Dissection of intrinsic and extrinsic factors contributing to cancer growth in a fly brain tumour model
Authors: Βουτυράκη Χρυσάνθη 
Published: November 2022

Οι όγκοι του εγκεφάλου, όπως είναι το γλοιοβλάστωμα, διακρίνονται για την επιθετικότητά τους και συνεπώς την κακή πρόγνωση των ασθενών. Χαρακτηρίζονται από γενετική και επιγενετική ποικιλομορφία, η οποία σε συνδυσμό με την αλληλεπίδραση του όγκου με το μικροπεριβάλλον του, καθιστούν την ανάπτυξη αποτελεσματικών θεραπειών πολύπλοκη και προς το παρόν αδύνατη.Η Drosophila melanogaster αποτελεί ένα χρήσιμο οργανισμό-μοντέλο για την έρευνα βασικών μοριακών μηχανισμών που συντελούν στην ανάπτυξη ανθρώπινων ασθενειών. Στα θηλαστικά, όπως και στην Drosophila, η ανάπτυξη του εγκεφάλου επιτυγχάνεται από ασύμμετρες διαιρέσεις στον νευρικών βλαστοκυττάρων. Τα βλαστοκύτταρα (ή αλλιώς νευροβλάστες) διαιρούνται παράγοντας κύτταρα με ιδιότητες βλαστοκύτταρου (αυτό-ανανέωση) αλλά και κύτταρα που προορίζονται για διαφοροποίηση. Προηγούμενες μελέτες στο εργαστήριο έδειξαν ότι η σηματοδότηση Notch στον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο της Drosophila ρυθμίζει τη διαφοροποίηση των νευρικών γενεαλογιών, με τα βλαστοκύτταρα να δέχονται σήματα ενεργοποίησης του μονοπατιού από τους ίδιους τους τους απογόνους. Η ενεργοποίηση αυτή επάγει την έκφραση των πρωτεϊνών HES που, όντας μεταγραφικοί καταστολείς, μειώνουν την έκφραση γονιδίων διαφοροποίησης εξασφαλίζοντας την βλαστική τύχη. Γενετικές τροποποιήσεις όπως η υπερ-ενεργοποίηση του Notch μονοπατιού ή η υπερέκφραση των HES γονιδίων διαταράσσουν τα προγράμματα κυτταρικής τύχης, παράγοντας υπεράριθμα βλαστοκύτταρα σε βάρος των νευρικών κυττάρων και δημιουργώντας υπερπλασίες στο νευρικό σύστημα.Κατά τη διάρκεια της διδακτορικής μου διατριβής έδειξα ότι αυτές οι υπερπλασίες που δημιουργούνται στον εγκέφαλο της προνύμφης είναι κακοήθεις. Η κακοήθεια στη Drosophila ορίζεται από τη δυνατότητα ενός υπερπλαστικού ιστού να πολλαπλασιάζεται ανεξέλεγκτα, να κάνει μεταστάσεις όταν μεταμοσχεύεται σε μία ενήλικη μύγα-δέκτη και να προκαλεί τον πρόωρο θάνατό της. Ερεύνησα την αναγκαιότητα των HES πρωτεϊνών στην κακοήθη συμπεριφορά του όγκου που προκαλείται από υπερ-ενεργοποίηση του Notch μονοπατιού. Έδειξα ότι τα E(spl) γονίδια, που ανήκουν στην οικογένεια των HES πρωτεϊνών, παίζουν καθοριστικό ρόλο στην εμφάνιση του κακοήθους φαινοτύπου. Με διαδοχικές μεταμοσχεύσεις του καρκινικού ιστού είναι δυνατό να μελετήσουμε διαφορετικά στάδια εξέλιξης του όγκου. Σε τρία διαφορετικά στάδια έγινε μεταγραφωματική ανάλυση σε όγκους που δημιουργούνται είτε από υπερ-ενεργοποίηση του Notch μονοπατιού είτε από υπερέκφραση τον HES πρωτεϊνών. Η ανάλυση αυτή έδειξε ότι οι δύο τύποι καρκίνου είναι παρόμοιοι μεταξύ τους, διατηρώντας σε υψηλά επίπεδα έκφρασης χαρακτηριστικά βλαστοκυττάρων, ενώ μεταγραφικοί παράγοντες που προωθούν τη διαφοροποίηση παρουσιάζουν μειωμένη έκφραση καθώς ο όγκος εξελίσσεται. Επιπλέον παρατηρήθηκε αυξημένη έκφραση σε γονίδια που σχετίζονται με την απόκριση σε στρες, τον έλεγχο της αύξησης και τον μεταβολισμό. Ένα ενδιαφέρον εύρημα που προέκυψε από την ανάλυση ήταν η εκ νέου έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με την ανοσολογική απόκριση στους μεταμοσχευμένους ιστούς. Σε συνδυασμό με ανοσοϊστοχημικές χρώσεις, έδειξα ότι κατά τη μεταμόσχευση, κύτταρα του αιμοποιητικού συστήματος του ξενιστή (αιμοκύτταρα στη Drosophila) προσελκύονται στο μόσχευμα.Το εύρημα αυτό με ώθησε να μελετήσω τον ρόλο τον αιμοκυττάρων στην εξέλιξη του όγκου. Χρησιμοποιώντας γενετικούς χειρισμούς στα αιμοκύτταρα της μύγας-ξενιστή και κάνοντας πειράματα σε μονιμοποιημενους ιστούς ή σε πραγματικό χρόνο (live imaging) έδειξα ότι τα αιμοκύτταρα καταστέλλουν την ανάπτυξη του όγκου μέσω φαγοκυττάρωσης. Επιπλέον, διεξήγαγα μια μελέτη με παρεμβολή RNA (RNAi screen) κατά την οποία μειώθηκε η έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με τη φαγοκυττάρωση, την παραγωγή δραστικών ριζών οξυγόνου (ROS) και τη μετανάστευση των αιμοκυττάρων του ξενιστή. Αυτή η μελέτη έδειξε ότι η έλλειψη υποδοχέων φαγοκυττάρωσης στα αιμοκύτταρα επιταχύνει την ανάπτυξη του όγκου οδηγώντας σε πρόωρο θάνατο. Αντίθετα, η μειωμένη παραγωγή δραστικών ριζών οξυγόνου από τα αιμοκύτταρα περιόρισε την ανάπτυξη του όγκου, υποδεικνύοντας ότι ο μηχανισμός αυτός ίσως συμβάλλει στην εξάπλωσή του. Τέλος, το αναπνευστικό σύστημα της μύγας-ξενιστή (τραχεία) φάνηκε να αλληλεπιδρά με τα καρκινικά κύτταρα και δείξαμε ότι αυτή η αλληλεπίδραση έχει πιθανώς κατασταλτικο ρόλο στην ανάπτυξη του όγκου, αν και θα χρειαστούν περισσότερες μελέτες για την εδραίωση αυτού του μοντέλου.