25, no. 9, pp. 2887-2899. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-18-3684.

26. Pieniadz P., Piet M., Paduch R. Characteristics of the colorectal cancer microenvironment – role in cancer progression and therapeutic possibilities. Appl. Sci., 2024, Vol. 14, no. 7, 2930. doi: 10.3390/app14072930.

27. Rajtmajerová M., Trailin A., Liška V., Hemminki K., Ambrozkiewicz F. Long Non-Coding RNA and microRNA interplay in colorectal cancer and their effect on the tumor microenvironment. Cancers (Basel), 2022, Vol. 14, no. 21, 5450. doi: 10.3390/cancers14215450.

28. Razi S., Baradaran Noveiry B., Keshavarz-Fathi M., Rezaei N. IL-17 and colorectal cancer: From carcinogenesis to treatment. Cytokine, 2019, Vol. 116, pp. 7-12.

29. Rodriguez C., Araujo Furlan C.L., Tosello Boari J., Bossio S.N., Boccardo S., Fozzatti L., Canale F.P., Beccaria C.G., Nuñez N.G., Ceschin D.G., Piaggio E., Gruppi A., Montes C.L., Acosta Rodríguez E.V. Interleukin-17 signaling influences CD8+ T cell immunity and tumor progression according to the IL-17 receptor subunit expression pattern in cancer cells. Oncoimmunology, 2023, Vol. 12, no. 1, 2261326. doi: 10.1080/2162402X.2023.2261326.

30. Ru Y., Kechris K.J., Tabakoff B., Hoffman P., Radcliffe R.A., Bowler R., Mahaffey S, Rossi S, Calin G.A., Bemis L., Theodorescu D. The multiMiR R package and database: integration of microRNA-target interactions along with their disease and drug associations. Nucleic Acids Res., 2014, Vol. 42, no. 17, e133. doi: 10.1093/nar/gku631

31. Saeed H., Leibowitz B.J., Zhang L., Yu J. Targeting Myc-driven stress addiction in colorectal cancer. Drug Resist. Updat., 2023, Vol. 69, 100963. doi: 10.1016/j.drup.2023.100963.

32. Sawicki T., Ruszkowska M., Danielewicz A., Niedźwiedzka E., Arłu-kowicz T., Przybyłowicz K.E. A review of colorectal cancer in terms of epidemi-ology, risk factors, development, symptoms and diagnosis. Cancers (Basel), 2021, Vol. 13, no. 9, 2025. doi: 10.3390/cancers13092025.

33. Shah A.A., Kamal M.A., Akhtar S. Tumor Angiogenesis and VEGFR-2: Mechanism, pathways and current biological therapeutic interventions. Curr. Drug Metab., 2021, Vol. 22, no. 1, pp. 50-59.

34. Shannon P., Markiel A., Ozier O., Baliga N.S., Wang J.T., Ramage D., Amin N., Schwikowski B., Ideker T. Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks. Genome Res., 2003, Vol. 13, no. 11, pp. 2498-2504.

35. Shimabukuro-Vornhagen A., Schlößer H.A., Gryschok L., Malcher J., Wennhold K., Garcia-Marquez M., Herbold T., Neuhaus L.S., Becker H.J., Fiedler A., Scherwitz P., Koslowsky T., Hake R., Stippel D.L., Hölscher A.H., Eidt S., Hallek M., Theurich S., von Bergwelt-Baildon M.S. Characterization of tumor-associated B-cell subsets in patients with colorectal cancer. Oncotarget, 2014, Vol. 5, no. 13, pp. 4651-4664.

36. Sorrentino C., D’Antonio L., Fieni C., Ciummo S.L., Di Carlo E. Colorectal cancer-associated immune exhaustion involves T and B lymphocytes and conventional NK cells and correlates with a shorter overall survival. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 778329. doi: 10.3389/fimmu.2021.778329.

37. Sui G., Qiu Y., Yu H., Kong Q., Zhen B. Interleukin-17 promotes the development of cisplatin resistance in colorectal cancer. Oncol. Lett., 2019, Vol. 17, no. 1, pp. 944-950.

38. Sun Z., Li G., Shang D., Zhang J., Ai L., Liu M. Identification of microsatellite instability and immunerelated prognostic biomarkers in colon adenocarcinoma. Front. Immunol., 2022, Vol. 13, 988303. doi: 10.3389/fimmu.2022.988303

39. Talaat I.M., Elemam N.M., Zaher S., Saber-Ayad M. Checkpoint molecules on infiltrating immune cells in colorectal tumor microenvironment. Front. Med. (Lausanne), 2022, Vol. 9, 955599. doi: 10.3389/fmed.2022.955599.

40. Ulgen E., Ozisik O., Sezerman O.U. pathfindR: An R package for com-prehensive identification of enriched pathways in omics data through active subnetworks. Front. Genet., 2019, Vol. 10, 858. doi: 10.3389/fgene.2019.00858.

41. Wang Z., Ao X., Shen Z., Ao L., Wu X., Pu C., Guo W., Xing W., He M., Yuan H., Yu J., Li L., Xu X. TNF-α augments CXCL10/CXCR3 axis activity to induce Epithelial-Mesenchymal Transition in colon cancer cell. Int. J. Biol. Sci., 2021, Vol. 17, no. 11, pp. 2683-2702.

42. Wu T., Yang W., Sun A., Wei Z., Lin Q. The Role of CXC chemokines in cancer progression. Cancers (Basel), 2022, Vol. 15, no. 1, 167. doi: 10.3390/cancers15010167

43. Xiao Y, Freeman GJ. The microsatellite instable subset of colorectal cancer is a particularly good candidate for checkpoint blockade immunotherapy. Cancer Discov., 2015, Vol. 5, no. 1, pp. 16-18. doi: 10.1158/2159-8290.CD14-1397.

44. Xie S., Cai Y., Chen D., Xiang Y., Cai W., Mao J., Ye J. Single-cell tran-scriptome analysis reveals heterogeneity and convergence of the tumor microenvi-ronment in colorectal cancer. Front. Immunol., 2023, Vol. 13, 1003419. doi: 10.3389/fimmu.2022.1003419.

45. Zeng K., Li W., Wang Y., Zhang Z., Zhang L., Zhang W., Xing Y., Zhou C. Inhibition of CDK1 overcomes oxaliplatin resistance by regulating ACSL4-mediated ferroptosis in colorectal cancer. Adv. Sci. (Weinh.), 2023, Vol. 10, no. 25, e2301088. doi: 10.1002/advs.202301088.

46. Zhang P., Kawakami H., Liu W., Zeng X., Strebhardt K., Tao K., Huang S., Sinicrope F.A. Targeting CDK1 and MEK/ERK Overcomes Apoptotic Re-sistance in BRAF-mutant human colorectal cancer. Mol. Cancer Res., 2018, Vol. 16, no. 3, pp. 378-389.

47. Zhang J., Ji C., Li W., Mao Z., Shi Y., Shi H., Ji R., Qian H., Xu W., Zhang X. Tumor-educated neutrophils activate mesenchymal stem cells to promote gastric cancer growth and metastasis. Front. Cell Dev. Biol., 2020, Vol. 8, 788. doi: 10.3389/fcell.2020.00788.

48. Zhang X., Shi H., Yuan X., Jiang P., Qian H., Xu W. Tumor-derived exosomes induce N2 polarization of neutrophils to promote gastric cancer cell migration. Mol. Cancer, 2018, Vol. 17, no. 1, 146. doi: 10.1186/s12943-018-0898-6.

49. Zhang Y., Zhao Y., Li Q., Wang Y. Macrophages, as a promising strategy to targeted treatment for colorectal cancer metastasis in tumor immune microenvironment. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 685978. doi: 10.3389/fimmu.2021.685978.

50. Zheng Z., Wieder T., Mauerer B., Schäfer L., Kesselring R., Braumüller H. T cells in colorectal cancer: unravelling the function of different Т cell subsets in the tumor microenvironment. Int. J. Mol. Sci., 2023, Vol. 24, no. 14, 11673. doi: 10.3390/ijms241411673.

51. Zheng W., Wu J., Peng Y., Sun J., Cheng P., Huang Q. Tumor-associated neutrophils in colorectal cancer development, progression and immunotherapy. Cancers (Basel), 2022, Vol. 14, no. 19, 4755. doi: 10.3390/cancers14194755.

52. Zhuo C., Ruan Q., Zhao X., Shen Y., Lin R. CXCL1 promotes colon cancer progression through activation of NF-κB/P300 signaling pathway. Biol. Direct, 2022, Vol. 17, no.1, pp. 34. doi: 10.1186/s13062-022-00348-4.