Оценка синергетического эффекта комбинации доксорубицина и вориностата в отношении опухолевых клеток молочной железы с помощью модели Loewe

Комбинация двух или более лекарственных средств находит всё большее применение при разработке новых схем лечения различных заболеваний. Так, использование комбинаций ингибиторов гистон деацетилаз с традиционными препаратами для лечения солидных злокачественных новообразований является актуальным направлением. Данное исследование посвящено поиску эффективного соотношения вориностата (SAHA) и доксорубицина (DOX) для терапии различных подтипов опухоли молочной железы. С помощью МТТ-теста оценили выживаемость клеток линий HCC-1954, SKBR-3, MCF-7, MCF-7/ADR, MDA-MB-231 в условиях инкубации с 64 вариантами концентрационных комбинаций SAHA и DOX, что позволило определить эффект взаимодействий комбинаций SAHA/DOX (антагонистический, аддитивный, синергетический). Провели расчёт индекса синергизма SAHA/DOX с помощью математической модели Loewe. Эффект соотношений SAHA/DOX, обладающих наибольшим индексом синергизма в отношении каждой линии опухолевых клеток, подтверждали с помощью метода Чоу–Талалай. Было показано, что наибольший синергизм комбинация SAHA/DOX проявляла в отношении клеток линий HCC-1954, MCF-7/ADR и SKBR-3, относящихся к HER2-позитивному подтипу. Среднее значение соотношений SAHA/DOX, обладающих наибольшим синергизмом в отношении опухолевых клеток, составило 30:1 (SAHA к DOX, соответственно). Способность выявленной комбинации эффективно стимулировать апоптоз была подтверждена на наиболее чувствительных к SAHA/DOX терапии клетках линии HCC-1954. Таким образом, модель Loewe позволила выявить комбинацию препаратов, обладающую синергетическим эффектом, что подтверждалось методом Чоу–Талалай, а полученные данные свидетельствуют о перспективности использования комбинации SAHA/DOX (30:1) в лечении HER2-позитивного подтипа опухолей молочной железы.

1. Морозов Д. А., Колядина И . В., Поддубная И . В. и др. Клинико-морфологические аспекты эффективности неоадъювантной химиотерапии у больных с агрессивным люминальным HER2 отрицательным раком молочной железы. Опухоли женской репродуктивной системы 2021;17(4):38–47. doi: https://doi.org/10.17650/1994- 4098-2021-17-4-38-47

2. tass.ru [интернет]. Информационное агентство ТАСС [доступ от 15.10.2021]. Доступ по ссылке https://n.tass.ru/obschestvo/12676163

3. Fisusi F.A., Akala E.O. Drug combinations in breast cancer therapy. Pharma Nanotechnol. 2019; 7 (1): 3–23. doi: 10.2174/2211738507666190122111224.

4. Dai X., Cheng H., Bai Z., Li J. Breast cancer cell line classification and its relevance with breast tumor subtyping. J Cancer. 2017; 8 (16): 3131. doi: 10.7150/jca.18457.

5. Wawruszak A., Borkiewicz L., Okon E., Kukula-Koch W., Afshan S., Halasa M. Vorinostat (SAHA) and breast cancer: an overview. Cancers. 2021; 13 (18): 4700. doi: 10.3390/cancers13184700.

6. Humphrey R.M., Brockway-Lunardi L.M., Bonk D.T., Dohoney K.M., Doroshow J.H., Meech S.J. et al. Opportunities and challenges in the development of experimental drug combinations for cancer. J Natl Cancer Inst. 2011; 103 (16): 1222–1226. doi: 10.1093/jnci/djr246.

7. Долгова Д.Р., Генинг Т.П., Абакумова Т.В., Генинг С.О., Антонеева И.И., Песков А.Б., Федотова А.Ю. Маркеры первичной химиорезистентности эпителиальных клеток асцита у больных раком яичников. Антибиотики и химиотер. 2019; 64 (5–6): 18–21. doi: https://doi.org/10.24411/0235-2990-2019-10026.

8. Pellosi D.S., Paula L.B., de Melo M.T., Tedesco A.C. Targeted and synergic glioblastoma treatment: multifunctional nanoparticles delivering verteporfin as adjuvant therapy for temozolomide chemotherapy. Mol Pharm. 2019; 16 (3): 1009–1024. doi: 10.1021/acs.molpharmaceut.8b01001.

9. Куделькина В.В., Халанский А.С., Алексеева А.И., Гореликов П.Л., Косырева А.М. Комбинация наносомальной формы доксорубицина, интерферона альфа и нитроглицерина в терапии крыс Вистар с глиобластомой 101.8. Антибиотики и химиотер. 2021; 66 (9–10): 17–23. https://doi.org/10.37489/0235-2990-2021-66-9-10-17-23.

10. Лебедев В.В., Новиков С.А., Рыбалкина Е.Ю., Заботина Т.Н. Гидрофильные регуляторные гексапептиды — ингибиторы множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток. Антибиотики и химиотер. 2010; 55 (1–2): 3–5.

11. Никольская Е.Д., Фаустова М.Р., Моллаев М.Д., Жунина О.А., Сокол М.Б., Яббаров Н.Г. и др. Разработка полимерной системы доставки даунорубицина в опухолевые клетки для преодоления лекарственной устойчивости. Известия Академии наук. Серия химическая. 2018; 4: 747–756. doi: https://doi.org/10.1007/s11172-018-2132-5

12. Congras A., Caillet N., Torossian N., Quelen C., Daugrois C., Brousset P. et al. Doxorubicin-induced loss of DNA topoisomerase II and DNMT1-dependent suppression of MiR-125b induces chemoresistance in ALK-positive cells. Oncotarget. 2018; 9 (18): 14539. doi: 10.18632/oncotarget. 24465.

13. El-Gowily A.H., Loutfy S.A., Ali E.M., Mohamed T.M., Mansour M.A. Tioconazole and chloroquine act synergistically to combat doxorubicininduced toxicity via inactivation of PI3K/AKT/mTOR signaling mediated ROS-dependent apoptosis and autophagic flux inhibition in MCF-7 breast cancer cells. Pharmaceuticals. 2021; 14 (3): 254. doi: 10.3390/ ph14030254.

14. Guo C., Wang Q., Zhang X., Lu F., Sun M., Zeng P. et al. Gelated Vorinostat with inner-lysosome triggered release for tumor-targeting chemotherapy. Colloids Surf B: Biointerfaces. 2020; 194: 111144. doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.111144.

15. Miyamoto K., Watanabe M., Boku S., Sukeno M., Morita M., Kondo H. et al. xCT inhibition increases sensitivity to vorinostat in a ROS-dependent manner. Cancers. 2020; 12 (4): 827. doi: 10.3390/cancers12040827.

16. Leone A., Roca M.S., Ciardiello C., Terranova-Barberio M., Vitagliano C., Ciliberto G. et al. Vorinostat synergizes with EGFR inhibitors in NSCLC cells by increasing ROS via up-regulation of the major mitochondrial porin VDAC1 and modulation of the c-Myc-NRF2-KEAP1 pathway. Free Radic Biol Med. 2015; 89: 287–299. doi: 10.1016/j.freeradbiomed. 2015.07.155.

17. Shim G.S., Manandhar S., Shin D.H., Kim T.H., Kwak M.K. Acquisition of doxorubicin resistance in ovarian carcinoma cells accompanies activation of the NRF2 pathway. Free Radic Biol Med. 2009; 47 (11): 1619–1631. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2009.09.006.

18. Lee S.J., Hwang S.O., Noh E.J., Kim D.U., Nam M., Kim J.H. et al. Transactivation of bad by vorinostat-induced acetylated p53 enhances doxorubicin-induced cytotoxicity in cervical cancer cells. Exp Mol Med. 2014; 46 (2): e76–e76. doi: 10.1038/emm.2013.149.

19. Zheng X., Naiditch J., Czurylo M., Jie C., Lautz T., Clark S. et al. Differential effect of long-term drug selection with doxorubicin and vorinostat on neuroblastoma cells with cancer stem cell characteristics. Cell Death Dis. 2013; 4 (7): e740–e740. doi: 10.1038/cddis.2013.264.

20. Lautz T.B., Jie C., Clark S., Naiditch J.A., Jafari N., Qiu, Y.Y. et al. The effect of vorinostat on the development of resistance to doxorubicin in neuroblastoma. PLoS One. 2012; 7 (7): e40816. doi: 10.1371/journal.pone. 0040816.

21. Pettke A., Hotfilder M., Clemens D., Klco-Brosius S., Schaefer C., Potratz J., Dirksen U. Suberanilohydroxamic acid (vorinostat) synergistically enhances the cytotoxicity of doxorubicin and cisplatin in osteosarcoma cell lines. Anticancer Drugs. 2016; 27 (10): 1001–1010. doi: 10.1097/CAD. 0000000000000418.

22. Patra S., Praharaj P.P., Klionsky D.J., Bhutia S.K. Vorinostat in autophagic cell death: a critical insight into autophagy-mediated,-associated anddependent cell death for cancer prevention. Drug Discov Today. 2022; 27 (1): 269–279. doi: 10.1016/j.drudis.2021.08.004.

23. Mollaeva M.R., Yabbarov N., Sokol M., Chirkina M., Mollaev M.D., Zabolotskii A., et al. Optimization, Characterization and Pharmacokinetic Study of Meso-Tetraphenylporphyrin Metal Complex-Loaded PLGA Nanoparticles. Int J Mol Sci. 2021; 22 (22): 12261. doi: 10.3390/ ijms222212261.

24. Zheng S., Wang W., Aldahdooh J., Malyutina A., Shadbahr T., Tanoli Z. et al. SynergyFinder Plus: Toward Better Interpretation and Annotation of Drug Combination Screening Datasets. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2022; 20 (3): 587–596. doi: 10.1016/j.gpb.2022.01.004.

25. Pawar A. Classification of breast cancer cell lines into subtypes based on genetic profiles [dissertation]. School of Informatics: Indiana University; 2015. Available from: https://scholarworks.iupui.edu/handle/1805/7912.

26. Jin Y., Zhang W., Wang H., Zhang Z., Chu C., Liu X., Zou Q. EGFR/HER2 inhibitors effectively reduce the malignant potential of MDR breast cancer evoked by P-gp substrates in vitro and in vivo. Oncology Reports. 2016; 35 (2): 771–778. doi: 10.3892/or.2015.4444.

27. Kumar P., Nagarajan A., Uchil P.D. Analysis of cell viability by the alamarblue assay. Cold Spring Harb Protoc. 2018; 2018 (6): pdbprot095489. doi: 10.1101/pdb.prot095489.

28. synergyfinder.org [internet]. SynergyFinder — User Documentation [cited 2022 August 7]. Available from: https://synergyfinder.fimm.fi/synergy/synfin_docs/.

29. Yadav B., Wennerberg K., Aittokallio T., Tang J. Searching for drug synergy in complex dose–response landscapes using an interaction potency model. Comput Struct Biotechnol J. 2015; 13: 504–513. doi: 10.1016/j.csbj. 2015.09.001.

30. Miladiyah I., Yuanita E., Nuryadi S., Jumina J., Haryana S.M., Mustofa M. Synergistic effect of 1, 3, 6-trihydroxy-4, 5, 7-trichloroxanthone in combination with doxorubicin on b-cell lymphoma cells and its mechanism of action through molecular docking. Curr Ther Res Clin Exp. 2020; 92: 100576. doi: 10.1016/j.curtheres.2020.100576.

31. Alsherbiny M.A., Bhuyan D.J., Low M.N., Chang D., Li C.G. Synergistic interactions of cannabidiol with chemotherapeutic drugs in mcf7 cells: Mode of interaction and proteomics analysis of mechanisms. Int J Mol Sci. 2021; 22 (18): 10103. doi: 10.3390/ijms221810103.

32. He L., Kulesskiy E., Saarela J., Turunen L., Wennerberg K., Aittokallio T., Tang J. Cancer systems biology. New York: Humana press; 2018; 351–398. doi: 10.1007/978-1-4939-7493-1_17.

33. Ramaswamy B., Sparano J.A. Targeting epigenetic modifications for the treatment and prevention of breast cancer. Curr Breast Cancer Rep. 2010; 2 (4): 198–207. doi: https://doi.org/10.1007/s12609-010-0027-z.

34. Lai C.J., Bao R., Tao X.U., Wang J., Atoyan R., Qu H. et al. CUDC-101, a multitargeted inhibitor of histone deacetylase, epidermal growth factor receptor, and human epidermal growth factor receptor 2, exerts potent anticancer activity. Cancer Res. 2010; 70 (9): 3647–3656. doi: 10.1158/0008- 5472.CAN-09-3360.

35. Jenie R.I., Handayani S., Susidarti R.A., Udin L.Z., Meiyanto E. The cytotoxic and antimigratory activity of Brazilin-doxorubicin on MCF-7/HER2 cells. Ad Pharm Bull. 2018; 8 (3): 507. doi: 10.15171/apb. 2018.059.

36. Tang F., Choy E., Tu C., Hornicek F., Duan Z. Therapeutic applications of histone deacetylase inhibitors in sarcoma. Cancer Treat Rev. 2017; 59: 33–45. doi: 10.1016/j.ctrv.2017.06.006.

37. Sampson E.R., Amin V., Schwarz E.M., O'Keefe R.J., Rosier R.N. The histone deacetylase inhibitor vorinostat selectively sensitizes fibrosarcoma cells to chemotherapy. J Orthop Res. 2011; 29 (4): 623–632. doi: 10.1002/ jor.21274.

38. Malik M.A., Lone S.A., Wani M.Y., Talukdar M.I.A., Dar O.A., Ahmad A., Hashmi A.A. S-benzyldithiocarbazate imine coordinated metal complexes kill Candida albicans by causing cellular apoptosis and necrosis. Bioorg Chem. 2020; 98: 103771. doi: 10.1016/j.bioorg.2020.103771.