Ο ρόλος των αυξητικών παραγόντων και μορίων του εξωκυττάριου χώρου στους όγκους μεσεγχυματικής προέλευσης
Authors: Παπουτσιδάκης Αντώνιος 
Published: September 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στη μελέτη των μηχανισμών λειτουργίας των όγκων μεσεγχυματικής προέλευσης. Τα σαρκώματα είναι ένας τύπος καρκίνου που προέρχεται από μετασχηματισμένα κύτταρα μεσεγχυματικής προέλευσης και μπορούν να αναπτυχθούν σε οποιονδήποτε τύπο συνδετικού ιστού, όπως στα οστά, τους χόνδρους, τα αγγεία ή το αίμα. Αυτοί οι πρωτογενείς όγκοι του συνδετικού ιστού χωρίζονται σε δύο κατηγορίες βάσει του ιστού και του τύπου των κυττάρων από τα οποία προέρχεται ο όγκος: τα σαρκώματα των οστών, όπως το οστεοσάρκωμα και το χονδροσάρκωμα, και τα σαρκώματα των μαλακών ιστών, όπως το ινοσάρκωμα. Σε αυτή τη μελέτη, στοχεύσαμε στον εντοπισμό των οδών σηματοδότησης που συμμετέχουν στην εξέλιξη του σαρκώματος σε τρεις διαφορετικές ανθρώπινες κυτταρικές σειρές, οστεοσάρκωμα (MG63), χονδροσάρκωμα (HTB94) και ινοσάρκωμα (HT1080) αντίστοιχα. Τα κύτταρα των όγκων αυτών παράγουν διαφορετική εξωκυττάρια θεμέλια ουσία (ECM) συγκριτικά με τους φυσιολογικούς ιστούς και αλληλεπιδρούν με αυτή προκειμένου να ρυθμίσουν τις κυτταρικές τους λειτουργίες. Η ECM αποτελεί ένα πολύπλοκο δίκτυο πρωτεογλυκανών, ινωδών πρωτεϊνών και υαλουρονικού οξέος και έχει στηρικτικό και προστατευτικό ρόλο για τα κύτταρα εντός των ιστών. Επίσης, η ECM δημιουργεί και μεταφέρει πολλαπλά σύνθετα ερεθίσματα στα κύτταρα επηρεάζοντας τη συμπεριφορά τους και τις λειτουργίες τους, αφού αποτελεί μια δεξαμενή αυξητικών παραγόντων όπως ο αυξητικός παράγοντας μετασχηματισμού β (TGF-β) ή ο ινσουλινόμορφος αυξητικός παράγοντας Ι (IGF-I) και άλλων σημαντικών βιολογικά μακρομορίων που είναι αποδεδειγμένο ότι επηρεάζουν την κυτταρική συμπεριφορά. Οι πρωτεογλυκάνες είναι μόρια που αποτελούνται από γλυκοζαμινογλυκανικές αλυσίδες (GAGs), ομοιοπολικά συνδεδεμένες σε ένα πρωτεϊνικό κορμό. Οι πρωτεΐνες αυτές υφίστανται πολλές μεταμεταφραστικές τροποποιήσεις και έχουν την ικανότητα να επηρεάζουν τις κυτταρικές λειτουργίες και την πρόοδο ενός όγκου μέσω διαφορετικών μονοπατιών. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι οι πρωτεογλυκάνες εντοπίζονται στην κυτταρική επιφάνεια, αλλά εκκρίνονται επίσης στην ECM, όπως μικρές πρωτεογλυκάνες πλούσιες σε λευκίνη (SLRPs). Αυτή η άμεση αλληλεπίδραση με το εξωκυττάριο περιβάλλον τους δίνει την ικανότητα να μεταβιβάζουν πληροφορίες από την ECM στα κύτταρα και τελικά ενεργούν ως μόρια σηματοδότησης που ελέγχουν τις κυτταρικές λειτουργίες, όπως πολλαπλασιασμό, μετανάστευση, διαφοροποίηση και περαιτέρω σύνθεση ECM. Αυτή η άμεση επαφή τους με το εξωκυττάριο περιβάλλον τους δίνει την ικανότητα να μεταβιβάζουν τις εξωκυττάριες αλλαγές εντός του κυττάρου και τελικά να λειτουργούν ως σηματοδοτικά μόρια που ελέγχουν τις κυτταρικές λειτουργίες, όπως ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός, η εναπόθεση οργανικής εξωκυττάριας ουσίας, η κυτταρική μετανάστευση και ο κυτταρικός μετασχηματισμός. Έχει δειχθεί πως οι SLRPs συχνά αλληλεπιδρούν με υποδοχείς κινάσης τυροσίνης και αυτός είναι ένας από τους βασικούς μηχανισμούς δράσης τους στα κύτταρα ώστε να επηρεάσουν την κατάντη σηματοδότηση των υποδοχέων και συνεπώς τα ενδοκυττάρια μονοπάτια που ρυθμίζουν την κυτταρική συμπεριφορά. Πιο συγκεκριμένα, κάποιες SLRPs, όπως η διγλυκάνη και η λουμικάνη, εμπλέκονται λειτουργικά στη φυσιολογική ανάπτυξη των οστών και την ομοιόσταση και έχουν ειδικούς ρόλους σε όλες τις φάσεις σχηματισμού των οστών. Επίσης, διαμεμβρανικές πρωτεογλυκάνες, όπως η συνδεκάνη 2, έχουν σημαντικούς ρόλους στη ρύθμιση των κυτταρικών λειτουργιών στο ινοσάρκωμα αλλά και άλλους καρκινικούς τύπους. Επομένως, ως ρυθμιστές των σηματοδοτικών μορίων και γενικότερα μονοπατιών, οι πρωτεογλυκάνες μπορούν να λειτουργήσουν ως μόρια-στόχοι, καθώς η τοποθεσία και η λειτουργία τους παρέχουν προσβασιμότητα για αποτελεσματική θεραπευτική παρέμβαση ή διάγνωση παθολογικών καταστάσεων. Ο IGF-I είναι μια γνωστή αναβολική ορμόνη, με ισχυρά αποδεδειγμένες ογκογόνες ιδιότητες, και για την πλειοψηφία των λειτουργιών που επιτελεί δρα μέσω δύο κύριων σηματοδοτικών μονοπατιών, αυτό του PI3K/Akt (phosphoinositide 3-kinase/serine/threonine kinase Akt) και του MAPK (mitogen-activated protein kinase). Η διγλυκάνη, μια SLRP, έχει ενεργό ρόλο στη ρύθμιση της ανάπτυξης και της ομοιόστασης των οστών. Στην παρούσα μελέτη δείξαμε ότι η διγλυκάνη ρυθμίζει θετικά την ανάπτυξη των κυττάρων του ανθρώπινου οστεοσαρκώματος. Ο αυξητικός παράγοντας IGF-I φαίνεται να αυξάνει την έκφραση της διγλυκάνης, ενώ τα ελλιπή κύτταρα σε αυτή την πρωτεογλυκάνη έχουν μειωμένους βασικούς και εξαρτώμενους από IGF-I πολλαπλασιαστικούς ρυθμούς. Επιπλέον, τα κύτταρα αυτά δείχνουν μειωμένα επίπεδα φωσφορυλίωσης και συνεπώς ενεργοποίησης του υποδοχέα του IGF-I, IGF-IR. Προηγούμενα πειράματα έχουν δείξει ότι η διγλυκάνη ρυθμίζει το μονοπάτι Wnt/β-κατενίνης, ενώ τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η διγλυκάνη αυξάνει την έκφραση της β-κατενίνης σε όλα τα κυτταρικά διαμερίσματα, λόγω του συνεντοπισμού της με τον συνυποδοχέα του Wnt μονοπατιού, LRP6. Αυτή η αλληλεπίδραση οδηγεί σε μειωμένους ρυθμούς αποδόμησης της β-κατενίνης στο κυτταρόπλασμα, με αποτέλεσμα τη μεταφορά της στον πυρήνα και την ενεργοποίηση γονιδίων-στόχων που ρυθμίζουν τον κυτταρικό κύκλο. Εκτός αυτού, έχουμε δείξει μια αλληλεπίδραση μεταξύ της β-κατενίνης και του ενεργοποιημένου IGF-IR, η οποία αυξάνεται κατά τη χορήγηση της εξωγενούς διγλυκάνης στα MG63 κύτταρα. Παράλληλα, μείωση στην έκφραση της διγλυκάνης ανέστειλε σημαντικά τόσο τη βασική όσο και από τον IGF-I επαγόμενη ενεργοποίηση ERK1/2, μορίου που μεσολαβεί τη σηματοδότηση του IGF-I, όπως έχει ήδη αναφερθεί. Συνολικά, η διγλυκάνη, μέσω ενός άξονα σηματοδότησης των μορίων LRP6/IGF-IR/β-κατενίνης, ενισχύει την ανάπτυξη των κυττάρων του οστεοσαρκώματος MG63. Στο επόμενο μέρος της μελέτης, αποδείχθηκε ότι η λουμικάνη είναι η κύρια εκφραζόμενη και εκκρινόμενη SLRP σε HTB94 κύτταρα του ανθρώπινου χονδροσαρκώματος, ενώ η ντεκορίνη και η διγλυκάνη εκφράζονται ελάχιστα. Η λουμικάνη επηρεάζει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό θετικά, αφού HTB94 κύτταρα ελλιπή σε λουμικάνη εμφανίζουν μειωμένους βασικούς και εξαρτώμενους από IGF-I πολλαπλασιαστικούς ρυθμούς. Η ογκογόνος δράση του IGF-I μεσολαβείται από τον υποδοχέα του IGF-IR, ο οποίος εμφανίζει μειωμένη ενεργοποίηση σε κύτταρα ελλιπή σε λουμικάνη. Επιπλέον, τα επίπεδα της λουμικάνης επηρεάζουν την ενεργοποίηση ERK1/2, που φαίνεται να είναι απαραίτητος μεσολαβητής της εξαρτώμενης από IGF-I ανάπτυξης των κυττάρων HTB94. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνονται και εξετάζοντας την έκφραση γονιδίων που ρυθμίζουν τον κυτταρικό κύκλο, αφού κύτταρα ελλιπή σε λουμικάνη έχουν αυξημένα επίπεδα έκφρασης του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53.Τέλος, μελετήσαμε τη δράση του IGF-I στα κύτταρα του ινοσαρκώματος HT1080 και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ενισχύει τη μεταναστευτική τους ικανότητα. Η διαμεμβρανική πρωτεογλυκάνη συνδεκάνη 2 (SDC2) φαίνεται να δρα σαν συνυποδοχέας του IGF-I αφού συνεντοπίζεται με τον IGF-IR. Καταστολή της έκφρασης της συγκεκριμένης πρωτεογλυκάνης μείωσε την εξαρτώμενη από IGF-I μετανάστευση των κυττάρων. Για να μελετήσουμε τον τρόπο με τον οποίο η SDC2 επηρεάζει τη σηματοδότηση και κατά συνέπεια την κυτταρική μετανάστευση μέσω του IGF-I, εξετάσαμε την επίδρασή της στην ενεργοποίηση του ERK1/2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η SDC2 είναι απαραίτητη για τη φωσφορυλίωση του και ότι ο ERK1/2 είναι αναγκαίος για την επαγόμενη από IGF-I μετανάστευση των HT1080. Επίσης, μελετήσαμε την ezrin, μια πρωτεΐνη που συνδέει μεμβρανικούς υποδοχείς με τον κυτταροσκελετό και έχει βρεθεί να συνεντοπίζεται με την SDC2. Ο συνεντοπισμός των δύο αυτών μορίων επιβεβαιώθηκε και στα κύτταρα ινοσαρκώματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η φωσφορυλίωση της ezrin επηρεάζεται από τον IGF-I. Επομένως, η SDC2 διευκολύνει την επαγόμενη από IGF-I κυτταρική μετανάστευση στο ινοσάρκωμα. Με τους παραπάνω μηχανισμούς αναδεικνύεται σε μεγάλο βαθμό η συμμετοχή των πρωτεογλυκανών στην πρόοδο των όγκων μεσεγχυματικής προέλευσης και η αλληλεπίδραση τους με το σηματοδοτικό μονοπάτι του IGF-I, ώστε τελικά να ρυθμιστούν βασικές λειτουργίες αυτών των καρκινικών κυττάρων.