Η συμμετοχή του υποδοχέα CD44 και των βιοσυνθετικών και καταβολικών ενζύμων του υαλουρονικού οξέος στον καρκίνο του παχέος εντέρου
Authors: Μπούγα Ελένη 
Published: August 2021

Ο καρκίνος του παχέος εντέρου είναι από τους συνηθέστερους σε συχνότητα εμφάνισης καρκίνος παγκοσμίως. Κατά την εξέλιξή του η πρώτη διαταραχή που παρατηρείται είναι ο σχηματισμός υπερπλασίας στην επιθηλιακή επιφάνεια του εντέρου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να σχηματίζονται αδενώματα, τα οποία αυξάνονται σε μέγεθος και σε αριθμό, χωρίς όμως να διηθούν τις γειτονικές δομές. Ορισμένα αδενώματα μπορούν να εξελιχθούν σε καρκίνο in situ και τελικά σε διηθητικό καρκίνο. Ο εξωκυττάριος χώρος περιβάλλει τα κύτταρα και υποστηρίζει την ανάπτυξή τους εντός των ιστών. Συγκεκριμένα τα μόρια του εξωκυττάριου χώρου αλληλεπιδρούν με τα κύτταρα, τα σηματοδοτούν και επηρεάζουν σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες, όπως η αναγνώριση μεταξύ των κυττάρων, η κυτταρική προσκόλληση, η μετανάστευση, ο πολλαπλασιασμός και η διαφοροποίηση. Σε καρκινικές καταστάσεις λαμβάνουν χώρα δομικές αλλαγές στη σύνθεση και αποδόμηση του εξωκυττάριου χώρου, οδηγώντας σε αυξημένη εναπόθεση μορίων στο χώρο. Καθώς τα φυσιολογικά κύτταρα γίνονται καρκινικά ο εξωκυττάριος χώρος τροποποιείται και αναπλάθεται κατά τέτοιο τρόπο που προάγει την έκκριση μορίων, τα οποία ευνοούν τον περαιτέρω πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων και προάγουν διεργασίες όπως είναι η διήθηση και η μετάσταση. Ο εξωκυττάριος χώρος, επομένως, είναι αυτός που παρέχει στα καρκινικά κύτταρα σήματα επιβίωσής τους, όπως ο πολλαπλασιασμός, η κινητικότητα, η διήθηση και η μετάσταση. Το υαλουρονικό είναι κύριο συστατικό του εξωκυττάριου χώρου, όπου συμμετέχει σε πληθώρα μοριακών λειτουργιών που συμβάλλουν τόσο στα δομικά χαρακτηριστικά των ιστών όσο και στην κυτταρική συμπεριφορά κατά τη διάρκεια του σχηματισμού ή της αναδιοργάνωσης των ιστών. Τα περισσότερα είδη καρκίνου χαρακτηρίζονται από αυξημένη συσσώρευση υαλουρονικού. Στις περισσότερες φυσιολογικές βιολογικές διεργασίες απαντώνται συνήθως μεγάλα μόρια υαλουρονικού, ενώ σε καρκινικές καταστάσεις συναντώνται κυρίως μικρότερα μόρια υαλουρονικού, τα οποία θεωρούνται ότι διευκολύνουν την κινητικότητα των καρκινικών κυττάρων και τη διήθησή τους. Στην παραγωγή μορίων υαλουρονικού καταλυτικό ρόλο παίζουν τα βιοσυνθετικά του μόρια, οι συνθάσες του υαλουρονικού (HAS1, HAS2, HAS3), και τα καταβολικά του μόρια, οι υαλουρονιδάσες (Hyal-1, -2, -3, PH-20). Οι τρεις συνθάσες, ενώ έχουν μεγάλη ομολογία στην αλληλουχία τους, διαφέρουν στα μεγέθη των μορίων υαλουρονικού που συνθέτουν. Οι υαλουρονιδάσες έχουν επίσης μεγάλη ομολογία μεταξύ τους, είναι μεταγραφικά ενεργές και η έκφρασή τους εξαρτάται από το είδος του ιστού στον οποίο εκφράζονται. Κατά την καρκινική εξέλιξη παρατηρείται διαφοροποιημένη έκφραση των συνθασών και μάλιστα η μεταγραφική ρύθμιση των γονιδίων τους επιτρέπει στα κύτταρα να διαμορφώνουν το εξωκυττάριο περιβάλλον έτσι ώστε να ευνοείται η καρκινική εξέλιξη και η μετάσταση. Επιπρόσθετα, έχει δειχτεί σε πληθώρα μελετών διαφοροποιημένη έκφραση των υαλουρονιδασών στον καρκίνο, κάτι το οποίο υποδηλώνει ότι τα καρκινικά κύτταρα χρησιμοποιούν την υαλουρονιδάση για τη διάσπαση του υαλουρονικού στους ιστούς και διευκολύνουν με τον τρόπο αυτό την καρκινική διήθηση. Επιπλέον, απώλεια της υαλουρονολυτικής δραστικότητας οδηγεί σε συσσώρευση του υαλουρονικού, όπου μπορεί να είναι ένα από τα στάδια που απαιτείται από τα κύτταρα κατά τη διάρκεια της καρκινογένεσης. Τα παραπάνω μόρια εμπλέκονται στο μεταβολισμό του υαλουρονικού, και έτσι στην ανάπλαση του εξωκυττάριου υλικού, στις αλληλεπιδράσεις κυττάρου-εξωκυττάριου χώρου και πιθανότατα να αποτελούν κρίσιμους παράγοντες στην εξέλιξη της νόσου. Βάσει των παραπάνω δεδομένων και της εκτεταμένης μελέτης που πραγματοποιείται σχετικά με την εμπλοκή του υαλουρονικού σε μηχανισμούς εξέλιξης, διήθησης και μετάστασης πολλών ειδών καρκίνου, κρίθηκε σκόπιμη στην παρούσα διατριβή η μελέτη της σταδιο-εξαρτώμενης έκφρασης, τόσο σε μεταγραφικό όσο και σε πρωτεϊνικό επίπεδο, των μορίων που σχετίζονται με το μεταβολισμό του υαλουρονικού (συνθάσες του υαλουρονικού, υαλουρονιδάσες, κυτταρικός υποδοχέας-CD44) στον καρκίνο του παχέος εντέρου. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η συμμετοχή των συνθασών του υαλουρονικού (HAS1, HAS2, HAS3), των υαλουρονιδασών [Hyal-1, -2, -3, PH-20, Hyal-1(V2-V5) και Hyal-3(V2-V3)] καθώς και του υποδοχέα CD44 (CD44s και CD44-variants) σε διαφορετικά στάδια εξέλιξης του καρκίνου του παχέος εντέρου. Στα παραπάνω μόρια πραγματοποιήθηκε μελέτη της έκφρασής τους σε επίπεδο mRNA και σε επίπεδο πρωτεΐνης σε μακροσκοπικώς φυσιολογικούς και καρκινικούς ιστούς καθώς και σε καρκινικές κυτταρικές σειρές παχέος εντέρου. Η έκφραση των μορίων επιβεβαιώθηκε με ανοσοϊστοχημική ανάλυση. Κατά τη διάρκεια της καρκινικής εξέλιξης, οι δράσεις των συνθασών του υαλουρονικού και των υαλουρονιδασών προσδίδουν μόρια υαλουρονικού μικρής ή μεγάλης μοριακής μάζας, καθένα από τα οποία έχει την ικανότητα να προσδένεται διαφορετικά στον CD44 και να ρυθμίζει τη δράση του. Επιπλέον, η ύπαρξη μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων και εναλλακτικού ματίσματος του υποδοχέα προσδίδει ακόμη μεγαλύτερη πολυπλοκότητα στη δράση του. Στον καρκίνο του παχέος εντέρου έχει δειχτεί, in vitro και in vivo, συσχέτιση της δράσης του υποδοχέα με τη δράση των ενζύμων μεταβολισμού του υαλουρονικού, όπου υπερέκφραση του γονιδίου της HAS2 οδηγεί σε ταχύτερο πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων, ενώ η υπερέκφραση του γονιδίου της Hyal-1 καταστέλλει το ρυθμό πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων. Οι μελέτες που πραγματοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή συνδέουν την υπερέκφραση του γονιδίου της HAS2 με τη μειορύθμιση του γονιδίου της Hyal-1 και του CD44 με την πρόοδο του καρκινικού σταδίου. Επιπλέον, η απώλεια πρωτεϊνικής έκφρασης των Hyal-1, -2 και -3 σε συνδυασμό με την υπερέκφραση των γονιδίων των HAS1 και HAS3 στα αρχικά καρκινικά στάδια προσδίδει στα καρκινικά κύτταρα πλούσιο σε υαλουρονικό περιβάλλον που ενεργοποιεί τον πολλαπλασιασμό, την κινητικότητα και τη μεταστατική εξάπλωση. Τα μόρια υαλουρονικού συσσωρεύονται στο χώρο και οδηγούν στο σχηματισμό δικτύων υαλουρονικού που γεφυρώνουν τα μόρια CD44 που εκφράζονται από τα καρκινικά κύτταρα, δεσμεύονται σε αυτόν και σηματοδοτούνται με τον τρόπο αυτό μονοπάτια που προάγουν την εξέλιξη του καρκίνου του παχέος εντέρου. Ιδιαίτερη πολυπλοκότητα στις παραπάνω δράσεις προσδίδει το εναλλακτικό μάτισμα του υποδοχέα. Η διαφορετική έκφραση συγκεκριμένων εναλλακτικά ματισμένων μορφών του στις διαφορετικής μεταστατικότητας καρκινικές κυτταρικές σειρές, επιβεβαιώνει αφενός μεν το εναλλακτικό μάτισμα του υποδοχέα στον καρκίνο, αφετέρου δε συσχετίζει την επιθετικότητα του καρκίνου του παχέος εντέρου με ορισμένες ισομορφές του (CD44v3,v7-v10, v8-v9, v8-v10), η έκφραση των οποίων επηρεάζεται διαφορετικά από την παρουσία ή μη ορού. Γνωρίζοντας ότι οι αυξητικοί παράγοντες και οι κυτταροκίνες, που απελευθερώνονται από τα καρκινικά, και όχι μόνο, κύτταρα πυροδοτούν σηματοδοτικά γεγονότα τα οποία ενισχύουν την εναπόθεση μορίων στον εξωκυττάριο χώρο και ενεργοποιούν την έκφραση του CD44 από τα καρκινικά κύτταρα, κρίνεται ότι η έκφραση των συγκεκριμένων ισομορφών στα υψηλής μεταστατικότητας κύτταρα ευνοείται από την παρουσία των παραγόντων αυτών στον ορό. Η σύνθεση και αποικοδόμηση διαφορετικών μορίων υαλουρονικού από τα ένζυμα καταβολισμού του οδηγούν σε αλληλεπίδραση με τον υποδοχέα του, ο οποίος ανάλογα με τις ανάγκες των καρκινικών κυττάρων εκφράζει ανάλογα εναλλακτικά ματισμένες μορφές του και υφίσταται τροποποιήσεις προκειμένου να διευκολύνει τις δράσεις τους. Οι παραπάνω διεργασίες προσδίδουν ιδιαίτερη πολυπλοκότητα στη συμπεριφορά του συστήματος υαλουρονικό-υαλουρονιδάση-συνθάση-υποδοχέας υαλουρονικού και έτσι κρίνεται απαραίτητη η διασαφήνιση των μηχανισμών που προάγουν το μεταστατικό φαινότυπο του καρκίνου του παχέος εντέρου. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη ότι ορισμένα από τα μόρια αυτά έχουν προταθεί ως προγνωστικοί (Hyal-1, HAS1) και καρκινικοί (CD44) δείκτες σε άλλα είδη καρκίνου, αλλά και ως συμπληρωματικές αντικαρκινικές θεραπείες (PH-20), πιστεύεται ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στον καρκίνο του παχέος εντέρου, προκειμένου να αντιμετωπιστεί η νόσος.