vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2024-21-2-168-176vestim-969Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEМеханические свойства клеток рака молочной железы разных молекулярно-биологических подтипов в реакции с антителами против CD109 антигенаMechanical properties of breast cancer cells of different molecular biological subtypes in reaction with antibodies against CD109 antigenhttps://orcid.org/0000-0002-6365-3856ШкляроваА. Н.ShkliaravaN. М.

Шклярова Анастасия Николаевна – мл. науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Nastassia M. Shkliarava ‒ Junior Researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

nastenassa@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6812-753XЧелноковаИ. А.ChelnokovaI. А.

Челнокова Ирина Александровна – науч. сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, г. Гомель

Irina A. Chelnokova – Researcher

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

irenachelnokova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0896-5611НадыровЭ. А.NadyrovЕ. А.

Надыров Эльдар Аркадьевич – канд. мед. наук, доцент

ул. Ланге, 5, 246000, г. Гомель

Eldar A. Nadyrov – Ph. D. (Med.), Associate Professor

5, Lange Str., 246000, Gomel

nadyrov19621@gmail.comКрыловЮ. А.KrylovА. Yu.

Крылов Андрей Юрьевич – канд. мед. наук, доцент, заведующий кафедрой

пр-т Партизанский, 2/5-3, 220033, г. Минск

Andrey Yu. Krylov – Ph. D. (Med.), Associate Professor, Head of the Department

2/5-3, Partizanskii Ave., 220033, Minsk

andrei.krilou@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6956-9014СтародубцеваМ. Н.StarodubtsevaМ. N.

Стародубцева Мария Николаевна – д-р биол. наук, доцент

ул. Ланге, 5, 246000, г. Гомель

Maria N. Starodubtseva ‒ D. Sc. (Biol.), Associate Professor

4, Fedyuninski Str., 246007, Gomel

lmaria.n.starodubtseva@gmail.comИнститут радиобиологии НАН БеларусиInstitute of Radiobiology of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут радиобиологии НАН БеларусиInstitute of Radiobiology of the National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Republic of BelarusГомельский государственный медицинский университетGomel State Medical UniversityИнститут повышения квалификации и переподготовки кадров Государственного комитета судебных экспертиз Республики БеларусьState Forensic Examination Committee of the Republic of Belarus202427052024212168176Copyright © Шклярова А.Н., Челнокова И.А., Надыров Э.А., Крылов Ю.А., Стародубцева М.Н., 20242024Шклярова А.Н., Челнокова И.А., Надыров Э.А., Крылов Ю.А., Стародубцева М.Н.Shkliarava N.М., Chelnokova I.А., Nadyrov Е.А., Krylov А.Y., Starodubtseva М.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/969

Цитоскелет принимает участие в ключевых событиях в клетках при онкогенезе и реакции раковых клеток на терапевтические факторы. Состояние и структура актинового цитоскелета оказывают существенное влияние на механическое поведение раковых клеток, формируя основные черты их механического фенотипа.

С помощью методов атомно-силовой и флуоресцентной микроскопии нами изучены структура актинового цитоскелета и механические свойства клеток рака молочной железы разных молекулярно-биологических подтипов (гормон-чувствительного, линия ZR-75, и тройного негативного, линия BT-20) при взаимодействии клеток с антигеном CD109 ‒ ингибитором TGF-β-сигнального пути. Установлено, что использование антител для иммобилизации антигена CD109 вызывает значительные изменения пространственной организации актинового цитоскелета, жесткости и адгезионных свойств поверхности клеток обеих клеточных линий. Из-за различий в структуре актинового цитоскелета изменение параметров механических свойств клеток разных молекулярно-биологических подтипов рака и реализация механизмов TGF-β-сигнального пути в них при связывании с антителами против антигена CD109 происходит по-разному. Полученные данные открывают новые перспективы для разработки и оценки эффективности противораковых средств.

The cytoskeleton is a participant in key cell events in oncogenesis and the reaction of cancer cells to therapeutic factors. The state and structure of the actin cytoskeleton contributes significantly to the mechanical behavior of cancer cells, forming the main features of their mechanical phenotype.

In the work, using atomic-force microscopy and fluorescent microscopy, we studied the changes in the structure of the actin cytoskeleton and parameters of the mechanical properties of breast cancer cells of different molecular biological subtypes (hormone-sensitive, line ZR-75, and triple-negative, BT-20 line, subtypes) when cells interact with the CD109 antigen, a TGF-β signaling pathway inhibitor. The use of antibodies for immobilizing the CD109 antigen has been shown to cause significant changes in the spatial organization of the actin cytoskeleton, stiffness and adhesive properties of the cell surface of both cell lines. Because of differences in the structure of the actin cytoskeleton, changes in the mechanical properties of the cells of different molecular biological breast cancer subtypes and the implementation of the TGF-β signaling pathway in these cells when binding to antibodies against the CD109 antigen occur in different ways. The obtained data open new perspectives for the development and evaluation of the effectiveness of anticancer drugs.

клетки рака молочной железыклеточная линия BT-20клеточная линия ZR-75CD109механические свойстваатомно-силовая микроскопияактиновый цитоскелетbreast cancer cellsBT-20 cell lineZR-75 cell lineCD109mechanical propertiesatomic force microscopyactin cytoskeletonРабота выполнена при финансовой поддержке БРФФИ (проект № М22-048 от 04.05.2022 г.).The work was sponsored by the BRFFR (project No. M22-048 dated of 05.04.2022).ReferencesWorld Health Organization. Global Cancer Observatory [Electronic resource]. – Mode of access: https://gco.iarc.fr. – Date of access: 20.01.2024.World Health Organization. Global Cancer Observatory. Available at: https://gco.iarc.fr (accessed 20.01.2024).Клинический протокол «Алгоритмы диагностики и лечения злокачественных новообразований» [Электронный ресурс] // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь. – Режим доступа: https://minzdrav.gov.by/upload/dadvfiles/9660.pdf. – Дата доступа: 22.10.2023.Clinical protocol “Algorithms for the diagnosis and treatment of malignant neoplasms”. National legal Internet portal of the Republic of Belarus. Available at: https://minzdrav.gov.by/upload/dadvfiles/9660.pdf (accessed 22.10.2023) (in Russian).Lekka, M. Applicability of applicability of atomic force microscopy to determine cancer-related changes in cells / M. Lekka // Phil. Trans. R. Soc. A. ‒ 2022. ‒ Vol. 380, art. 20210346. https://doi.org/10.1098/rsta.2021.0346Lekka M. Applicability of applicability of atomic force microscopy to determine cancer-related changes in cells. Philosophical Transactions of the Royal Society, A, 2022, vol. 380, art. 20210346. https://doi.org/10.1098/rsta.2021.0346Samani, A. Elastic moduli of normal and pathological human breast tissues: An inversion-technique-based investigation of 169 samples / A. Samani, J. Zubovits, D. Plewes // Phys. Med. Biol. ‒ 2007. ‒ Vol. 52, N 6. ‒ P. 1565–1576. https://doi.org/10.1088/0031-9155/52/6/002Samani A., Zubovits J., Plewes D. Elastic moduli of normal and pathological human breast tissues: An inversiontechnique-based investigation of 169 samples. Physics in Medicine and Biology, 2007, vol. 52, no. 6, pp. 1565–1576. https:// doi.org/10.1088/0031-9155/52/6/002Mohammadalipour, A. Deformability of breast cancer cells in correlation with surface markers and cell rolling / A. Mohammadalipour, M. M. Burdick, D. F. J. Tees // FASEB J. ‒ 2018. ‒ Vol. 32, N 4. ‒ P. 1806–1817. https://doi.org/10.1096/fj.201700762RMohammadalipour A., Burdick M. M., Tees D. F. J. Deformability of breast cancer cells in correlation with surface markers and cell rolling. FASEB Journal, 2018, vol. 32, no. 4, pp. 1806–1817. https://doi.org/10.1096/fj.201700762RAn investigation of the viscoelastic properties and the actin cytoskeletal structure of triple negative breast cancer cells / J. Hu [et al.] // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. ‒ 2018. ‒ Vol. 86. ‒ P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2018.05.038Hu J., Zhou Y., Obayemi J. D., Du J., Soboyejo W. O. An investigation of the viscoelastic properties and the actin cytoskeletal structure of triple negative breast cancer cells. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2018, vol. 86, pp. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2018.05.038Biophysical properties of human breast cancer cells measured using silicon MEMS resonators and atomic force microscopy / E. A. Corbin [et al.] // Lab. Chip. ‒ 2015. ‒ Vol. 15, N 3. ‒ P. 839–847. https://doi.org/10.1039/c4lc01179aCorbin E. A., Kong F., Lim C. T., King W. P., Bashir R. Biophysical properties of human breast cancer cells measured using silicon MEMS resonators and atomic force microscopy. Lab on a Chip, 2015, vol. 15, no. 3, pp. 839–847. https://doi.org/10.1039/c4lc01179aMechanical properties and nanomotion of BT-20 and ZR-75 breast cancer cells studied by atomic force microscopy and optical nanomotion detection method / M. N. Starodubtseva [et al.] // Cells. ‒ 2023. ‒ Vol. 12, N 19, art. 2362. https://doi.org/10.3390/cells12192362Starodubtseva M. N., Shkliarava N. M., Chelnokova I. A., Villalba M. I., Krylov A. Y., Nadyrov E. A., Kasas S. Mechanical properties and nanomotion of BT-20 and ZR-75 breast cancer cells studied by atomic force microscopy and optical nanomotion detection method. Cells, 2023, vol. 12, no. 19, art. 2362. https://doi.org/10.3390/cells12192362Cytoskeletal dynamics in epithelial-mesenchymal transition: insights into therapeutic targets for cancer metastasis / A. Datta [et al.] // Cancers (Basel). ‒ 2021. ‒ Vol. 13, N 8, art. 1882. https://doi.org/10.3390/cancers13081882Datta A., Deng S., Gopal V., Yap K. C., Halim C. E., Lye M. L. [et al.]. Cytoskeletal dynamics in epithelial-mesenchymal transition: insights into therapeutic targets for cancer metastasis. Cancers (Basel), 2021, vol. 13, no. 8, art. 1882. https://doi.org/10.3390/cancers13081882Koh, H. Usefulness of CD109 expression as a prognostic biomarker in patients with cancer: A systematic review and meta-analysis / H. M. Koh, H. J. Lee, D. C. Kim // Medicine (Baltimore). – 2021. – Vol. 100, N 11, art. e25006. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000025006Koh H. M., Lee H. J., Kim D. C. Usefulness of CD109 expression as a prognostic biomarker in patients with cancer: A systematic review and meta-analysis. Medicine (Baltimore), 2021, vol. 100, no. 11, art. e25006. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000025006CD109 is a potential target for triple-negative breast cancer / J. Tao [et al.] // Tumor Biol. ‒ 2014. ‒ Vol. 35, N 12. ‒ P. 12083‒12090. https://doi.org/10.1007/s13277-014-2509-5Tao J., Li H., Li Q., Yang Y. CD109 is a potential target for triple-negative breast cancer. Tumor Biology, 2014, vol. 35, no. 12, pp. 12083‒12090. https://doi.org/10.1007/s13277-014-2509-5Breast cancer cell line classification and its relevance with breast tumor subtyping / X. Dai [et al.] // J. Cancer. ‒ 2017. ‒ Vol. 8, N 16. ‒ P. 3131–3141. https://doi.org/10.7150/jca.18457Dai X., Cheng H., Bai Z., Li J. Breast cancer cell line classification and its relevance with breast tumor subtyping. Journal of Cancer, 2017, vol. 8, no. 16, pp. 3131–3141. https://doi.org/10.7150/jca.18457Bahadori, M. New insights into connection of nucleolar functions and cancer / M. Bahadori // Tanaffos. ‒ 2019. ‒ Vol. 18, N 3. ‒ P. 173‒179.Bahadori M. New insights into connection of nucleolar functions and cancer. Tanaffos, 2019, vol. 18, no. 3, pp. 173‒179.Transforming growth factor-beta (TGF-β) signaling in cancer-A betrayal within / A. B. Baba [et al.] // Front Pharmacol. ‒ 2022. ‒ Vol. 13, art. 791272. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.791272Baba A. B., Rah B., Bhat G. R., Mushtaq I., Parveen S., Hassan R., Hameed Zargar M., Afroze D. Transforming growth factor-beta (TGF-β) signaling in cancer-A betrayal within. Frontiers in Pharmacology, 2022, vol. 13, art. 791272. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.791272

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