Effect of radiation on cytokine and cytokine receptor messenger-RNA profiles in p53 wild and mutated human glioblastoma cell lines [CIM

Effect of radiation on cytokine and cytokine receptor messenger-RNA profiles in p53 wild and mutated human glioblastoma cell lines

Don Yee, MD*
Chunhai Hao, MD, PhD†
Hannah C. Cheung, BSc*
Hua T. Chen†
Laith Dabbagh†
John Hanson, MSc‡
Robert Coupland, MD†
Kenneth C. Petruk, MD§
Dorcas Fulton, MD*
Wilson H. Roa, MD*

Clin Invest Med 2001;24(2):76-82

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Abstract

Objective: Glioblastoma cells produce cytokines with proinflammatory or immunosuppressive properties, or both, which, in addition to altered p53 gene expression, have been shown to be associated with glioblastoma resistance to radiotherapy. The reported data concerning cytokines have been isolated and sometimes discordant, and a comprehensive profile analysis of cytokines and their corresponding receptors in irradiated glioblastomas has received limited attention. The object of this study was to test the hypothesis that radiation alone in clinically relevant doses would not significantly alter expression of endogenous cytokines and their receptors in human glioblastoma celll ines with wild-type and mutant p53.

Design and method: Culture specimens of 4 glioblastoma cell lines of different p53 gene expression (U87, U118, U251, U373) were irradiated with cobalt 60 at a dose of 10 Gy. After 48 hours, radiosensitivity was defined through a colony formation assay, cell cycle distribution was analyzed by flow cytometry, and cytokine and cytokine receptor messenger-RNA (mRNA) profiles were defined with an RNase protection assay. Different single doses of radiation at varying time intervals after culture were applied also to wild-type p53 cell lines.

Results: All cell lines were relatively radioresistant at lower doses of 1 and 2 Gy. Immunosuppressive cytokine and cytokine receptor mRNA of the Th2 (IL-13R*, IL-4) and Th3 family (TGF-ß1, 2 and 3, TGF-ßRI and RII) were expressed. In contrast, only 2 proinflammatory Th1 cytokine receptor genes (IFN-*Ra and IFN-*Rß), but no significant Th1 cytokine gene expression, were detected. Even though the population examined included a large fraction of reproductively dead cells, cytokine and cytokine receptor mRNA profiles were not altered significantly by irradiation in all cell lines, regardless of the p53 status.

Conclusion: These results suggest that cobalt irradiation alone at clinically relevant doses does not significantly alter the cytokine and cytokine receptor profiles in human glioblastoma cell lines.

Résumé

Objectif : Les cellules de glioblastome produisent des cytokines aux caractéristiques pro-inflammatoires ou immunosuppressives, ou les deux, et qui, sans compter qu'elles modifient l'expression du gène p53, sont associées à la résistance du glioblastome à la radiothérapie. Les données sur les cytokines qui ont fait l'objet de rapports sont isolées et parfois divergentes et une analyse détaillée du profil des cytokines et de leur récepteurs correspondants dans des glioblastomes irradiés a attiré peu d'attention. La présente étude visait à vérifier l'hypothèse selon laquelle la radiothérapie administrée à des doses pertinentes sur le plan clinique ne modifierait pas de façon significative, à elle seule, l'expression des cytokines endogènes et de leurs récepteurs dans les lignées de cellules de glioblastome humain comportant un gène p53 du type sauvage et mutant.

Conception et méthode : On a irradié avec du cobalt 60 à une dose de 10 Gy des spécimens de culture de quatre lignées de cellules de glioblastome présentant une expression différente du gène p53 (U87, U118, U251, U373). Après 48 heures, on a défini la radiosensibilité au moyen d'une épreuve de formation de cellules souches, analysé la répartition du cycle cellulaire par cytométrie de flux et défini au moyen d'une épreuve de protection de la RNase les profils de l'ARN messager (ARNm) des cytokines et de leurs récepteurs. On a appliqué à des lignées de cellules p53 du type sauvage des doses uniques différentes de rayonnement à intervalles différents après les cultures.

Résultats : Toutes les lignées de cellules étaient relativement radiorésistantes à des doses plus faibles de 1 et 2 Gy. Des cytokines immunosuppressives et l'ARNm de récepteurs de cytokines des familles Th2 (IL-13R*, IL-4) et Th3 (TGF-ß1, 2 et 3, TGF-ßRI et RII) ont été exprimés. Par ailleurs, on a détecté seulement deux gènes des récepteurs des cytokines Th1 pro-inflammatoires (IFN-*R* et IFN-*Rß), mais aucune expression importante des gènes des cytokines Th1. Même si la population analysée incluait une fraction importante de cellules mortes pour la reproduction, l'irradiation n'a pas modifié considérablement les profils de l'ARNm des cytokines et des récepteurs de cytokines dans toutes les lignées de cellules, sans égard à l'état du gène p53.

Conclusion : Ces résultats indiquent que l'irradiation au cobalt à des doses pertinentes sur le plan clinique ne modifie pas de façon significative, à elle seule, les profils des cytokines et des récepteurs des cytokines des lignées de cellules du glioblastome humain.

*Department of Oncology, †Department of Laboratory Medicine and Pathology, ‡Division of Epidemiology, and §Department of Surgery, Cross Cancer Institute/University of Alberta, Edmonton, Alta.

Medical subject headings: cell line; cytokine receptor; cytokines; genes, p53; glioblastoma; mutation; radiation; radiotherapy; RNA, messenger; tumour cells, cultured; tumour necrosis factor

(Original manuscript submitted Nov. 8, 2000; received in revised form Jan. 22, 2001; accepted Jan. 22, 2001)

Reprint requests to: Dr. Wilson H. Roa, Department of Radiation Oncology, Cross Cancer Institute, 11560 University Ave., Edmonton AB T6G 1Z2; fax 780 432-8380, wilson.roa@cancerboard.ab.ca