Αλληλεπίδραση αυξητικών παραγόντων IGF-I/EGF και οιστραδιόλης στις λειτουργίες καρκινικών κυττάρων του μαστού
Authors: Βουδόυρη Καλλιρρόη 
Published: September 2021

Ο καρκίνος του μαστού ένας από τους πιο συχνούς καρκίνους, αποτελεί τη δεύτερη αιτία θανάτου στις γυναίκες παγκοσμίως. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι στο Ηνωμένο Βασίλειο, αντιπροσωπεύει το 20% των συνολικών περιπτώσεων καρκίνου και είναι η πιο κοινή αιτία θανάτου των γυναικών ηλικίας 35-55 ετών. Η σταδιοποίηση των καρκίνων του μαστού, ιστοπαθολογικά, λαμβάνει υπ’ όψιν την παρουσία και τα επίπεδα έκφρασης των οιστρογονικών υποδοχέων (Estrogen Receptors - ERs), των υποδοχέων της προγεστερόνης (Progesterone Receptors - PRs), αλλά και των υποδοχέων του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα (Epidermal Growth Factor-Receptor - EGFR).Οι αυξητικοί παράγοντες Insulin-like Growth Factor-I, (IGF-I), Epidermal Growth Factor (EGF) και η ορμόνη Οιστραδιόλη- Estradiol (Ε2) διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη και τη βιολογική συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων του μαστού. Συχνά, η πρώτη θεραπευτική αντιμετώπιση του καρκίνου μαστού είναι η ορμονοθεραπεία. Ωστόσο, σε περιπτώσεις ανθεκτικότητας των όγκων σε αυτού του είδους τη θεραπεία, ενεργοποιούνται εναλλακτικά σηματοδοτικά μονοπάτια αυξητικών παραγόντων, που συμπεριλαμβάνουν την IGF-I/EGF σηματοδότηση και έτσι διατηρείται η επιβίωση των καρκινικών κυττάρων του μαστού. Η αλληλεπίδραση των σηματοδοτικών μονοπατιών IGF-I/EGF και Ε2 είναι μεγάλης σημασίας και η διερεύνηση των δράσεων τους σε κυτταρικό επίπεδο είναι σημαντική για τον καρκίνο του μαστού. Βασικός ερευνητικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης των μοριακών σηματοδοτικών μονοπατιών των IGF-I/EGF και Ε2, στην προσκόλληση των καρκινικών κυττάρων του μαστού, καθώς και η περαιτέρω διερεύνηση των τρόπων δράσης τους (ενδοκυτταρικοί διαμεσολαβητές). Επιπλέον, στους στόχους της μελέτης συμπεριλαμβάνεται η μελέτη της επίδρασης του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53 στην κυτταρική λειτουργία της προσκόλλησης και στην σηματοδότηση του υποδοχέα του IGF-Ι (IGF-ΙR). Τέλος, η μελέτη της επίδρασης της καφεΐνης, μιας καθημερινά χρησιμοποιούμενης ουσίας, που επηρεάζει τα βασικά σηματοδοτικά μόρια των IGF-I/EGF και E2, στις λειτουργίες των καρκινικών κυττάρων του μαστού, συμπληρώνει τη στοχοθεσία της διατριβής.Οι αυξητικοί παράγοντες IGF-I/EGF και η ορμόνη Ε2 ρυθμίζουν πολλές βιολογικές λειτουργίες των ορμονο-εξαρτώμενων καρκινικών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των λειτουργιών του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και της κινητικότητας. Η ανάπτυξη των κυττάρων βρίσκεται υπό την σχετική επίδραση του περιβάλλοντος στρώματος. Αυτή η αλληλεπίδραση των κυττάρων με το μικροπεριβάλλον τους, την εξωκυττάρια θεμέλια ουσία, θεωρείται κρίσιμη και καθοριστική για την καρκινογένεση. Έτσι, τυχόν αλλαγές στην εξωκυττάρια θεμέλια ουσία και οι αλληλεπιδράσεις των μορίων της με τα καρκινικά κύτταρα τροποποιούν κυτταρικές λειτουργίες. Συγκεκριμένα, τα συστατικά της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας, εμπλέκονται σε πολλές λειτουργίες των κυττάρων των όγκων, επηρεάζοντας έτσι, τη διαδικασία της μετάστασης και κατ’ επέκταση την κυτταρική εξέλιξη . Η ινονεκτίνη, συστατικό που βρίσκεται σε αφθονία στην εξωκυττάρια θεμέλια ουσία των καρκινικών κυττάρων του μαστού, είναι μία μεγάλου μοριακού βάρους γλυκοπρωτεΐνη, που έχει χαρακτηριστεί δείκτης επιθετικότητας για τη βιοπαθολογία του καρκίνου του μαστού. Στην παρούσα μελέτη, έχει δειχθεί ότι τόσο οι IGF-I/EGF όσο και η Ε2 ενισχύουν σημαντικά την προσκόλληση των MCF-7 καρκινικών κυττάρων του μαστού σε υπόστρωμα ινονεκτίνης. Επιπλέον, ο βασικός υποδοχέας (Receptor) του IGF-I, ο IGF-IR, είναι απαραίτητος για την επαγωγή της προσκόλλησης από τους IGF-I/EGF και Ε2. Οι εν λόγω παράγοντες φαίνεται να επάγουν ενδοκυτταρικά σηματοδοτικά μόρια που ρυθμίζουν λειτουργίες σχετικές με την καρκινογένεση, όπως ο πολλαπλασιασμός, η προσκόλληση και η κινητικότητα των κυττάρων. Τέτοιοι ενδοκυτταρικοί διαμεσολαβητές είναι το Extracellular signal-regulated kinases (Erk1/2) (ανήκει στη σηματοδότηση Mitogen- Activated Protein Kinase (MAPK) και το Phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3 kinase). Σε ενδοκυτταρικό επίπεδο, η αναστολή του Erk1/2 εμποδίζει την IGF-I/EGF/E2- εξαρτώμενη προσκόλληση των MCF-7 κυττάρων, καταδεικνύοντας ότι ο Erk1/2 είναι σημαντικός ενδοκυττάριος διαμεσολαβητής σήματος των παραγόντων αυτών για τη συγκεκριμένη κυτταρική λειτουργία. Ο Erk1/2 έχει δειχθεί, ακόμα, να τροποποιεί το προφίλ έκφρασης του (full designation) IGF-IR. Συγκεκριμένα, η αναστολή του Erk1/2 σηματοδοτικού μονοπατιού εμποδίζει τόσο την έκφραση, όσο και την ενεργοποίηση του IGF-IR υποδοχέα. Αξιοσημείωτη είναι η ενισχυτική δράση των EGF και E2 στην έκφραση του IGF-IR σε επίπεδο mRNA και σε πρωτεϊνικό επίπεδο. Επιπρόσθετα, δεδομένα συνεστιακής μικροσκοπίας, απέδειξαν ότι η χορήγηση IGF-I και EGF επάγει αναδιοργάνωση των ινιδίων ακτίνης του κυτταροσκελετού στα MCF-7 καρκινικά κύτταρα του μαστού. Η αναδιοργάνωση αυτή φαίνεται να τροποποιείται από την αναστολή του Erk1/2, που είναι ο βασικός κυτταρικός διαμεσολαβητής των IGF-I και EGF. Στη μελέτη της προσκόλλησης σημαντικό ρόλο έχει η κινάση της εστιακής προσκόλλησης Focal Adhesion Kinase (FAK), η οποία ενεργοποιείται (με φωσφορυλίωση) κατά την προσκόλληση του κυττάρου στο υπόστρωμα. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το δεδομένο ότι η χορήγηση του IGF-I επάγει το συν-εντοπισμό των IGF-IR και FAK, που είναι ορατός κυρίως κοντά στις κυτταρικές μεμβράνες των MCF-7 κυττάρων. Τα δεδομένα αυτά καταδεικνύουν ότι ο IGF-IR είναι σημείο συνάντησης για την IGF-/EGF- και Ε2- εξαρτώμενη κυτταρική προσκόλληση σε υπόστρωμα ινονεκτίνης. Επιπροσθέτως, στην παρούσα διατριβή έχει διερευνηθεί ο πιθανός ρόλος του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53 στην προσκολλητική ικανότητα των MCF-7 κυττάρων του μαστού. Με βάση τα δεδομένα της συγκεκριμένης μελέτης, ο IGF-IR διαδραματίζει ρόλο κλειδί στην κυτταρική προσκόλληση των εν λόγω κυττάρων. Ωστόσο, η λειτουργία των ογκοκατασταλτικών γονιδίων, επηρεάζει τα σήματα του IGF-IR και τις δράσεις του σε καρκινικά κύτταρα του μαστού. Η μεταγραφή του IGF-IR γονιδίου, ρυθμίζεται αρνητικά από πρωτεϊνικά παράγωγα ογκοκατασταλτικών γονιδίων, συμπεριλαμβανομένων του γονίδιο του καρκίνου του μαστού-1 (BRCA1) και του ογκοκατασταλτικού p53. Επιπροσθέτως, η έλλειψη στη λειτουργία του p53 γονιδίου, έχει δειχθεί ότι τροποποιεί την έκφραση του IGF-IR. Ο μηχανισμός αυτός, ωστόσο, δεν περιλαμβάνει ευθεία πρόσδεση στο DNA, δηλαδή στις αλληλουχίες του υποκινητή του IGF-IR γονιδίου. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης η έκφραση του IGF-IR δεν αλλάζει από τον p53. Ακόμα, δοκιμές προσκόλλησης σε υπόστρωμα ινονεκτίνης έδειξαν ότι ο p53 δεν επηρεάζει τη συγκεκριμένη κυτταρική λειτουργία. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, έχει μελετηθεί ακόμα, ο ρόλος της καφεΐνης σε λειτουργίες καρκινικών κυττάρων του μαστού. Ο καφές είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ρόφημα παγκοσμίως και καταναλώνεται καθημερινά από εκατομμύρια ανθρώπων. Σε ό,τι αφορά τη συσχέτιση της κατανάλωσης καφέ και του κινδύνου εμφάνισης καρκίνου του μαστού, τα δεδομένα ποικίλλουν. Η ετερογένεια της νόσου και η κατηγοριοποίηση των καρκινικών όγκων του μαστού σε ER+ και ER- διαφοροποιεί τις δράσεις του καφέ, αναφορικά με τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου του μαστού. Πρόκειται για τη χημική ουσία 1,3,7-τριμεθυλοξανθίνη, που στο αντίστοιχο κομμάτι της διατριβής αυτής έχει χρησιμοποιηθεί, σε καθαρή μορφή, σε κύτταρα, προκειμένου να μελετηθεί ο ρόλος της σε βιολογικές λειτουργίες των καρκινικών κυττάρων του μαστού. H χορήγηση καφεΐνης σε καρκινικές σειρές του μαστού έδειξε ότι επηρεάζει την πολλαπλασιαστική ικανότητα των κυττάρων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα άλλων μελετών, η καφεΐνη εμφανίζει αντι-καρκινικές ιδιότητες, μειώνοντας την αύξηση των κυττάρων MCF-7 (ERα+) αλλά και των (ERα-) MDA-MB-231. Ως προς τον μηχανισμό δράσης της, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η καφεΐνη δρα όπως τα αντι-οιστρογόνα και τροποποιεί τα ρυθμιστικά για τον κυτταρικό κύκλο μονοπάτια ER/cyclin D1 και IGF-IR/pAkt. Στο αντίστοιχο μέρος της διδακτορικής διατριβής αυτής, έχουν χρησιμοποιηθεί καρκινικές σειρές με διαφορετικό ER προφίλ έκφρασης. Συγκεκριμένα καρκινικές σειρές του μαστού, που έχουν προέλθει από μετασχηματισμένα MCF-7 κύτταρα (stable transfected), ελλιπή σε έκφραση ERα αποκαλούμενες ως MCF-7/csh (negative control) και MCF-7/SP10(ERα-). Με βάση τα αποτελέσματα της διατριβής, η καφεΐνη δεν επηρεάζει τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων του μαστού, ανεξαρτήτως προφίλ έκφρασης των ERs, ενώ φαίνεται να τροποποιεί την κυτταρική λειτουργία της προσκόλλησης, μέσω μορίων που σχετίζονται με τη σηματοδότηση IGF-I/EGF και E2. Συνοψίζοντας, η συγκεκριμένη διατριβή προτείνει ότι o IGF-IR είναι σημαντικός για τις δράσεις των μοριακών σηματοδοτικών μονοπατιών των IGF-I/EGF και Ε2, στη λειτουργία της κυτταρικής προσκόλλησης, που είναι επίσης πολύ σημαντική για την εξέλιξη των όγκων και στενά συνδεδεμένη με την κινητικότητα των κυττάρων. Παρουσιάζει δεδομένα για τη σχέση του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53 και της βιολογικής λειτουργίας των κυττάρων. Επίσης περιέχει δεδομένα για το ρόλο της καφεΐνης τόσο στις λειτουργίες των καρκινικών κυττάρων του μαστού όσο και στα επιμέρους μόρια που λαμβάνουν μέρος στη μοριακή σηματοδότηση των IGF-I/EGF. Ενδεχομένως στο μέλλον, τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής να φανούν χρήσιμα στη στοχευμένη θεραπευτική αντιμετώπιση του καρκίνου του μαστού.