Рак лёгкого является ведущей причиной смертности от онкозаболеваний во всем мире, при этом 85% диагностированных случаев приходится на немелкоклеточный рак лёгкого (НМРЛ). Лучевая терапия — один из основных методов лечения НМРЛ. Однако в ходе терапии опухолевые клетки могут подвергаться селективному отбору клонов, обладающих преимуществом в выживании в данном микроокружении или терапевтическом контексте, приобретать таким образом радиорезистентность и в последствии приводить к рецидивированию и метастазам. Лечебный потенциал лучевой терапии зависит от ее способности вызывать репродуктивную гибель опухолевых клеток путем накопления невосстанавливаемых повреждений ДНК, тем самым удаляя раковые клетки из клоногенного пула. Следовательно, выявление ключевых компонентов сигнальных путей репарации ДНК радиорезистентных опухолевых клеток с последующим нацеливанием на них представляет собой привлекательную стратегию лечения.

Целью данной работы являлся транскриптомный анализ путей репарации ДНК клеток НМРЛ, выживших после фракционированного воздействия ионизирующего излучения.

В ходе работы были получены радиорезистентные сублинии клеток НМРЛ, различающиеся по статусу р53 — А549 (р53 дикого типа) и Н1299 (р53-дефицитные). Воздействие ионизирующего излучения осуществлялось с применением стандартного протокола, включающего облучение в дозе 2 Гр один раз в день, 5 дней в неделю до достижения тотальной дозы 60 Гр. Выжившие после облучения А549HR и Н1299HR клетки продемонстрировали снижение радиочувствительности и увеличение способности давать свободный от поверхности "безъякорный" рост. Транскриптомный анализ выявил 322 дифференциально-экспрессируемых гена (log10(контроль)>1, |log2FC|>1) между выжившими после облучения и контрольными клетками А549 и 1628 дифференциально-экспрессируемых гена облучённых и контрольных клеток Н1299. А549HR и Н1299HR клетки продемонстрировали активацию сигнальных путей выживания и G2/М прогрессию клеточного цикла, вовлекающих киназу АТМ. В клетках А549HR обнаружена активация пути BRCA1, которая вызывает крупномасштабную деконденсацию хроматина. Активации киназы ATR для репарации спонтанных ДР ДНК путём гомологической рекомбинации также была обнаружена в этих клетках. В Н1299HR клетках гомологическая рекомбинация активируется через путь Fanconi anemia, включающий рекомбиназу RAD51, а также опухолевые супрессоры BRCA1 и BRCA2. Полученные данные чрезвычайно важны для разработки противопухолевой терапии, поскольку одновременное ингибирование АТМ и компонентов гомологической рекомбинации и негомологичного соединения концов путей репарации ДНК может способствовать успешной терапии пациентов с НМРЛ.

Lung cancer is now the leading cause of cancer death worldwide, with 85% of diagnosed cases being non-small cell cancer (NSCLC). Radiotherapy is one of the main methods of treatment for patients with NSCLC. However, during therapy, tumor cells may be selectively selected for clones that have an advantage in DNA repair in a given microenvironment or therapeutic context, and thus acquire resistance, leading to metastasis and cancer recurrence. The curative potential of radiotherapy depends on its ability to cause a reproductive death of tumor cells via accumulation of non-repairable DNA lesions, thereby removing cancer cells from the clonogenic pool. Therefore, identifying key components of tumor cell DNA repair signaling pathways and then targeting them is an attractive strategy to counteract radioresistance.

The aim of this work was a transcriptomic analysis of DNA repair pathways in NSCLC cells that survived after fractionated exposure to IR.

Radioresistant sublines of non-small cell lung cancer cells differing in the p53 status, A549 (p53 wild type) and H1299 (p53 deficient) were obtained. Exposure to ionizing radiation was carried out using a standard protocol consisting of exposure at a dose of 2 Gy once a day, 5 days a week until a total dose of 60 Gy. Irradiation survived cells showed a decrease in radiosensitivity, as well as the increased ability to anchorage-independent growth. Transcriptome analysis revealed 322 differentially expressed genes (log10(control)>1, |log2FC|>1) between irradiation survived and control A549 cells and 1628 differentially expressed genes from irradiated and control H1299 cells. A549HR and H1299HR cells showed activation of survival signaling pathways and G2/M cell cycle progression involving ATM kinase. In A549HR cells, activation of the BRCA1 pathway was found, which causes large-scale chromatin decondensation. Activation of the ATR kinase to repair spontaneous DNA DSBs by homologous recombination was also found in these cells. In H1299HR cells, homologous recombination is activated via the Fanconi anemia pathway, which includes the RAD51 recombinase and the tumor suppressors BRCA1 and BRCA2. The data obtained are extremely important for the development of antitumor therapy, since the simultaneous inhibition of ATM and components of homologous recombination and non-homologous joining of the ends of DNA repair pathways can contribute to the successful therapy of patients with NSCLC.