Μελέτη των διαμεμβρανικών υποδοχέων EGFR,HER-2 και των σηματοδοτικών τους μονοπατιών που επηρεάζουν την έκφραση μορίων του εξωκυττάριου χώρου και τις λειτουργικές ιδιότητες στον καρκίνο του παχέος εντέρου

Abstract

Colon cancer is the third most common cancer worldwide. EGFR role is crucial in the development and progression of colon cancer. The receptor is activated by EGF binding in the extracellular region, creating homodimers and / or heterodimers with HER2. Several studies have reported an increased expression of EGFR, and HER2 in subsets of colon cancers. The main signaling pathways mediating the EGFR pathway is the Ras-Raf-MAPK, PI3K-AKT, protein kinase C, and the path of the JAK- STAT. Mutations in kRas and bRaf genes have been associated with aggressiveness and disease progression, in this type of cancer.The extracellular matrix (ECM) is a tissue structural support, but also a key regulator of cell behavior as its molecules govern the cell-cell and cell-matrix interactions. They also interact with cell surface receptors mediating the intracellular signals affecting cell growth and gene expression. Molecules such as metalloproteinases, TIMPs and proteoglycans as well as proteases, such as uPA, have been found to be involved in regulating the functional properties of tumor cells such as proliferation, apoptosis, angiogenesis, invasion and metastasis.In this study, colon cancer cells Caco-2 (wild type), DLD-1 (mutant kRas) and HT-29 (mutant bRaf) were used to investigate the signaling pathway of EGFR and its effect on the expression of several ECM molecules that may contribute to the invasive and metastatic potential of colon cancer cells. Additionally, we studied the intracellular pathways that mediate gene expression and functional properties of cancer cells.Initially it was found that the EGF-EGFR signaling is the major regulator of the EGFR expression, as well as HER2 expression. It appears that the signaling via the EFG-EGFR induces cell proliferation and invasion, excluding the cancer cells DLD-1, where the HER2 mediates the invasive capacity of these cells. Moreover, EGFR activation leads to the induction of uPA in cancer cell lines Caco-2 and HT-29, resulting in the enhancement of cell invasion. Similar result was found for the expression of MMP-7 in the HT-29 tumor cells. We also found that inhibition of EMMPRIN mediates the reduction of the proliferation of the highly metastatic tumor cells HT-29. Furthermore, the axis EGF-EGFR affects gene expression and activity of the proteasome. It is worth noting that HER2 mediates some of the cell processes, such as the invasive capacity of DLD-1 cancer cells and the expression of MT1-MMP and MT2-MMP. HER2 also mediates the expression and activity of the proteasome in HT-29 cells.The above data emphasize that EGFR and HER2 play distinct roles regarding cell properties and gene expression and also highlight the importance of EGF-EGFR signaling axis in colon cancer. Conclusively, investigation of new molecular targets against colon cancer cells may need to be developed concerning cells’ EGF-EGFR/HER2 functions, as well as colon cells’ mutations (kRas and bRaf) and ECM macromolecules expression. Such pharmaceutical molecules may be important regulators of colon cancer cells’ aggressiveness and progression.

Ο καρκίνος του παχέος εντέρου αποτελεί τον τρίτο πιο κοινό καρκίνο παγκοσμίως. Σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και την εξέλιξη του καρκίνου του παχέος εντέρου διαδραματίζει ο EGFR. Ο υποδοχέας ενεργοποιείται με την πρόσδεση του EGF στην εξωκυττάρια περιοχή του, δημιουργώντας ομοδιμερή ή/και ετεροδιμερή με τον HER2. Έχει τεκμηριωθεί από επιστημονικές μελέτες η αυξημένη έκφραση του EGFR, αλλά και του HER2 στον καρκίνο του παχέος εντέρου. Τα κύρια ενδοκυττάρια σηματοδοτικά μονοπάτια που διαμεσολαβούνται από τον EGFR είναι το μονοπάτι Ras-Raf-MAPK, PI3K-AKT, της πρωτεϊνικής κινάσης C, και το μονοπάτι των JAK-STAΤ. Μεταλλάξεις στα γονίδια kRas και bRaf έχουν βρεθεί να εκφράζονται σε μεγάλα ποσοστά στο συγκεκριμένο τύπο καρκίνου και έχουν συσχετιστεί με την επιθετικότητα και την εξέλιξη της νόσου.Ο εξωκυττάριος χώρος (ECM) αποτελεί βασικό παράγοντα για την στήριξη και ανάπτυξη των ιστών, αλλά παίζει και ρυθμιστικό ρόλο για την κυτταρική λειτουργία, καθώς τα μόρια που τον αποτελούν, καθορίζουν τις αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου και κυττάρου-εξωκυττάριων μακρομορίων. Αλληλεπιδρούν επίσης με τους υποδοχείς τις κυτταρικής επιφάνειας διαμεσολαβώντας σε πληθώρα σημάτων προς το εσωτερικό και τον πυρήνα του κυττάρου, επηρεάζοντας την κυτταρική ανάπτυξη και τη γονιδιακή έκφραση. Μόρια όπως οι μεταλλοπρωτεϊνάσες, οι TIMPs και οι πρωτεογλυκάνες, αλλά και οι πρωτεάσες όπως uPA, έχει βρεθεί ότι εμπλέκονται στη ρύθμιση των λειτουργικών ιδιοτήτων των καρκινικών κυττάρων, όπως πολλαπλασιασμός, απόπτωση, αγγειογένεση, διήθηση και μετάσταση.Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκαν οι καρκινικές σειρές παχέος εντέρου Caco-2 (αγρίου τύπου ως προς kRas και bRaf), DLD-1 (μεταλλαγμένη ως προς kRas), HT-29 (μεταλλαγμένη ως προς bRaf) για τη διερεύνηση του σηματοδοτικού μονοπατιού του EGFR και την επίδραση αυτού στην έκφραση μορίων του ECM που δυνητικώς μπορεί να συμβάλλουν στη διηθητική και μεταστατική ικανότητα των καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου. Επιπλέον μελετήθηκαν τα ενδοκυττάρια μονοπάτια που διαμεσολαβούν στη γονιδιακή έκφραση και τις λειτουργικές ιδιότητες των καρκινικών κυττάρων.Αρχικά βρέθηκε πως ο EGFR είναι ο βασικός ρυθμιστής της έκφρασης του γονιδίου του, καθώς επίσης και του HER2. Βρέθηκε επίσης πως η EGF-EGFR διαμεσολαβούμενη σηματοδότηση επάγει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και τη διήθηση, με εξαίρεση την καρκινική σειρά DLD-1, στην οποία ο HER2 διαμεσολαβεί στη διηθητική της ικανότητα. Επιπλέον, η ενεργοποίηση του EGFR οδηγεί στην επαγωγή του uPA στις καρκινικές σειρές Caco-2 και HT-29, με αποτέλεσμα την επαγωγή της διήθησης των κυττάρων. Το ίδιο παρατηρήθηκε και για την έκφραση της MMP-7 στα HT-29 καρκινικά κύτταρα. Βρέθηκε επίσης πως η αναστολή του EMMPRIN, διαμεσολαβεί στην μείωση του πολλαπλασιασμού των υψηλής μεταστατικότητας καρκινικών κυττάρων. Επιπροσθέτως, ο σηματοδοτικός άξονας EGF-EGFR βρέθηκε ότι επηρεάζει τη γονιδιακή έκφραση και ενεργότητα του πρωτεασώματος. Αξίζει να σημειωθεί πως ο HER2 διαμεσολαβεί κάποιες από τις διεργασίες των κυττάρων, όπως τη διηθητική ικανότητα των DLD-1 καρκινικών κυττάρων και την έκφραση των MT1-MMP και MT2-MMP στα κύτταρα. Επίσης στην καρκινική σειρά HT-29 διαμεσολαβεί στην έκφραση και στην ενεργότητα του πρωτεασώματος.Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, υπογραμμίζεται η σημαντικότητα του EGF-EGFR σηματοδοτικού μονοπατιού στον καρκίνο του παχέος εντέρου, ενώ παράλληλα διαφαίνεται και η ευδιάκριτη συμμετοχή της σηματοδότησης του HER2 σε διάφορες λειτουργίες των καρκινικών κυττάρων. Συμπερασματικά, αναδεικνύονται οι διακριτοί ρόλοι των EGFR και HER2 και ότι η μοριακή στόχευση του EGF-EGFR αποτελεί ένα σημαντικό βήμα στη ρύθμιση της έκφρασης των μορίων του εξωκυττάριου χώρου που εμπλέκονται σε λειτουργικές ιδιότητες των κυττάρων. Προτείνεται ότι ο σχεδιασμός νέων φαρμακολογικών μορίων / παραγόντων για τη στόχευση του καρκίνου του παχέος εντέρου θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις διακριτές λειτουργίες των EGF-EGFR / HER2 σηματοδοτικών μονοπατιών ανάλογα με την ταξινόμηση / κατάταξη του καρκίνου του παχέος εντέρου που σχετίζεται επίσης με τις μεταλλάξεις στα kRas και bRaf και τις εκφράσεις συγκεκριμένων ECM μορίων. Τέτοιοι αντικαρκινικοί παράγοντες είναι πιθανό ότι θα αποτελέσουν ένα σημαντικό εργαλείο ρύθμισης της επιθετικότητας και της εξέλιξης των καρκινικών κυττάρων παχέος εντέρου.