Evaluation of the effect of ionizing radiation on the viability of prostate cancer cells under NEK2 gene knockdown
- Authors: Kazanchyan R.O., Golovinov I.V.1, Kaplieva I.V.2, Galina A.V.2, Khodakova D.V.2, Shulga A.A.2, Gurova S.V.2, Shevchenko A.N.1, Vorobyova A.V.1, Vlasov S.N.1, Vlasov S.G.1
-
Affiliations:
- National Medical Research Centre for Oncology
- Rostov Research Institute of Oncology
- Section: Original study articles
- URL: https://innoscience.ru/2500-1388/article/view/702620
- DOI: https://doi.org/10.35693/SIM702620
- ID: 702620
Cite item
Full Text
Abstract
Aim – to evaluate the antitumor effect of ionizing radiation on non-transfected and transfected (with NEK2 gene knockdown) prostate cancer cell lines by analyzing their viability in vitro.
Material and methods. The study was performed using human prostate cancer cell lines PC-3 and DU145, as well as a primary culture of tumor cells (PCa-PC) obtained from a patient with acinar prostate adenocarcinoma (Gleason score 7: 4+3). NEK2 gene knockdown was achieved by RNA interference using miRNA. Irradiation was carried out using a Theratron Equinox unit as a single dose of 6 Gy 48 h after transfection. Cell viability was assessed 24 h later by trypan blue staining. Results were expressed as percentages (M±SD). Radiosensitization was evaluated using the enhancement index (EI). Statistical analysis was performed using two-way analysis of variance (ANOVA) with Holm correction; a p<0.05 was considered statistically significant.
Results. Irradiation without NEK2 knockdown caused a moderate decrease in cell viability in PC-3 and PCa-PC cells, whereas no statistically significant effect was observed in the DU145 cell line. NEK2 knockdown alone resulted in a pronounced reduction in cell viability in all studied cell lines (p<0.0001). Combined treatment with ionizing radiation and NEK2 knockdown produced the maximum cytotoxic effect, reducing cell viability by more than threefold compared with control. EI values exceeded 1 and ranged from 2.5 to 3.7 depending on the cell line.
Conclusion. Suppression of NEK2 gene expression significantly reduces the viability of prostate cancer cells and increases their radiosensitivity, suggesting NEK2 as a promising molecular target for radiosensitization. The obtained results require further validation in in vivo models.
Full Text
Введение
Рак предстательной железы (РПЖ) относится к числу наиболее распространённых злокачественных опухолей у мужчин и остаётся одной из ведущих причин онкологической смертности во всём мире [1]. Несмотря на существенный прогресс в методах ранней диагностики и развитии терапевтических подходов, лечение данного заболевания по-прежнему сопряжено с рядом трудностей, прежде всего вследствие формирования устойчивости опухолевых клеток к стандартным видам терапии. В связи с этим особую значимость приобретает изучение клеточных и молекулярных механизмов, определяющих чувствительность опухоли к лечебным воздействиям. Экспериментальные исследования in vitro с использованием клеточных линий РПЖ представляют собой важную модельную систему, позволяющую анализировать клеточные ответы на противоопухолевые факторы и выявлять перспективные молекулярные мишени для повышения эффективности терапии [2].
Ионизирующее излучение является одним из базовых компонентов лечения РПЖ и широко применяется как в качестве самостоятельного метода, так и в составе комбинированных схем после хирургического вмешательства. Его противоопухолевый эффект обусловлен главным образом индукцией повреждений ДНК, в первую очередь двуцепочечных разрывов, что приводит к остановке клеточного цикла и активации механизмов программируемой клеточной гибели. Однако клиническая результативность лучевой терапии нередко ограничивается развитием радиорезистентности опухолевых клеток и риском поражения окружающих здоровых тканей. Эти обстоятельства подчёркивают необходимость поиска молекулярных факторов, регулирующих радиочувствительность, а также разработки подходов, способных избирательно усиливать эффект облучения в опухолевых клетках при минимальных побочных воздействиях [3].
Одним из потенциально значимых регуляторов таких процессов является серин/треониновая киназа NEK2 (NIMA-related kinase 2), играющая ключевую роль в контроле клеточного цикла, разделении центросом и протекании митоза. Поддержание строго регулируемой активности NEK2 необходимо для сохранения геномной стабильности. В последние годы накоплено значительное количество данных, указывающих на аномально высокую экспрессию данной киназы при различных типах злокачественных опухолей, включая РПЖ. Дисрегуляция NEK2 ассоциирована с усилением пролиферативной активности, повышением выживаемости клеток, хромосомной нестабильностью и формированием устойчивости к противоопухолевой терапии. Эти свойства позволяют рассматривать NEK2 как фактор, способствующий агрессивному фенотипу опухолевых клеток и прогрессированию заболевания [4].
В этой связи воздействие на NEK2 рассматривается как перспективная стратегия, направленная на подавление опухолевого роста и потенциальное повышение эффективности стандартных методов лечения, в том числе ионизирующего излучения. Современные методы подавления экспрессии генов, такие как малые интерферирующие РНК (миРНК) и короткие шпилечные РНК (кшРНК), широко применяются в экспериментальной онкологии для функционального анализа генов и валидации молекулярных мишеней. Избирательное снижение уровня экспрессии конкретных генов позволяет оценить их вклад в регуляцию процессов пролиферации, выживания и формирования ответа на терапевтическое воздействие. Функциональное ингибирование NEK2, учитывая её участие в контроле митотического цикла и механизмах поддержания геномной стабильности, может оказывать существенное влияние на чувствительность опухолевых клеток к повреждающим агентам, включая ионизирующее излучение [5].
Особый интерес представляет анализ жизнеспособности клеток как интегрального показателя, отражающего совокупный эффект повреждений ДНК, нарушений регуляции клеточного цикла и активации путей клеточной гибели. Изменение этого параметра позволяет судить о степени чувствительности клеток к терапии и эффективности выбранных молекулярных мишеней. В контексте комбинированного воздействия ионизирующего излучения и нокдауна гена NEK2 жизнеспособность клеток может служить важным критерием оценки потенциала усиления противоопухолевого эффекта лучевой терапии. Изучение роли NEK2 в формировании такого ответа имеет существенное значение для разработки более эффективных и селективных подходов к лечению РПЖ [5].
Цель
Оценить противоопухолевое действие ионизирующего излучения на нетрансфицированные и трансфицированные (с нокдауном гена NEK2) клеточные линии РПЖ путём анализа их жизнеспособности in vitro.
Материалы и методы
В исследовании использовали две иммортализованные клеточные линии РПЖ человека PC-3 и DU145, а также первичную культуру клеток РПЖ (PCa-PC), полученную от пациента с ацинарной аденокарциномой предстательной железы (Gleason 7: 4+3) и охарактеризованную в предыдущем исследовании [6]. Клетки культивировали в среде DMEM (Servicebio, Китай), дополненной 10 % эмбриональной бычьей сыворотки (FBS; Himedia, Индия), 100 ЕД/мл пенициллина и 100 мкг/мл стрептомицина (ПанЭко, Россия), во влажной атмосфере при температуре 37 °C и содержании CO2 5 % в инкубаторе 8000 W (Thermo Fisher Scientific, США). Все клеточные линии прошли верификацию подлинности посредством STR-анализа с применением коммерческого набора COrDIS Plus (Гордиз, Россия), а также тестирование на отсутствие микоплазменной контаминации методом ПЦР (Servicebio, Китай). Замену культуральной среды осуществляли каждые 2–3 суток, пересев клеток проводили при достижении 70–80 % конфлюэнтности.
Подавление экспрессии гена NEK2 осуществляли методом РНК-интерференции с использованием миРНК, направленных против транскрипта NEK2 (RefSeq: NM_002497.4). Последовательности миРНК включали смысловую цепь 5′-UAGUAACGAACGAUGUUUGGA-3′ и антисмысловую цепь 5′-CAAACAUCGUUCGUUACUAUG-3′. В качестве отрицательного контроля использовали неспецифическую миРНК (NC-siRNA), не имеющую гомологии с геномом человека, что позволяло исключить неспецифические эффекты, связанные с присутствием двуцепочечной РНК, активацией врождённого иммунного ответа и off-target-воздействиями процедуры РНК-интерференции. Трансфекцию проводили с применением реагента Lipofectamine RNAiMAX (Invitrogen, США) в соответствии с протоколом производителя. Для всех экспериментов использовали концентрацию миРНК 50 нМ, ранее установленную как оптимальную и обеспечивающую максимальный и воспроизводимый нокдаун экспрессии гена NEK2 [6].
Клетки высевали в культуральные планшеты за 24 часа до трансфекции таким образом, чтобы их конфлюэнтность к моменту обработки составляла 70–80 %. После инкубации с трансфекционными комплексами культуральную среду заменяли на свежую полную среду, после чего клетки продолжали культивировать в стандартных условиях при температуре 37 °C и содержании CO2 5 %. Для выравнивания экспериментальных условий все группы, включая контрольные, подвергались идентичным манипуляциям; в качестве контролей использовали как клетки, обработанные только трансфекционным реагентом, так и клетки, трансфицированные неспецифической миРНК (NC-siRNA).
Эффективность нокдауна гена NEK2 оценивали в отдельной серии экспериментов методом количественной ОТ-ПЦР, как было подробно описано в предыдущей работе, выполненной на тех же клеточных линиях и с использованием идентичных условий трансфекции. Было показано, что максимальное подавление экспрессии гена NEK2 на уровне мРНК во всех исследованных моделях достигается через 48 часов после трансфекции миРНК, что послужило основанием для выбора данного временного интервала перед облучением в настоящем исследовании [6].
Ионизирующее излучение проводили на аппарате Theratron Equinox (Best Theratronics, Канада). Облучение осуществляли однократно в дозе 6 Гр. Данная доза была выбрана на основании литературных данных как оптимальная для in vitro-моделей РПЖ, поскольку она индуцирует воспроизводимое и статистически значимое снижение жизнеспособности клеток PC-3 и DU145 за счёт активации апоптоза и некроза, не приводя при этом к тотальной гибели клеточной популяции. Это делает данную дозу подходящей для оценки радиочувствительности и потенциальных эффектов радиосенсибилизации. Перед облучением культуральную среду не удаляли, а после завершения процедуры клетки немедленно возвращали в стандартные условия культивирования (37 °C, 5 % CO2) для последующей инкубации [7].
В группах с нокдауном NEK2 клетки подвергали облучению через 48 часов после трансфекции миРНК, что соответствовало временному интервалу максимального подавления экспрессии гена NEK2. Для синхронизации условий эксперимента все остальные группы выдерживали в культуре в течение аналогичного временного интервала, а контрольные необлучённые клетки подвергались тем же манипуляциям, включая транспортировку и размещение в камере облучения, за исключением включения источника ионизирующего излучения (sham-облучение).
Для каждой клеточной линии формировали экспериментальные варианты, включающие клетки без нокдауна NEK2 и без облучения, клетки без нокдауна NEK2, подвергнутые ионизирующему излучению, клетки с нокдауном гена NEK2 без облучения, клетки с нокдауном гена NEK2, подвергнутые ионизирующему излучению, а также соответствующие группы с использованием NC-siRNA. Оценку жизнеспособности клеток во всех экспериментальных группах проводили через 24 часа после облучения, при этом суммарное время культивирования от момента высева до анализа было одинаковым для всех вариантов эксперимента. Каждый эксперимент выполняли в трёхкратной биологической и технической повторности.
Жизнеспособность клеток определяли общепринятым методом окрашивания трипановым синим, основанным на оценке целостности клеточных мембран. Клетки собирали, ресуспендировали в 0,4 % растворе трипанового синего в соотношении 1:1 и проводили подсчёт в камере Горяева под инвертированным микроскопом DM IL LED (Leica, Германия). Жизнеспособность клеток оценивали по доле живых клеток, не окрашенных трипановым синим, от общего числа подсчитанных клеток; мёртвые клетки определяли по наличию синего окрашивания. Результаты выражали в процентах.
Для количественной оценки радиосенсибилизирующего эффекта нокдауна гена NEK2 рассчитывали индекс усиления (Enhancement Index, EI). На основании процента жизнеспособных клеток определяли цитотоксический эффект как долю погибших клеток:
\( E = 1 - \frac{V}{100} \)
где V — процент жизнеспособных клеток.
Индекс усиления рассчитывали с коррекцией на самостоятельный цитотоксический эффект нокдауна для изолированной оценки влияния на радиочувствительность:
\( \mathrm{EI} = \frac{E_{\mathrm{KD+IR}} - E_{\mathrm{KD}}}{E_{\mathrm{IR}}} \)
где EIR — эффект облучения без нокдауна, EKD — эффект нокдауна без облучения, EKD+IR — эффект комбинированного воздействия.
Значения EI>1 интерпретировали как проявление радиосенсибилизации, EI=1 — как отсутствие влияния нокдауна на радиочувствительность, EI<1 — как антагонизм (ослабление эффекта облучения). В отличие от классического Combination Index (CI) Chou-Talalay, данный EI не требует построения дозо-эффектных кривых и используется как прикладная метрика радиосенсибилизации при одной фиксированной дозе облучения [8].
Статистическую обработку данных проводили с использованием программной среды R (версия 4.4.2), а результаты представляли в виде среднего значения и стандартного отклонения (M±SD). Нормальность распределения оценивали с применением критерия Шапиро–Уилка, а гомогенность дисперсий проверяли с помощью теста Левена. Несмотря на умеренное нарушение гомогенности дисперсий (тест Левена, p<0,05), при соблюдении нормальности (p>0,05) и сбалансированном дизайне эксперимента (равные размеры групп, n=9) применяли параметрический двухфакторный дисперсионный анализ (двухфакторная ANOVA, Type III) с факторами «наличие нокдауна гена NEK2» и «воздействие ионизирующего излучения». Робастность подхода к умеренному нарушению гомогенности обеспечивалась равенством размеров групп, что согласно литературным данным сохраняет контроль ошибки I рода даже при отношении дисперсий до 20:1 [9].
При выявлении значимого взаимодействия факторов (p<0,05) выполняли анализ простых эффектов: оценивали влияние ионизирующего излучения отдельно в группах с нокдауном и без него, а также эффект нокдауна NEK2 отдельно в условиях облучения и без облучения. Все попарные сравнения (включая сравнения между четырьмя экспериментальными группами и анализ простых эффектов) проводили в рамках единой параметрической модели с использованием метода оценённых предельных средних (estimated marginal means, emmeans). Коррекцию уровня значимости при множественных сравнениях осуществляли по методу Холма. Статистически значимыми считали различия при уровне p<0,05.
Результаты исследования
Ионизирующее излучение оказывало различное по выраженности цитотоксическое действие на нетрансфицированные клетки исследованных линий. В линии PC-3 жизнеспособность снижалась с 97,5±1,51% в необлучённом контроле до 92,6±4,03% после облучения (p=0,0209). В линии PCa-PC аналогичный эффект был более выраженным: жизнеспособность уменьшалась с 97,2±1,93% до 91,8±6,35% (p=0,0397). В линии DU145 влияние облучения на нетрансфицированные клетки было минимальным и статистически недостоверным: 97,0±1,35% без облучения и 95,5±3,75% после облучения (p=0,5454), что указывает на относительную радиорезистентность данной линии в используемых условиях. Таким образом, радиочувствительность исходных клеток варьировала между линиями и была наиболее выражена для PC-3 и PCa-PC (рис. 1).
Рис. 1. Влияние нокдауна гена NEK2 и ионизирующего излучения на жизнеспособность клеток РПЖ. A — линия PC-3; Б — линия DU145; В — первичная культура PCa-PC.
По оси ординат — жизнеспособность клеток (%), по оси абсцисс — экспериментальные группы: контроль; клетки с нокдауном гена NEK2; облучение; комбинация нокдауна гена NEK2 и облучения. Столбцы отражают средние значения жизнеспособности клеток, рассчитанные как доля живых клеток от общего числа, ± стандартное отклонение (M±SD). Горизонтальные линии над столбцами обозначают статистически значимые различия между соответствующими группами. Уровни статистической значимости: * — p<0,05; *** — p<0,001.
Fig. 1. Effect of NEK2 gene knockdown and ionizing radiation on the viability of prostate cancer cells.
A — PC-3 cell line; B — DU145 cell line; C — primary PCa-PC culture.
The y-axis shows cell viability (%), the x-axis indicates experimental groups: control; NEK2 knockdown; irradiation; combined NEK2 knockdown and irradiation. Bars represent mean cell viability values calculated as the proportion of viable cells relative to the total cell number ± standard deviation (M±SD). Horizontal lines above the bars indicate statistically significant differences between the corresponding groups. Levels of statistical significance: * — p<0.05; *** — p<0.001.
Самостоятельный эффект нокдауна NEK2 оценивали в условиях отсутствия ионизирующего излучения. Во всех трёх линиях подавление экспрессии NEK2 вызывало резкое и высокодостоверное снижение жизнеспособности клеток. В линии PC-3 показатель уменьшался до 45,4±5,51% (p<0,0001), в линии DU145 — до 43,0±6,57% (p<0,0001), а в линии PCa-PC — до 44,8±6,4% (p<0,0001). Во всех случаях наблюдалось уменьшение показателя в 2,15–2,3 раза, сопровождавшееся выраженным ростом доли мёртвых клеток. Эти данные указывают на критическую роль NEK2 в поддержании жизнеспособности клеток РПЖ независимо от радиационного воздействия.
Трансфекция неспецифической миРНК (NC-siRNA) не приводила к статистически значимым изменениям жизнеспособности по сравнению с контролем как в необлучённых, так и в облучённых условиях (p>0,05), что свидетельствует об отсутствии неспецифических цитотоксических эффектов процедуры РНК-интерференции.
Для всех исследованных линий выявлено статистически значимое взаимодействие факторов «облучение» и «нокдаун NEK2» (PC-3: p = 1,15×10−7; DU145: p = 1,7×10−4; PCa-PC: p = 2,9×10−4), что указывает на неаддитивный характер их совместного действия и предполагает наличие эффекта радиосенсибилизации при подавлении NEK2.
Комбинированное воздействие миРНК против NEK2 и ионизирующего излучения приводило к максимальному снижению жизнеспособности во всех линиях.
В PC-3 жизнеспособность в комбинированной группе составила 21,1±5,0 %, что было существенно ниже, чем в контроле, группах только облучения и только нокдауна (попарные сравнения: p<0,0001), что указывает на выраженную радиосенсибилизацию. В линии DU145, несмотря на отсутствие значимого эффекта от одного облучения, добавление радиационного воздействия к нокдауну снижало жизнеспособность до 26,4±7,4% (p<0,0001). Группа комбинированного воздействия также достоверно отличалась от группы «облучение без нокдауна» (p<0,0001), что свидетельствует о переходе клеток из радиорезистентного состояния в радиочувствительное при подавлении NEK2. В линии PCa-PC добавление ионизирующего излучения к нокдауну NEK2 приводило к снижению жизнеспособности до 24,7±5,69% (p<0,0001). При сравнении с группой, подвергнутой только облучению (91,8±6,35%), суммарное уменьшение показателя составляло примерно 3,7 раза и было статистически значимым (p<0,0001).
Во всех экспериментальных моделях минимальные значения жизнеспособности наблюдались в группах комбинированного воздействия, тогда как максимальные — в контрольных группах, что сопровождалось противоположной динамикой доли погибших клеток. Значения индекса усиления эффекта (EI) во всех трёх клеточных линиях превышали 1, подтверждая наличие радиосенсибилизирующего действия нокдауна NEK2. Для линии PC-3 EI составлял около 3,3, для DU145 — около 3,7, а для линии PCa-PC — около 2,5. Наибольшая выраженность радиосенсибилизации отмечалась в клетках DU145, несколько меньшая — в линии PC-3 и минимальная, но также статистически значимая, — в линии PCa-PC. Таким образом, расчёт EI показал, что подавление экспрессии NEK2 существенно повышает радиочувствительность клеток РПЖ, причём степень сенсибилизации имеет линиеспецифический характер.
Обсуждение
Полученные результаты демонстрируют, что подавление экспрессии NEK2 приводит к выраженному снижению жизнеспособности клеток РПЖ и существенно усиливает их чувствительность к ионизирующему излучению. Во всех трёх исследованных моделях различного происхождения (PC-3, DU145 и первичная культура PCa-PC) выявлено статистически значимое неаддитивное взаимодействие между нокдауном NEK2 и облучением, что подтверждается значениями EI, варьирующими от 2,5 до 3,7. Совокупность этих данных указывает на выраженный радиосенсибилизирующий потенциал подавления NEK2, имеющий линиеспецифический характер.
В условиях монотерапии ионизирующим излучением клеточные линии демонстрировали различную степень радиочувствительности, отражающую гетерогенность радиационного ответа, характерную для РПЖ. В линиях PC-3 и PCa-PC облучение вызывало умеренное, но статистически значимое снижение жизнеспособности, тогда как клетки DU145 проявляли выраженный радиорезистентный фенотип. Подобная вариабельность ранее описана для моделей РПЖ и связывается с различиями в эффективности репарации ДНК, активности контрольных точек клеточного цикла и включении адаптивных механизмов поддержания клеточной жизнеспособности. Полученные данные подтверждают адекватность выбранных моделей для оценки радиосенсибилизирующих стратегий [3, 7, 10].
Подавление экспрессии NEK2 в отсутствие облучения сопровождалось более чем двукратным снижением жизнеспособности во всех трёх моделях, что подчёркивает критическую роль данной киназы в регуляции митотических процессов и пролиферации опухолевых клеток. Сопоставимость эффекта между линиями указывает на зависимость клеток РПЖ от активности NEK2 независимо от их исходной радиочувствительности и позволяет рассматривать NEK2 как универсальную мишень, обеспечивающую поддержание клеточной жизнеспособности [11, 12].
Наиболее выраженное снижение жизнеспособности наблюдалось при комбинированном воздействии нокдауна NEK2 и облучения. Во всех линиях зарегистрировано статистически значимое неаддитивное взаимодействие факторов (EI>1), свидетельствующее о развитии радиосенсибилизации опухолевых клеток. Максимальный эффект был выявлен в радиорезистентной линии DU145, что указывает на её высокую зависимость от NEK2-опосредованных механизмов защиты от радиационного повреждения. В линии PC-3 эффект был несколько менее выраженным, тогда как первичная культура PCa-PC демонстрировала минимальную, но также статистически значимую степень радиосенсибилизации, вероятно отражающую большую молекулярную гетерогенность и меньшую степень адаптации к условиям in vitro.
Наблюдаемый синергизм между нокдауном NEK2 и ионизирующим излучением согласуется с литературными данными, указывающими на ключевую роль NEK2 в регуляции клеточного ответа на ДНК-повреждение. NEK2 ассоциирована с контролем репарации двойных разрывов ДНК, регуляцией прохождения клеточного цикла через фазу G2/M, а также активацией адаптивных сигнальных путей, обеспечивающих клеточную устойчивость, включая аутофагию и каскады PI3K/Akt, Wnt/β-катенин и NF-κB. В различных опухолевых моделях подавление NEK2 приводит к накоплению нерепарированных ДНК-повреждений, усилению программируемой клеточной гибели и повышению радиочувствительности, что позволяет интерпретировать рост индекса усиления эффекта в клетках РПЖ как результат комплексного нарушения механизмов ДНК-репарации и подавления адаптивных путей выживания [5, 11, 13].
В отличие от некодирующих РНК, которые, как правило, оказывают косвенное влияние на активность ключевых сигнальных каскадов и радиочувствительность клеток, NEK2 представляет собой серин/треониновую киназу и, следовательно, прямую лекарственную мишень, для которой принципиально возможна разработка малых молекул-ингибиторов, что существенно облегчает трансляцию экспериментальных подходов в клиническую практику. Накопленные данные по различным опухолевым моделям, включая РПЖ, рак шейки матки, пищевода и печени, указывают на то, что на фоне хронической гиперэкспрессии NEK2 её фармакологическое или генетическое подавление сопровождается снижением опухолевого потенциала и одновременным повышением чувствительности к цитотоксическим воздействиям, включая химиотерапию и ионизирующее излучение. С учётом многоуровневой роли NEK2 в поддержании радиоустойчивости опухолевых клеток комбинированные терапевтические стратегии, объединяющие её таргетирование с лучевой терапией, а также с воздействием на механизмы ДНК-репарации, контрольных точек клеточного цикла или сигнальных каскадов, обеспечивающих клеточную устойчивость, представляются особенно перспективными. Выявленные различия в выраженности радиосенсибилизации между клеточными моделями дополнительно подчёркивают целесообразность молекулярной стратификации опухолей при разработке персонализированных комбинированных подходов [5, 11, 13, 14].
Несмотря на выраженный радиосенсибилизирующий эффект, молекулярные механизмы действия нокдауна NEK2 требуют дальнейшего уточнения. Перспективными направлениями исследований являются анализ эффективности репарации ДНК, распределения клеток по фазам клеточного цикла, механизмов клеточной гибели, а также роли аутофагии и окислительного стресса, при этом использование более полной генетической инактивации NEK2 или специфичных ингибиторов данной киназы позволит уточнить вклад её каталитической активности в наблюдаемые эффекты.
К ограничениям настоящего исследования следует отнести применение миРНК-опосредованного нокдауна NEK2, анализ эффекта ионизирующего излучения в рамках одной экспериментальной дозы, а также использование in vitro-моделей, не в полной мере отражающих сложность опухолевого микроокружения; в этой связи дополнительная генетическая и молекулярная характеризация используемых клеточных линий, а также валидация полученных результатов в 3D- и in vivo-моделях представляются необходимыми для более детального понимания механизмов и оценки трансляционного потенциала NEK2-опосредованной радиосенсибилизации [15].
Полученные результаты указывают на потенциал таргетирования NEK2 как подхода к повышению эффективности радиотерапии РПЖ и преодолению радиорезистентности опухолевых клеток, с учётом возможности дальнейшего развития фармакологических ингибиторов данной киназы. В совокупности результаты настоящего исследования демонстрируют, что подавление экспрессии NEK2 существенно повышает радиочувствительность клеток РПЖ in vitro и обосновывают целесообразность дальнейшего развития NEK2-ориентированных комбинированных подходов [16].
Заключение
В проведённом исследовании показано, что подавление экспрессии гена NEK2 приводит к значительному снижению жизнеспособности клеток РПЖ и существенно усиливает их чувствительность к ионизирующему излучению. Комбинированное воздействие нокдауна NEK2 и облучения вызывало выраженный неаддитивный цитотоксический эффект во всех исследованных клеточных моделях, включая линии с исходно низкой радиочувствительностью, что указывает на участие NEK2 в механизмах формирования радиорезистентности. Полученные данные свидетельствуют о ключевой роли NEK2 в поддержании жизнеспособности опухолевых клеток и обосновывают целесообразность её таргетирования с целью повышения эффективности лучевой терапии РПЖ. Дальнейшие исследования, направленные на уточнение молекулярных механизмов действия и подтверждение полученных эффектов в in vivo-моделях, необходимы для оценки клинической применимости NEK2-ориентированных радиосенсибилизирующих подходов.
About the authors
Razmik O. Kazanchyan
Email: ro_kazanchyan@rambler.ru
ORCID iD: 0009-0002-2274-5508
Igor V. Golovinov
National Medical Research Centre for Oncology
Author for correspondence.
Email: ivgolovinov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3011-6904
Russian Federation
Irina V. Kaplieva
Rostov Research Institute of Oncology
Email: kaplirina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3972-2452
д-р мед. наук, доцент, заведующий испытательным лабораторным центром
Rostov-on-Don, 344037, Russian FederationAnastasia V. Galina
Email: volkovaav58@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7823-3865
Darya V. Khodakova
Email: khodakovadv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3753-4463
Anna A. Shulga
Email: slip.anka96@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-1125-2897
Sofia V. Gurova
Email: gurova.sophie@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9747-8515
Aleksey N. Shevchenko
National Medical Research Centre for Oncology
Email: onko-sekretar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9468-134X
Russian Federation, Rostov-on-Don, Russia
Ada V. Vorobyova
Email: ada180699@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9348-4777
Sergey N. Vlasov
Email: ser.vl4s0v02@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3289-8436
Stanislav G. Vlasov
Email: stasikvlasov1994rgmu@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4680-8991
References
- Kit OI, Maksimova NA, Gusareva MA, et al. Intravenous radionuclide therapy with radium chloride [223Ra] in patients with bone metastases from castration-resistant prostate cancer. South Russian Journal of Cancer. 2024;5(4):6-13. (In Russ.). [Кит О.И., Максимова Н.А., Гусарева М.А., и др. Применение внутривенной радионуклидной терапии радия хлоридом [223Ra] у пациентов с костными метастазами кастрационно-резистентного рака предстательной железы. Южно-Российский онкологический журнал. 2024;5(4):6-13]. doi: 10.37748/2686-9039-2024-5-4-1
- Buskin A, Scott E, Nelson R, et al. Engineering prostate cancer in vitro: what does it take? Oncogene. 2023;42(32):2417-2427. doi: 10.1038/s41388-023-02776-6
- Zinkovich MS, Maksimov AY, Rozenko LY, et al. Radioresistance as a factor in the evolution of radiation therapy for prostate cancer. Modern problems of science and education. 2019;2:107. Available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=28627 (accessed 12 Feb 2026). (In Russ.) [Зинькович М.С., Максимов А.Ю., Розенко Л.Я. и др. Радиорезистентность как фактор эволюции лучевой терапии рака предстательной железы. Современные проблемы науки и образования. 2019;2:107.]
- Singh N, Heemers HV. Deregulated kinase action in prostate cancer: molecular basis and therapeutic implications. Endocr Relat Cancer. 2023;30(9):e230011. doi: 10.1530/ERC-23-0011
- Xu T, Zeng Y, Shi L, et al. Targeting NEK2 impairs oncogenesis and radioresistance via inhibiting the Wnt1/β-catenin signaling pathway in cervical cancer. J Exp Clin Cancer Res. 2020;39(1):183. doi: 10.1186/s13046-020-01659-y
- Kazanchyan RO, Golovinov IV, Kaplieva IV, et al. Evaluation of the impact of NEK2 gene knockdown on the viability and migration of prostate cancer cells. Modern problems of science and education. 2026;2. Available at: https://science-education.ru/ru/article/view?id=34467 (accessed 25 Feb 2026). (In Russ.) [Казанчян Р.О., Головинов И.В., Каплиева И.В. и др. Оценка влияния нокдауна гена NEK2 на жизнеспособность и миграцию клеток рака предстательной железы. Современные проблемы науки и образования. 2026;2.] doi: 10.17513/spno.34467
- Pszczółkowska-Kępa B, Olejarz W, Głuszko A, et al. Exosome-mediated modulation of radioresistance: The radiation-induced bystander effect in prostate cancer cells. PLoS One. 2025;20(8):e0330501. doi: 10.1371/journal.pone.0330501
- Chou TC. Drug combination studies and their synergy quantification using the Chou-Talalay method. Cancer Res. 2010;70(2):440-6. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-09-1947
- Field A. Discovering Statistics Using IBM SPSS Statistics. 5th ed. London: SAGE Publications Ltd; 2018. 1070 p. ISBN 978-1-5264-1951-4.
- Kyjacova L, Hubackova S, Krejcikova K, et al. Radiotherapy-induced plasticity of prostate cancer mobilizes stem-like non-adherent, Erk signaling-dependent cells. Cell Death Differ. 2015;22(6):898-911. doi: 10.1038/cdd.2014.97
- Zeng YR, Han ZD, Wang C, et al. Overexpression of NIMA-related kinase 2 is associated with progression and poor prognosis of prostate cancer. BMC Urol. 2015;15:90. doi: 10.1186/s12894-015-0085-7
- Gu S, Yasen Y, Wang M, et al. NEK2 promotes the migration, invasion, proliferation of ESCC and mediates ESCC immunotherapy. Heliyon. 2024;10(9):e29682. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e29682
- Guo D, Zhou S, Liu R, et al. NEK2 contributes to radioresistance in esophageal squamous cell carcinoma by inducing protective autophagy via regulating TRIM21. Cancer Cell Int. 2024;24(1):179. doi: 10.1186/s12935-024-03367-5
- Wen S, Liu Y, Yang M, et al. Increased NEK2 in hepatocellular carcinoma promotes cancer progression and drug resistance by promoting PP1/Akt and Wnt activation. Oncol Rep. 2016;36(4):2193-9. doi: 10.3892/or.2016.5009
- Xu H, Wen J, Yang J, et al. Tumor-microenvironment-on-a-chip: the construction and application. Cell Commun Signal. 2024;22(1):515. doi: 10.1186/s12964-024-01884-4
- McCrury M, Swafford K, Shuttleworth SL, et al. Bifunctional Inhibitor Reveals NEK2 as a Therapeutic Target and Regulator of Oncogenic Pathways in Lymphoma. Mol Cancer Ther. 2024;23(3):316-329. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-23-0299
Supplementary files


