Antitumor activity of THP-1 monocytes under the influence of gamma radiation and rapamycin

Abstract

Опухоль-ассоциированные макрофаги обладают противовоспалительной активностью, подавляющей противоопухолевый иммунитет и способствующей развитию злокачественного заболевания. В связи с этим, поляризация макрофагов в провоспалительный фенотип является перспективным направлением в онкотерапии. Есть данные, указывающие на то, что радиотерапия и ингибиторы сигнального пути mTORC1 участвуют в регуляции фенотипа макрофагов. Мы предположили, что применение терапевтических доз гамма-излучения и регуляция mTORC1 может поляризовать макрофаги в провоспалительный и противоопухолевый фенотип. Цель данной работы - изучить влияние умеренной дозы гамма-излучения и подавления mTORC1 c помощью ингибитора рапамицина на противоопухолевую активность моноцитов. Для достижения цели были исследованы следующие параметры: антигенпрезентирующая активность клеток через анализ экспрессии HLA-DR с помощью проточной цитофлуориметрии, цитокиновый профиль с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени и изменения морфологических характеристик с помощью световой микроскопии. Нами была создана модель опухоль-ассоциированных макрофагов с использованием клеточной линии моноцитов ТНР-1, инкубированных с колоректальной карциномой НСТ116 или ее кондиционированной средой, а также проведена валидация модели. Созданная модель демонстрировала признаки, характерные для моноцитов, инфильтрированных в опухолевое микроокружение: выживаемость моноцитов в МТТ-тесте, изменение морфологии на макрофаго-подобную, снижение экспрессии провоспалительного маркера HLA-DR на клеточной мембране. Моноциты и модель опухоль-ассоциированных макрофагов были облучены умеренной дозой гамма-излучения (4 Гр). Результаты показали, что гамма-излучение не повлияло на изменение морфологических характеристик. При этом облучение повысило поверхностную экспрессию HLA-DR в моноцитах и модели макрофагов, а также увеличило уровень мРНК провоспалительных маркеров, таких как IL1B, CD80, CCL2 и CXCL10, в моноцитах. Также было изучено влияние рапамицина на противоопухолевую активность моноцитов и модели макрофагов. Ингибирование mTORC1 не привело к изменениям поверхностной экспрессии HLA-DR, но понизило генную экспрессию провоспалительного маркера IL1B. Таким образом, согласно полученным данным гамма-излучение более эффективно восстанавливает воспалительную активность и повышает противоопухолевый ответ моноцитов и опухоль-ассоциированных макрофагов, чем рапамицин, способствующий противовоспалительной активности моноцитов и, потенциально способный стимулировать развитие опухоли.

Tumor-associated macrophages exhibit anti-inflammatory activity, suppress inflammation and contribute to tumor development. Thus, macrophage polarization into a pro-inflammatory phenotype is a promising strategy in cancer immunotherapy. The recent data suggest that radiotherapy and the mTORC1 receptor are involved in the macrophage phenotype regulation. We hypothesized that therapeutic doses of gamma-radiation and the mTORC1 regulation could polarize macrophages in a pro-inflammatory and antitumor phenotype. The goal of the present work was to study the monocyte antitumor activity upon the effects of gamma-radiation and mTORC1 inhibitor rapamycin. To achieve this goal, the following parameters were investigated: antigen-presenting activity via HLA-DR expression analysis by flow cytometry, the cytokine profile by real-time polymerase chain reaction, and morphological alterations with light microscopy. The model of tumor-associated macrophages was established using the THP-1 monocyte cell line incubated with HCT116 colorectal carcinoma or its conditioned medium, and model validation was performed. The model reproduced the characteristics of tumor-infiltrated monocytes: survival in tumor microenvironment as shown by the MTT test, obtainence of macrophage-like phenotype, and decreased HLA-DR cell membrane expression (pro-inflammatory marker). Monocytes and the model of tumor-associated macrophage were irradiated with a moderate dose of gamma radiation (4 Gy). The results showed that gamma radiation did not affect the morphological characteristics. At the same time, irradiation increased the HLA-DR surface expression in monocyte and macrophage models and increased mRNA levels of pro-inflammatory markers, such as IL1B, CD80, CCL2, and CXCL10 in monocytes. We also studied the rapamycin impact on the monocyte and macrophage models and their antitumor activity. MTORC1 inhibition with rapamycin did not affect HLA-DR surface expression, while decreased gene expression of proinflammatory marker IL1B in monocytes. Overall, the obtained data demonstrated that gamma radiation efficiently restored the inflammatory activity and increased antitumor response of monocytes and tumor-associated macrophage. Rapamycin did not show any immunogenic effects in monocytes or macrophages, while presenting anti-inflammatory activity and potentially inducing tumor progression.