Η συνεισφορά της υποξίας στην επιβίωση των καρκινικών κυττάρων, κάτω από τις συνθήκες στρες του νεοπλασματικού μικροπεριβάλλοντος
Authors: Κουκουλάς Κρέων 
Published: July 2022

Η υποξία είναι μία χαρακτηριστική ιδιότητα των συμπαγών όγκων. Η απόκριση των καρκινικών κυττάρων στην μειωμένη διαθεσιμότητα οξυγόνου πραγματοποιείται κατά κύριο λόγο από τα μέλη της οικογένειας μεταγραφικών ενεργοποιητών που είναι γνωστοί ως μεταγραφικοί παράγοντες που επάγονται από την υποξία (Hypoxia Inducible Factors, HIFs). Οι HIFs δεσμεύονται σε περιοχές υποκινητών γονιδίων, πάνω σε στοιχεία γνωστά ως HREs (Hypoxia Response Elements) και ενεργοποιούν την μεταγραφή γονιδίων τα οποία συνεισφέρουν στην απόκριση των κυττάρων στην υποξία. Ο HIF-1, το ευρύτερα μελετημένο μέλος της οικογένειας, είναι ετεροδιμερές της υπομονάδας HIF-1α που υπόκειται σε ρύθμιση από το οξυγόνο με αποτέλεσμα να αποικοδομείται σε φυσιολογικές συνθήκες (νορμοξία) και της υπομονάδας HIF-1β, γνωστής και ως ARNT (Aryl Hydrocarbon Nuclear Translocator), η οποία παρουσιάζει συνεχή έκφραση. Εκτός από την οξυγονοεξαρτώμενη ρύθμιση, έχει δειχθεί ότι η α υπομονάδα ρυθμίζεται και ανεξάρτητα από το οξυγόνο μέσω μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων. Η παρούσα διατριβή εμβαθύνει στην ρύθμιση του HIF-1α από τις κινάσες ERK1/2. Σε προηγούμενες δημοσιευμένες μελέτες του εργαστηρίου αποδείχθηκε πειραματικά ότι οι ERK1/2 φωσφορυλιώνουν τον HIF-1α στις σερίνες Ser 641/643 εντός μιας επικράτειας που ονομάστηκε ETD (ERK Targeted Domain) με αποτέλεσμα να αποκρύπτουν ένα παρακείμενο σήμα πυρηνικής εξαγωγής και να προωθούν την συσσώρευση του HIF-1α στον πυρήνα και την μεταγραφική ενεργότητα του HIF-1. Προκαταρτικά πειράματα, στα πλαίσια της μεταπτυχιακής εργασίας του ΥΔ, έδειξαν ότι η φωσφορυλίωση του HIF-1α από τις ERK1/2 ρυθμίζει την αλληλεπίδραση του HIF-1α με την πολυλειτουργική πρωτεΐνη NPM1 (νουκλεοφοσμίνη).Στην παρούσα διατριβή δείχθηκε ότι οι HIF-1α και NPM1 αλληλεπιδρούν εντός των κυττάρων όταν οι ERK1/2 είναι ενεργές ή όταν η ETD φέρει την φωσφομιμητική μετάλλαξη SE (σερίνη 641 σε γλουταμινικό οξύ). Αποδείχθηκε πειραματικά ότι η σύνδεση των δυο πρωτεϊνών είναι άμεση και ειδική για τον HIF-1α, χωρίς να παρατηρείται αντίστοιχη αλληλεπίδραση της NPM1 με τον HIF-2α, ενώ επιπρόσθετα αποκαλύφθηκε ότι η NPM1 δεσμεύεται ισχυρότερα με τον HIF-1α όταν είναι μέρος του ετεροδιμερούς HIF-1α/ARNT. Επιπλέον, πειράματα ανοσοκατακρήμνισης χρωματίνης έδειξαν ότι η παρουσία της NPM1 σε περιοχές της χρωματίνης που γειτνιάζουν με λειτουργικά HREs είναι αναγκαία για την εξαρτώμενη από την φωσφορυλίωση σύνδεση του HIF-1 σε αυτά τα στοιχεία. Ακολούθως δείχθηκε ότι αυτός ο μηχανισμός έχει σημαντική επίδραση στην ενεργότητα του HIF-1. Αποσιώπηση της έκφρασης της NPM1 στην υποξία είχε ως αποτέλεσμα την μείωση της ενεργοποίησης ενός τεχνητού υποκινητή που εξαρτάται από τον HIF-1, την μείωση της μεταγραφής γνωστών γονιδίων στόχων του HIF-1 και την μείωση της σύνδεσης του HIF-1 με στοιχεία της ενεργής χρωματίνης. Επιπρόσθετα σε αποτελέσματα αλληλούχισης RNA η αποσιώπηση σε συνθήκες υποξίας είτε της έκφρασης της NPM1 είτε εκείνης του HIF-1α είχε παρόμοιο αποτέλεσμα στην μεταγραφή σημαντικού αριθμού γονιδίων που ρυθμίζονται από την υποξία. Για το σύνολο των γονιδίων των οποίων η επαγωγή στην υποξία βασίζεται στην παρουσία και των 2 πρωτεϊνών δείχθηκε ότι σε ορισμένους καρκινικούς τύπους η έκφραση τους συσχετίζεται αφενός θετικά με την έκφραση των γονιδίων NPM1, HIF1A και γονιδίων που χαρακτηρίζουν την υποξία και αφετέρου αρνητικά με την επιβίωση των ασθενών. Σε συμφωνία με αυτά τα αποτελέσματα αποδείχθηκε πειραματικά ότι σε συνθήκες υποξίας η αποσιώπηση της έκφρασης της NPM1 είχε ως αποτέλεσμα αφενός την μείωση του διαμεσολαβούμενου από τον HIF-1 επαναπρογραμματισμού του μεταβολισμού των καρκινικών κυττάρων και αφετέρου την αύξηση του κυτταρικού θανάτου λόγω απόπτωσης. Τα αποτελέσματα της διατριβής αποκαλύπτουν ένα νέο μηχανισμό ρύθμισης της δράσης του HIF-1, η στόχευση του οποίου από την αντικαρκινική θεραπεία μπορεί να δώσει αξιόλογα αποτελέσματα στην αντιμετώπιση των συμπαγών όγκων.