Radiation biology. RadioecologyRadiation biology. RadioecologyРадиационная биология. Радиоэкология0869-80313034-5898The Russian Academy of Sciences68118710.31857/S0869803124060042NDIKVNРАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ ОПУХОЛЕЙResearch ArticleEnhanced thermo-radiosensitization of tumor cells through suppression of the transcriptional stress rasponse by inhibiting HSF1 activity or expressionУсиленная термо-радиосенсибилизация опухолевых клеток через подавление транскрипционного стресс-ответа ингибированием активности или экспрессии HSF1https://orcid.org/0000-0003-1041-1543KabakovAlexander E.КабаковАлександр Евгеньевич
Russian Federation
aekabakov@hotmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-7667-6301MosinaVera A.МосинаВера Алексеевна
Russian Federation
mva210@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4391-6321KhokhlovaAnna V.ХохловаАнна Вячеславона
Russian Federation
demidkina@yandex.ruIvanovSergey A.ИвановСергей Анатольевич
Russian Federation
aekabakov@hotmail.comKaprinAndrey D.КапринАндрей Дмитриевич
Russian Federation
aekabakov@hotmail.comMedical Radiological Research Center of the Federal State Budgetary Institution of National Medical Research Center for Radiology of the Ministry of Health of the Russian FederationМедицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба – филиал “НМИЦ радиологии” Минздрава России2012202464659660429052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-8031/article/view/681187

Hyperthermia is used in combination with radiation therapy to enhance the radiation response of the target tumor. However, heating of cancer cells activates the HSF1 transcription factor in them and stimulates the HSF1-dependent induction of heat shock proteins (HSPs), which can significantly impair the antitumor effects of hyperthermia and radiation exposure. The aim of this study was to examine the possibility of enhancing the radiosensitizing effect of hyperthermia on cancer cells by suppressing the HSF1-mediated HSP induction in them. The object of the study were HeLa cells derived from a malignant tumor of the human cervix. Before irradiation (2–7 Gy), cells were subjected to heat stress (42°–44°C for 20–60 min) without or in the presence of HSF1 transcriptional activity inhibitors (quercetin, triptolide, KRIBB11). In certain cell samples, HSF1 expression was preliminarily knocked down using small interfering RNAs. Cell death and survival was assessed by the levels of apoptosis/necrosis and clonogenic ability. Expression of HSF1 and HSP was analyzed by immunoblotting. It was found that, compared with the radiosensitizing effects of hyperthermia alone, the combined treatment (HSF1 activity inhibition or HSF1 knockdown + heating) significantly increased the thermo-radiosensitization of cancer cells; this was manifested in the intensification of their post-radiation death (apoptosis + necrosis), as well as in a decrease in clonogenicity. This enhancement of thermo-radiosensitization was observed under the HSP induction blockade. Thus, the combination of hyperthermia with inhibitors of HSF1 activity or expression can effectively sensitize thermoresistant and radioresistant tumors to radiation therapy.

Гипертермия применяется в комбинации с лучевой терапией для усиления радиационного ответа опухоли-мишени. Однако прогревание раковых клеток активирует в них транскрипционный фактор HSF1 и стимулирует HSF1-зависимую индукцию белков теплового шока (БТШ), которые могут существенно ослаблять противоопухолевые эффекты гипертермии и облучения. Целью данного исследования было проверить возможность усиления радиосенсибилизирующего действия гипертермии на раковые клетки путем подавления в них HSF1-опосредованной индукции БТШ. Объектом исследования были клетки HeLa, происходящие из злокачественной опухоли шейки матки человека. Перед облучением (2–7 Гр) клетки подвергали тепловому стрессу (42–44°С в течение 20–60 мин) без или в присутствии ингибиторов транскрипционной активности HSF1 (кверцетин, триптолид, KRIBB11). В отдельных образцах клеток предварительно вызывали нокдаун экспрессии HSF1 с использованием малых интерферирующих РНК. Гибель и выживание клеток оценивали по уровню апоптоза/некроза и по клоногенной способности. Экспрессию HSF1 и БТШ анализировали с помощью иммуноблоттинга. Было обнаружено, что по сравнению с радиосенсибилизирующими эффектами одной гипертермии, сочетанное воздействие (ингибирование активности HSF1 или нокдаун HSF1 + прогрев) значительно усиливало термо-радиосенсибилизацию раковых клеток; это проявлялось в интенсификации их пострадиационной гибели (апоптоз + некроз), а также в снижении клоногенности. Это усиление термо-радиосенсибилизации наблюдалось на фоне блокады индукции БТШ. Таким образом, комбинация гипертермии с ингибиторами активности или экспрессии HSF1 может эффективно сенсибилизировать терморезистентные и радиорезистентные опухоли к лучевой терапии.

cervical cancertranscription factorheat shock proteinhyperthermiasmall interfering RNAsradioresistanceцервикальный рактранскрипционный факторбелок теплового шокагипертермиямалые интерферирующие РНКрадиорезистентностьМкртчян Л.С., Замулаева И.А., Киселева В.И., Титова В.А., Крикунова Л.И. Рак шейки матки: химиолучевая терапия и прогностическая роль вируса папилломы человека. Под ред. С.А. Иванова и А.Д. Каприна. М.: ГЕОС, 2022. 190 с. [Mkrtchjan L.S., Zamulaeva I.A., Kiseleva V.I., Titova V.A., Krikunova L.I. Rak shejki matki: himioluchevaja terapija i prognosticheskaja rol’ virusa papillomy cheloveka. Рod red. S.A. Ivanova i A.D. Kaprina). Moskva: GEOS, 2022. 190 p. (In Russ)].Bhatla N., Aoki D., Sharma D.N., Sankaranarayanan R. FIGO Cancer Report 2018 Cancer of the cervix uteri. Int. J. Gynecol. Obstet. 2018;143(2):22–36.Datta N.R., Ordonez S.G., Gaipl U.S. et al. Local hyperthermia combined with radiotherapy and-/or chemotherapy: recent advances and promises for the future. Cancer Treat. Rev. 2015;41(9):742–753.Kokura S., Yoshikawa T., Ohnishi T. Hyperthermic oncology from bench to bedside. Springer, 2016. 444 p.Кудрявцев В.А., Макарова Ю.М., Кабаков А.Е. Термосенсибилизация опухолевых клеток ингибиторами активности и экспрессии шаперонов. Биомед. химия. 2012;58(6):662-672. [Kudryavtsev V.A., Makarova Yu.M., Kabakov A.E. Thermosensitization of tumor cells with inhibitors of chaperone activity and expression. Biochemistry (Moscow), Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2012;6(1): 61–67. (In Russ)]Кабаков А.Е., Анохин Ю.Н., Лебедева Т.В. Реакции нормальных и опухолевых клеток и тканей на гипертермию в сочетании с ионизирующей радиацией. Обзор. Радиация и риск. 2018;27(4):141-154. [Kabakov A.E., Anokhin Yu.N., Lebedeva T.V. Reactions of normal and tumor cells and tissues to hyperthermia in combination with ionizing radiation. review. Radiation and risk. 2018;27(4):141–154. (In Russ)]. DOI: 10.21870/0131-3878-2018-27-4-141-154.Кабаков А.Е., Кудрявцев В.А., Хохлова А.В. и др. Апоптоз в опухолевых клетках, подвергнутых сочетанному действию гипертермии и облучения: исследование молекулярных механизмов и мишеней. Радиация и риск. 2018;27(2):62-75. [Kabakov A.E., Kudryavtsev V.A., Khokhlova A.V. et al. Apoptosis in tumor cells subjected to the combined action of hyperthermia and irradiation: a study of the molecular mechanisms and targets. Radiation and risk. 2018;27(2):62–75. (In Russ)]. DOI: 10.21870/0131-3878-2018-27-2-62-75.Rossi A., Ciafre S., Balsamo M. et al. Targeting the heat shock factor 1 by RNA interference: a potent tool to enhance hyperthermochemotherapy efficacy in cervical cancer. Cancer Res. 2006;66(15):7678-7685. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-05-4282.Hosokawa N., Hirayoshi K., Kudo H. et al. Inhibition of the activation of heat shock factor in vivo and in vitro by flavonoids. Mol. Cell. Biol. 1992;12(8):3490–3498.Westerheide S.D., Kawahara T.L.A., Orton K. et al. Triptolide, an inhibitor of the human heat shock response that enhances stress-induced cell death. J. Biol. Chem. 2006;281(14):9616–9622.Yoon Y.J., Kim J.A., Shin K.D. et al. KRIBB11 inhibits HSP70 synthesis through inhibition of heat shock factor 1 function by impairing the recruitment of positive transcription elongation factor b to the hsp70 promoter. J. Biol. Chem. 2011;286(3):1737–1747.Zaarur N., Gabai V.L., Porco Jr. J.A. et al. Targeting heat shock response to sensitize cancer cells to proteasome and Hsp90 inhibitors. Cancer Res. 2006;66(3): 1783–1791. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-05-3692.Kudryavtsev V.A., Khokhlova A.V., Mosina V.A. et al. Induction of Hsp70 in tumor cells treated with inhibitors of the Hsp90 activity: A predictive marker and promising target for radiosensitization. PLoS One. 2017;2(3):e0173640. DOI: 10.1371/journal.pone.0173640. eCollection 2017.Kabakov A.E., Gabai V.L. Cell death and survival assays. Methods Mol. Biol. 2018;1709:107–127.Kabakov A.E., Malyutina Ya.V., Latchman D.S. Hsf1-mediated stress response can transiently enhance cellular radioresistance. Radiat. Res. 2006;165(4):410–423. DOI: 10.1667/rr3514.1.Малютина Я.В., Кабаков А.Е. Предрадиационная индукция белков теплового шока повышает клеточную радиорезистентность. Радиац. биология. Радиоэкология. 2007;47(3): 273-279. [Malyutina Ja.V., Kabakov A.E. Predradiatsionnaja induktsija belkov teplovogo shoka povyshaet kletochnuju radiorezistentnost. Radiats. Biol. Radioecol. 2007;47(3): 273–279. (In Russ)].Якимова А.О., Кабаков А.Е. Высокая термочувствительность клеток MDA-MB-231 как предпосылка для терморадиосенсибилизации трижды негативного рака молочной железы в клинической практике. Радиац. биология. Радиоэкология. 2023;63(1):273-279. [Yakimova A.O., Kabakov A.E. High thermosensitivity of MDA-MB-231 cells as a basis for thermoradiosensitization of triple negative breast cancer in clinical practice. Radiats. Biol. Radioecol.2023;63(1):273–279. (In Russ)]. DOI: 10.31857/S0869803123010113