Метаболические изменения в фибробластах при взаимодействии с опухолевыми клетками: НАД(Ф)Н, ФАД, цитоплазматический рН и пероксид водорода
Authors: Druzhkova I.N. , Lukina M.M. , Dudenkova V.V. , Ignatova N.I. , Shirmanova M.V. , Zagaynova E.V. 
Published: April 2020

Актуальность. В последние десятилетия большое внимание уделяется исследованию роли опухолевого микроокружения в канцерогенезе и исходе лечения онкологических заболеваний. Основными клетками микроокружения являются опухоль-ассоциированные фибробласты (CAFs), которые поддерживают прогрессию опухоли. При этом между опухолевыми клетками и фибробластами формируются специфические метаболические взаимоотношения, разобщение которых рассматривается в качестве одного из современных подходов к лечению опухолей. Цель данной работы состояла в изучении метаболических изменений в фибробластах при взаимодействии с опухолевыми клетками в динамике в модели клеточного сокультивирования. Методы. В качестве метаболических показателей исследованы цитоплазматический рН, уровень внутриклеточного пероксида водорода и эндогенные метаболические кофакторы НАД(Ф)Н и ФАД. Работа выполнена на фибробластах кожи человека и клетках рака шейки матки человека HeLa. Фибробласты культивировали совместно с опухолевыми клетками в течение 5 дней, контролем служили фибробласты в монокультуре. Метаболические кофакторы анализировали по интенсивности и времени жизни собственной флуоресценции. Цитоплазматический рН и пероксид водорода оценивали с помощью генетически-кодируемых флуоресцентных сенсоров SypHer2 и HyPer2, соответственно. Результаты. В условиях сокультивирования с опухолевыми клетками в фибробластах наблюдался более щелочной pH и повышенное содержание пероксида водорода по сравнению с монокультурой. Кроме того, при совместном культивировании с опухолевыми клетками в фибробластах зарегистрировано увеличение флуоресцентного редокс-отношения ФАД / НАД(Ф)Н, снижение относительных вкладов свободной формы НАД(Ф)Н и формы ФАД с открытой конформацией, что говорит о развитии окислительного метаболического статуса. Заключение. Полученные результаты подтверждают активное метаболическое взаимодействие фибробластов с опухолевыми клетками. Динамика и степень выраженности метаболических изменений в процессе такого взаимодействия позволяют рассматривать воздействие на НАД- и ФАД-зависимые реакции энергетического обмена как перспективный способ разобщения метаболического диалога.

Background. In the last decades, the role of microenvironment in carcinogenesis and therapeutic outcome has gained increasing attention. Cancer-associated fibroblasts (CAFs) have emerged as key players among stromal cells, which support tumor progression. In this process, a specific metabolic interplay forms between tumor cells and neighboring CAFs, and disconnection of this coupling is considered as a new therapeutic approach to anti-cancer treatment. T he aim of this study was to investigate the dynamics of metabolic changes in fibroblasts during co-culturing with cancer cells. HAD(P)H and FAD, the endogenous metabolic cofactors, intracellular pH and concentration of hydrogen peroxide were used as indexes of the metabolic status. Methods. The study was performed on human skin fibroblasts and human cervical cancer Hela cells. Fibroblasts were cultivated in a mono- or coculture with cancer cells for 5 days. The metabolic cofactors were evaluated by intensity and lifetime of their own fluorescence. Cytoplasmic pH and hydrogen peroxide level were measured using genetically encoded fluorescent sensors, SypHer2 and HyPer2, respectively. Results. A more alkaline pH and increased concentration of hydrogen peroxide were observed in fibroblasts during co-cultivation with cancer cells compared to the monoculture. In addition, the FAD / NAD(P)H redox-ratio was increased while relative contributions of NAD(P)H and FAD with open conformation were decreased in fibroblast during co-cultivation with cancer cells, which indicates development of the oxidative metabolic status. Conclusion. The study confirmed the active metabolic interplay of fibroblasts with cancer cells. The dynamics and extent of the metabolic changes during this interplay suggested that affecting NAD(P)H- and FAD-depended reactions in the energy metabolism is a promising method for uncoupling this metabolic dialogue.