Defining the mechanism of action of CHUK/ΙΚΚα kinase and additional lung-specific protein kinases in lung cancer
Authors: Μπέστα Σιμώνη 
Published: November 2024

Ο καρκίνος του πνεύμονα αποτελεί την κύρια αιτία θανάτου από καρκίνο και είναι ο δεύτερος συχνότερος τύπος καρκίνου παγκοσμίως. Παρά την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων, όπως οι ανοσοθεραπείες και οι φαρμακολογικοί αναστολείς της ογκοπρωτεΐνης KRAS, τα ποσοστά πενταετούς επιβίωσης παραμένουν χαμηλά. Κλινικά διαχωρίζεται σε μικροκυτταρικό (SCLC) και μη-μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα (NSCLC). Ο πιο συχνά εμφανιζόμενος τύπος NSCLC (70%) αποτελεί το αδενοκαρκίνωμα του πνεύμονα (LUAD). Η ανάπτυξη του LUAD προάγεται μέσω της απορρύθμισης διαφόρων σηματοδοτικών πορειών, μεταξύ των οποίων και οι σηματοδοτικές πορείες του NF-κB. Οι σηματοδοτικές πορείες του NF-κB ρυθμίζουν την φλεγμονώδη αντίδραση, ενώ η ανεξέλεγκτη ενεργοποίηση τους σε καρκινικά κύτταρα προάγει διαδικασίες όπως η κυτταρική επιβίωση, ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός, η μετανάστευση και η αγγειογένεση. Η κινάση ΙΚΚα είναι βασικός ρυθμιστής των σηματοδοτικών πορειών του NF-κB και παρουσιάζει πλειοτροπική δράση στον καρκίνο, λειτουργώντας ως ογκογόνα ή ογκοκατασταλτική πρωτεϊνη σε διαφορετικούς τύπους καρκίνου. Ο καρκίνος του πνεύμονα συχνά χαρακτηρίζεται από απώλεια ή μειορύθμιση ογκοκασταλτικών κινασών, όπως οι κινάσες LKB1, LATS1/2 και ΙΚΚα. Συγκεκρίμενα, η ΙΚΚα έχει ογκοκατασταλτικό ρόλο στον καρκίνο του πνεύμονα, καθώς η απαλοιφή της προάγει ένα ανοσοκατασταλτικό μικροπεριβάλλον του όγκου, και καταστέλλει την κυτταρική γήρανση. Επιπλέον, η απαλοιφή της ΙΚΚα προάγει την ενεργοποίηση του παράγοντα υποξίας HIF-1α και την έκφραση των γονιδίων στόχων του, προωθώντας την ανάπτυξη του όγκου σε συνθήκες υποξίας.Στόχος της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η εύρεση νέων ογκοκατασταλτικών μηχανισμών δράσης της ΙΚΚα στο αδενοκαρκίνωμα του πνεύμονα (LUAD). Αρχικά, πραγματοποιήθηκε συν-ανοσοκατακρήμνιση πρωτεϊνών που αλληλεπιδρούν με την ΙΚΚα, και ακολούθησε ανάλυση τους μέσω φασματομετρίας μάζας. Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων κατέδειξε εμπλουτισμό σε πρωτεΐνες που συμμετέχουν στις διαδικασίες ματίσματος και μεταβολισμού του mRNA. Συγκεκριμένα, η ΙΚΚα αλληλεπιδρά με την ATP-εξαρτώμενη RNA ελικάση eIF4A3. Η eIF4A3 συμμετέχει στο σύμπλοκο exon junction complex (EJC), όπου ρυθμίζει το σωστό μάτισμα mRNA, τη μεταφορά των mRNA στο κυτταρόπλασμα και την αποικοδόμηση τους μέσω της πορείας nonsense-mediated mRNA decay (NMD). Η πρωτεΐνη αυτή εμφανίζει ογκογόνες δράσεις σε διάφορους τύπους καρκίνου, μέσω της ρύθμισης των μηχανισμών του ματίσματος, της ριβοσωμικής βιογένεσης και της αυτοφαγίας, ενώ συχνά υπερεκφράζεται σε καρκινικούς ιστούς. Η πρωτεϊνική αλληλεπίδραση ΙΚΚα-eIF4A3 λαμβάνει μέρος κυρίως στον πυρήνα, ενώ η δράση κινάσης της ΙΚΚα δεν είναι αναγκαία για την δημιουργία της αλληλεπίδρασης. Επιπλέον, μέσω δοκιμασιών δράσης κινάσης in vitro, δεν βρέθηκε πιθανή φωσφορυλίωση της eIF4A3 από την ΙΚΚα. Για τον περαιτέρω χαρακτηρισμό του μηχανισμού δράσης της ΙΚΚα στη ρύθμιση του ματίσματος του RNA, πραγματοποιήθηκε βαθιά αλληλούχιση RNA από κυτταρικές σειρές ΙΚΚαKO. Ο NSCLC χαρακτηρίζεται από αυξημένα ποσοστά εναλλακτικού ματίσματος, ενώ η δυσλειτουργία των μηχανισμών του ματίσματος εμπλέκεται στην ανάπτυξη του. Η ανάλυση του μεταγραφώματος ταυτοποίησε εναλλακτικές ισομορφές διαφόρων γονιδίων, με εμπλουτισμό σε γονίδια που κωδικοποιούν ριβοσωμικές υπομονάδες. Επιπλέον, ταυτοποιήθηκαν νέες μη-χαρακτηρισμένες αλληλουχίες mRNAs, οι οποίες θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν ως νεοαντιγονικοί στόχοι.Ένας επιπλέον ρόλος της πρωτεΐνης eIF4A3 είναι η ρύθμιση της ριβοσωμικής βιογένεσης. Τα καρκινικά κύτταρα έχουν αυξημένες απαιτήσεις για τη σύνθεση πρωτεϊνών, καθώς ο ρυθμός πολλαπλασιασμού τους είναι υψηλός. Για το λόγο αυτό, η βιογένεση των ριβοσωμάτων είναι επίσης αυξημένη στα καρκινικά κύτταρα. Μέσω δοκιμασιών ριβοσωμικής βιογένεσης, δείξαμε πως οι κυτταρικές σειρές ΙΚΚαΚΟ παρουσιάζουν υψηλότερα ποσοστά μετάφρασης, ενώ η έκφραση και ωρίμανση των διαφορετικών rRNAs βρέθηκε απορυθμισμένη. Έπειτα από την αναστολή της ριβοσωμικής βιογένεσης μέσω στρεσογόντων παραγόντων, παρατηρήθηκε μειωμένη ενεργοποίηση των p53 και p21. Εν συνέχεια, οι κυτταρικές σειρές ΙΚΚαΚΟ παρουσίασαν αυξημένη χημειοανθεκτικότητα έπειτα από τη χορήγηση χημειοθεραπευτικών. Τέλος, πρωτεομική ανάλυση φασματομετρίας μάζας ολικών εκχυλισμάτων κυττάρων ΙΚΚαΚΟ κατέδειξε την αυξημένη έκφραση πρωτεϊνών που συμμετέχουν σε μεταβολικά μονοπάτια και στο μεταβολισμό της γλουταθειόνης, ενώ παρατηρήθηκε μειωμένη έκφραση ριβοσωμικών πρωτεϊνών και πρωτεϊνών που συμμετέχουν στο μάτισμα και στην ωρίμανση των rRNAs. Συμπερασματικά, η μελέτη αυτή καταδεικνύει ένα νέο ογκοκατασταλτικό μηχανισμό της κινάσης ΙΚΚα μέσω της αλληλεπίδρασης και ρύθμισης πρωτεϊνών του συμπλόκου EJC, και συγκεκριμένα την ελικάση eIF4A3, συμβάλλοντας έτσι στη ρύθμιση του εναλλακτικού ματίσματος και της ριβοσωμικής βιογένεσης. Μέσω των λειτουργειών αυτών, η ΙΚΚα πιθανώς ρυθμίζει αρνητικά τη δημιουργία αντίστασης στη χημειοθεραπεία στο NSCLC. Συνεπώς, αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν έναν νέο ρόλο της IKKα στο μάτισμα του RNA που μπορεί να επηρεάσει την έκφραση γονιδίων και τη λειτουργία πρωτεϊνών.