Обзор исследований взаимосвязи циркадианных ритмов и канцерогенеза, выполненных на экспериментальных моделях

Обзор исследований взаимосвязи циркадианных ритмов и канцерогенеза, выполненных на экспериментальных моделях

Автор: Киреева Галина Сергеевна, Губарева Екатерина Александровна, Майдин Михаил Александрович, Панченко Андрей Владимирович, Тындык Маргарита Леонидовна, Федорос Елена Ивановна, Круглов Степан Сергеевич, Осетник Владислав Константинович, Анисимов Владимир Николаевич

Журнал: Сибирский онкологический журнал @siboncoj

Рубрика: Обзоры

Статья в выпуске: 3 т.20, 2021 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - провести обзор экспериментальных исследований in vivo, посвященных изучению взаимосвязи и роли различных молекулярно-генетических компонентов системы циркадианных ритмов в процессе инициации и развития злокачественных новообразований. Интерес к исследованиям на животных моделях обусловлен тем, что, в отличие от клинических и эпидемиологических исследований по данному вопросу, на них возможно моделировать (в том числе на трансгенных моделях животных) различные изменения и нарушения в активности часовых генов и отслеживать результаты данных изменений. Материал и методы. В обзор включены данные исследований, выполненных за последние 10 лет на животных моделях, изучающих механизмы и эффекты нарушений в системе циркадианных ритмов в контексте формирования и развития опухолей. Источниками данных для обзора послужили базы данных Medline, Embase и Scopus. Результаты. Анализ литературы показал, что вмешательство в работу «биологических часов» путем изменений цикла освещенности, нарушения экспрессии часовых генов и других манипуляций является фактором, предрасполагающим к развитию опухолей. В опухолях различных типов экспрессия часовых генов зачастую рассогласована, причем неясно, на каком этапе их формирования это происходит. Помимо этого, само развитие опухолей нарушает циркадианный гомеостаз организма. Можно выделить три ключевых аспекта проводимых исследований, направленных на изучение роли циркадианных ритмов в развитии опухоли: нарушение циркадианных ритмов как канцерогенный фактор, нарушения в системе часовых генов в опухоли, нарушения в системе часовых генов всего организма, спровоцированные развитием опухоли. Заключение. Результаты исследований на животных моделях демонстрируют, что взаимосвязь между нарушением циркадианных ритмов и опухолевым процессом носит комплексный характер с не до конца изученной причинно-следственной связью. Поэтому перспектива направленной фармакологической корректировки циркадианных ритмов в клинической практике у онкологических пациентов в настоящее время не выглядит ближайшей.

Еще

Циркадианные ритмы, часовые гены, экспериментальные модели, канцерогенез, bmal1, clock, per, cry

Короткий адрес: https://sciup.org/140254504

IDR: 140254504   |   DOI: 10.21294/1814-4861-2021-20-3-134-143

Список литературы Обзор исследований взаимосвязи циркадианных ритмов и канцерогенеза, выполненных на экспериментальных моделях

  • Masri S., Sassone-Corsi P. The emerging link between cancer, metabolism, and circadian rhythms. Nat Med. 2018 Dec; 24(12): 1795-1803. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0271-8.
  • Bass J. Circadian topology of metabolism. Nature. 2012 Nov 15; 491(7424): 348-56. https://doi.org/10.1038/nature11704.
  • Albrecht U., Eichele G. The mammalian circadian clock. Curr Opin Genet Dev. 2003 Jun; 13(3): 271-7. https://doi.org/10.1016/s0959-437x(03)00055-8.
  • Partch C.L., Green C.B., Takahashi J.S. Molecular architecture of the mammalian circadian clock. Trends Cell Biol. 2014 Feb; 24(2): 90-9. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2013.07.002.
  • Welsh D.K., Takahashi J.S., Kay S.A. Suprachiasmatic nucleus: cell autonomy and network properties. Annu Rev Physiol. 2010; 72: 551-77. https://doi.org/10.1146/annurev-physiol-021909-135919.
  • Trott A.J., Menet J.S. Regulation of circadian clock transcriptional output by CLOCK:BMAL1. PLoS Genet. 2018 Jan 4; 14(1): e1007156. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007156.
  • Cox K.H., Takahashi J.S. Circadian clock genes and the transcriptional architecture of the clock mechanism. J Mol Endocrinol. 2019 Nov; 63(4): R93-R102. https://doi.org/10.1530/JME-19-0153.
  • Shostak A. Circadian Clock, Cell Division, and Cancer: From Molecules to Organism. Int J Mol Sci. 2017; 18(4): 873. https://doi.org/10.3390/ijms18040873.
  • Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011 Mar 4; 144(5): 646-74. https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013.
  • Sulli G., Lam M.T.Y., Panda S. Interplay between Circadian Clock and Cancer: New Frontiers for Cancer Treatment. Trends Cancer. 2019 Aug; 5(8): 475-494. https://doi.org/10.1016/j.trecan.2019.07.002.
  • El-Athman R., Relógio A. Escaping Circadian Regulation: An Emerging Hallmark of Cancer? Cell Syst. 2018; 6(3): 266-7. https://doi.org/10.1016/j.cels.2018.03.006.
  • Shilts J., Chen G., Hughey J.J. Evidence for widespread dysregulation of circadian clock progression in human cancer. Peer J. 2018 Jan 31; 6: e4327. https://doi.org/10.7717/peerj.4327.
  • Ye Y., Xiang Y., Ozguc F.M., Kim Y., Liu C.J., Park P.K., Hu Q., Diao L., Lou Y., Lin C., Guo A.Y., Zhou B., Wang L., Chen Z., Takahashi J.S., Mills G.B., Yoo S.H., Han L. The Genomic Landscape and Pharmacogenomic Interactions of Clock Genes in Cancer Chronotherapy. Cell Syst. 2018; 6(3): 314-28. https://doi.org/10.1016/j.cels.2018.01.013.
  • IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Painting, firefighting, and shiftwork. IARC Monogr Eval Carcinog risks to humans. 2010; 98: 9-764.
  • Liu W., Zhou Z., Dong D., Sun L., Zhang G. Sex Differences in the Association between Night Shift Work and the Risk of Cancers: A Meta-Analysis of 57 Articles. Dis Markers. 2018; 2018: 7925219. https://doi.org/10.1155/2018/7925219.
  • Gan Y., Li L., Zhang L., Yan S., Gao C., Hu S., Qiao Y., Tang S., Wang C., Lu Z. Association between shift work and risk of prostate cancer: a systematic review and meta-analysis of observational studies. Carcinogenesis. 2018 Feb 9; 39(2): 87-97. https://doi.org/10.1093/carcin/bgx129.
  • Travis R.C., Balkwill A., Fensom G.K., Appleby P.N., Reeves G.K., Wang X.S., Roddam A.W., Gathani T., Peto R., Green J., Key T.J., Beral V. Night Shift Work and Breast Cancer Incidence: Three Prospective Studies and Meta-analysis of Published Studies. J Natl Cancer Inst. 2016 Oct 6; 108(12): djw169. https://doi.org/10.1093/jnci/djw169.
  • Boivin D.B., Boudreau P. Impacts of shift work on sleep and circadian rhythms. Pathol Biol (Paris). 2014; 62(5): 292-301. https://doi.org/10.1016/j.patbio.2014.08.001.
  • Hunter C.M., Figueiro M.G. Measuring Light at Night and Melatonin Levels in Shift Workers: A Review of the Literature. Biol Res Nurs. 2017 Jul; 19(4): 365-374. https://doi.org/10.1177/1099800417714069.
  • Iwamoto A., Kawai M., Furuse M., Yasuo S. Effects of chronic jet lag on the central and peripheral circadian clocks in CBA/N mice. Chronobiol Int. 2014 Mar; 31(2): 189-98. https://doi.org/10.3109/07420528.2013.837478.
  • Vinogradova I.A., Anisimov V.N. Svetovoi rezhim, preparaty epifiza, starenie i prodolzhitel'nost' zhizni. Lambert Academic Publishing. 2012. 444 p.
  • Turek F.W., Joshu C., Kohsaka A., Lin E., Ivanova G., McDearmon E., Laposky A., Losee-Olson S., Easton A., Jensen D.R., Eckel R.H., Takahashi J.S., Bass J. Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice. Science. 2005 May 13; 308(5724): 1043-5. https://doi.org/10.1126/science.1108750.
  • Birky T.L., Bray M.S. Understanding circadian gene function: animal models of tissue-specific circadian disruption. IUBMB Life. 2014 Jan; 66(1): 34-41. https://doi.org/10.1002/iub.1241.
  • van den Heiligenberg S., Deprés-Brummer P., Barbason H., Claustrat B., Reynes M., Lévi F. The tumor promoting effect of constant light exposure on diethylnitrosamine- induced hepatocarcinogenesis in rats. Life Sci. 1999; 64(26): 2523-34. https://doi.org/10.1016/s0024-3205(99)00210-6.
  • Panchenko A.V., Petrishchev N.N., Kvetnoi I.M., Anisimov V.N. Kantserogenez v tolstoi kishke krys v usloviyakh razlichnykh rezhimov osveshcheniya. Voprosy onkologii. 2008; 54(3): 332-7.
  • Filipski E., Delaunay F., King V.M., Wu M.W., Claustrat B., Gréchez-Cassiau A., Guettier C., Hastings M.H., Francis L. Effects of chronic jet lag on tumor progression in mice. Cancer Res. 2004; 64(21): 7879-85. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-04-0674.
  • Schwimmer H., Metzer A., Pilosof Y., Szyf M., Machnes Z.M., Fares F., Harel O., Haim A. Light at night and melatonin have opposite effects on breast cancer tumors in mice assessed by growth rates and global DNA methylation. Chronobiol Int. 2014 Feb; 31(1): 144-50. https://doi.org/10.3109/07420528.2013.842925.
  • Dauchy R.T., Xiang S., Mao L., Brimer S., Wren M.A., Yuan L., Anbalagan M., Hauch A., Frasch T., Rowan B.G., Blask D.E., Hill S.M. Circadian and melatonin disruption by exposure to light at night drives intrinsic resistance to tamoxifen therapy in breast cancer. Cancer Res. 2014 Aug 1; 74(15): 4099-110. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-13-3156.
  • Papagiannakopoulos T., Bauer M.R., Davidson S.M., Heimann M., Subbaraj L., Bhutkar A., Bartlebaugh J., Vander Heiden M.G., Jacks T. Circadian Rhythm Disruption Promotes Lung Tumorigenesis. Cell Metab. 2016 Aug 9; 24(2): 324-31. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2016.07.001.
  • Lee S., Donehower L.A., Herron A.J., Moore D.D., Fu L. Disrupting circadian homeostasis of sympathetic signaling promotes tumor development in mice. PLoS One. 2010 Jun 7; 5(6): e10995. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0010995.
  • Gu X., Xing L., Shi G., Liu Z., Wang X., Qu Z, Wu X., Dong Z., Gao X., Liu G., Yang L., Xu Y. The circadian mutation PER2(S662G) is linked to cell cycle progression and tumorigenesis. Cell Death Differ. 2012 Mar; 19(3): 397-405. https://doi.org/10.1038/cdd.2011.103.
  • Kettner N.M., Voicu H., Finegold M.J., Coarfa C., Sreekumar A., Putluri N., Katchy C.A., Lee C., Moore D.D., Fu L. Circadian Homeostasis of Liver Metabolism Suppresses Hepatocarcinogenesis. Cancer Cell. 2016; 30(6): 909-924. https://doi.org/10.1016/j.ccell.2016.10.007.
  • Fu L., Pelicano H., Liu J., Huang P., Lee C. The circadian gene Period2 plays an important role in tumor suppression and DNA damage response in vivo. Cell. 2002 Oct; 111(1): 41-50.
  • Mteyrek A., Filipski E., Guettier C., Oklejewicz M., van der Horst G.T., Okyar A., Lévi F. Critical cholangiocarcinogenesis control by cryptochrome clock genes. Int J Cancer. 2017 Jun 1; 140(11): 2473-2483. https://doi.org/10.1002/ijc.30663.
  • Gauger M.A., Sancar A. Cryptochrome, circadian cycle, cell cycle checkpoints, and cancer. Cancer Res. 2005 Aug 1; 65(15): 6828-34. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-05-1119.
  • Ozturk N., Lee J.H., Gaddameedhi S., Sancar A. Loss of cryptochrome reduces cancer risk in p53 mutant mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2009; 106(8): 2841-6. https://doi.org/10.1073/pnas.0813028106.
  • Antoch M.P., Gorbacheva V.Y., Vykhovanets O., Toshkov I.A., Kondratov R.V., Kondratova A.A., Lee C., Nikitin A.Y. Disruption of the circadian clock due to the Clock mutation has discrete effects on aging and carcinogenesis. Cell Cycle. 2008 May 1; 7(9): 1197-204. https://doi.org/10.4161/cc.7.9.5886.
  • Kondratov R.V., Kondratova A.A., Gorbacheva V.Y., Vykhovanets O.V., Antoch M.P. Early aging and age-related pathologies in mice deficient in BMAL1, the core componentof the circadian clock. Genes Dev. 2006 Jul 15; 20(14): 1868-73. https://doi.org/10.1101/gad.1432206.
  • Baturin D.A., Alimova I.N., Anisimov V.N., Popovich I.G., Zabezhinski M.A., Provinciali M., Mancini R., Franceschi C. The effect of light regimen and melatonin on the development of spontaneous mammary tumors in HER-2/neu transgenic mice is related to a downregulation of HER-2/neu gene expression. Neuro Endocrinol Lett. 2001 Dec; 22(6): 441-7.
  • Otálora B.B., Madrid J.A., Alvarez N., Vicente V., Rol M.A. Effects of exogenous melatonin and circadian synchronization on tumor progression in melanoma-bearing C57BL6 mice. J Pineal Res. 2008 Apr; 44(3): 307-15. https://doi.org/10.1111/j.1600-079X.2007.00531.x.
  • Shah P.N., Mhatre M.C., Kothari L.S. Effect of melatonin on mammary carcinogenesis in intact and pinealectomized rats in varying photoperiods. Cancer Res. 1984 Aug; 44(8): 3403-7.
  • Tamarkin L., Cohen M., Roselle D., Reichert C, Lippman M., Chabner B. Melatonin inhibition and pinealectomy enhancement of 7,12-dimethylbenz(a)anthracene-induced mammary tumors in the rat. Cancer Res. 1981 Nov; 41(11 Pt 1): 4432-6.
  • Van Dycke K.C., Rodenburg W., van Oostrom C.T., van Kerkhof L.W., Pennings J.L., Roenneberg T., van Steeg H., van der Horst G.T. Chronically Alternating Light Cycles Increase Breast Cancer Risk in Mice. Curr Biol. 2015 Jul 20; 25(14): 1932-7. https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.06.012.
  • Dakup P.P., Porter K.I., Little A.A., Gajula R.P., Zhang H., Skornyakov E., Kemp M.G., Van Dongen H.P.A., Gaddameedhi S. The circadian clock regulates cisplatin-induced toxicity and tumor regression in melanoma mouse and human models. Oncotarget. 2018; 9(18): 14524-14538. https://doi.org/10.18632/oncotarget.24539.
  • Huisman S.A., Oklejewicz M., Ahmadi A.R., Tamanini F., Ijzermans J.N., van der Horst G.T., de Bruin R.W. Colorectal liver metastases with a disrupted circadian rhythm phase shift the peripheral clock in liver and kidney. Int J Cancer. 2015 Mar 1; 136(5): 1024-32. https://doi.org/10.1002/ijc.29089.
  • de Assis L.V.M., Moraes M.N., Magalhães-Marques K.K., Kinker G.S., da Silveira Cruz-Machado S., Castrucci A.M.L. Non-Metastatic Cutaneous Melanoma Induces Chronodisruption in Central and Peripheral Circadian Clocks. Int J Mol Sci. 2018 Apr 3; 19(4): 1065. https://doi.org/10.3390/ijms19041065.
  • Kiessling S., Beaulieu-Laroche L., Blum I.D., Landgraf D., Welsh D.K., Storch K.F., Labrecque N., Cermakian N. Enhancing circadian clock function in cancer cells inhibits tumor growth. BMC Biol. 2017 Feb 14; 15(1): 13. https://doi.org/10.1186/s12915-017-0349-7.
  • Altman B.J., Hsieh A.L., Sengupta A., Krishnanaiah S.Y., Stine Z.E., Walton Z.E., Gouw A.M., Venkataraman A., Li B., Goraksha-Hicks P., Diskin S.J., Bellovin D.I., Simon M.C., Rathmell J.C., Lazar M.A., Maris J.M., Felsher D.W., Hogenesch J.B., Weljie A.M., Dang C.V. MYC Disrupts the Circadian Clock and Metabolism in Cancer Cells. Cell Metab. 2015 Dec 1; 22(6): 1009-19. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2015.09.003.
  • Ye H., Yang K., Tan X.M., Fu X.J., Li H.X. Daily rhythm variations of the clock gene PER1 and cancer-related genes during various stages of carcinogenesis in a golden hamster model of buccal mucosa carcinoma. Onco Targets Ther. 2015; 8: 1419-26. https://doi.org/10.2147/OTT.S83710.
  • Tan X.M., Ye H., Yang K., Chen D., Wang Q.Q., Tang H., Zhao N.B. Circadian variations of clock gene Per2 and cell cycle genes in different stages of carcinogenesis in golden hamster buccal mucosa. Sci Rep. 2015 May 7; 5: 9997. https://doi.org/10.1038/srep09997.
  • Otte J.L., Carpenter J.S., Manchanda S., Rand K.L., Skaar T.C., Weaver M., Chernyak Y., Zhong X., Igega C., Landis C. Systematic review of sleep disorders in cancer patients: can the prevalence of sleep disorders be ascertained? Cancer Med. 2015 Feb; 4(2): 183-200. https://doi.org/10.1002/cam4.356.
  • Schrepf A., Thaker P.H., Goodheart M.J., Bender D., Slavich G.M., Dahmoush L., Penedo F., DeGeest K., Mendez L., Lubaroff D.M., Cole S.W., Sood A.K., Lutgendorf S.K. Diurnal cortisol and survival in epithelial ovarian cancer. Psychoneuroendocrinology. 2015; 53: 256-67. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2015.01.010.
  • Borniger J.C., Walker Ii W.H., Surbhi, Emmer K.M., Zhang N., Zalenski A.A., Muscarella S.L., Fitzgerald J.A., Smith A.N., Braam C.J., TinKai T., Magalang U.J., Lustberg M.B., Nelson R.J., DeVries A.C. A Role for Hypocretin/Orexin in Metabolic and Sleep Abnormalities in a Mouse Model of Non-metastatic Breast Cancer. Cell Metab. 2018; 28(1): 118-129.e5. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.04.021.
  • Hojo H., Enya S., Arai M., Suzuki Y., Nojiri T., Kangawa K., Koyama S., Kawaoka S. Remote reprogramming of hepatic circadian transcriptome by breast cancer. Oncotarget. 2017; 8(21): 34128-40. https://doi.org/10.18632/oncotarget.16699.
  • Soták M., Polidarová L., Ergang P., Sumová A., Pácha J. An association between clock genes and clock-controlled cell cycle genes in murine colorectal tumors. Int J Cancer. 2013 Mar 1; 132(5): 1032-41. https://doi.org/10.1002/ijc.27760.
  • Masri S., Papagiannakopoulos T., Kinouchi K., Liu Y., Cervantes M., Baldi P., Jacks T., Sassone-Corsi P. Lung Adenocarcinoma Distally Rewires Hepatic Circadian Homeostasis. Cell. 2016 May 5; 165(4): 896-909. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.04.039.
  • Kovacs C.J., Evans M.J., Schenken L.L., Burholt D.R. Alterations in gastrointestinal steady-state kinetics associated with the growth of experimental tumours. Cell Tissue Kinet. 1981 May; 14(3): 241-50. https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1981.tb00529.x.
  • Barbeito C.G., Albarenque S.M., Reyna J.C., Flamini M.A., Laube P.F., Badrán A.F. Mitotic activity of the duodenal crypt enterocytes in mice transplanted with EA21a mammary carcinoma. Cell Biol Int. 2002; 26(1): 123-5. https://doi.org/10.1006/cbir.2001.0824.
  • Gubareva E.A., Maidin M.A., Tyndyk M.L., Vinogradova I.A., Panchenko A.V. Sutochnye ritmy proliferatsii v kishechnom epitelii i opukholyakh molochnoi zhelezy u HER-2/neu transgennykh myshei i myshei FVB/N dikogo tipa i ikh korrektsiya melatoninom. Voprosy onkologii. 2019; 65(1): 154-8.
  • Surur J.M., Catalano V.A., Flamini M.A., Barbeito C.G. Effects of tumors on the daily mitotic activity of mouse pars intermedia. Cell Biol Int. 2005 Feb; 29(2): 173-5. https://doi.org/10.1016/j.cellbi.2004.11.017.
  • Ashok Kumar P.V., Dakup P.P., Sarkar S., Modasia J.B., Motzner M.S., Gaddameedhi S. It’s About Time: Advances in Understanding the Circadian Regulation of DNA Damage and Repair in Carcinogenesis and Cancer Treatment Outcomes. Yale J Biol Med. 2019 Jun 27; 92(2): 305-316.
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp