Radiation-induced plasticity of prostate cancer cells

Abstract

Resistance of various cancers to conventional therapies including radio- and chemo- therapy is one of the most investigated phenomena in the molecular and clinical oncology. Recurrent disease is characterized by the presence of metastases, which are responsible for 90% of cancer-related mortality. Fractionated ionizing radiation (fIR) combined with surgery or hormone therapy represent the first-choice treatment for medium to high risk localized prostate carcinoma (PCa). In PCa, the failure of radiotherapy (RT) is often caused by radioresistance and further dissemination of escaping (surviving) cells. To investigate the radioresistance-associated phenotype, we exposed four metastasis- derived human PCa cell lines (DU145, PC-3, LNCaP, and 22RV1) to clinically relevant daily fractions of ionizing radiation (fIR; 35 doses of 2 Gy) resulting in generation of two surviving populations: adherent senescent-like cells expressing common senescence-associated markers and non-adherent anoikis-resistant stem cell-like cells with active Notch signaling and expression of stem cell markers CD133, Oct-4, Sox2, and Nanog. While the radioresistant adherent cells were capable to resume proliferation shortly after the end of irradiation, the non- adherent cells started to proliferate only after their reattachment...

Rezistence různých typů nádorů ke konvenční léčbě radiací nebo chemoterapeutiky patří mezi nejčastěji zkoumané fenomény v oblasti molekulární a klinické onkologie. Pro rekurentní onemocnění je charakteristická přítomnost metastáz, které jsou v 90% odpovědné za úmrtí pacientů. Frakcionované ionizující záření (fIR; fractionated ionizing radiation) v kombinaci s chirurgickým odstraněním nádoru nebo hormonální terapií představuje nejčastější typ léčby v případě lokalizovaného nebo lokálně pokročilého karcinomu prostaty (KP). Hlavní příčinou neúspěchu radioterapie KP je radiorezistence s následnou diseminací přeživších buněk do okolních tkání. Ve snaze lépe pochopit fenotyp buněk asociovaný s radiorezistencí jsme vystavili čtyři buněčné linie KP derivované z metastáz (DU145, PC-3, LNCaP a 22RV1) klinicky relevantním, denně se opakujícím dávkám ionizujícího záření (fIR; 35 x 2 Gy), což mělo za následek vznik dvou přeživších buněčných populací - adherentních buněk vykazujících známky senescence včetně exprese markerů asociovaných se senescencí a neadherentních buněk rezistentních k anoikis, s rysy kmenových buněk, včetně aktivní sinalizace Notch a exprese kmenových znaků CD133, Oct-4, Sox2 a Nanog. Zatímco radiorezistentní adherentní buňky byly schopné obnovit proliferaci krátce po skončení ozařování,...