Βιοχημική και κυτταρική μοριακή προσέγγιση της επίδρασης των καρκινικών κυττάρων μαστού στην έκφραση μορίων εξωκυττάριου χώρου και στις λειτουργικές ιδιότητες των ενδοθηλιακών κυττάρων

Abstract

Tumor microenvironment is of outmost importance, considering the fact that cancer cells recruit normal stromal cells, like endothelial cells, in order to facilitate cancer progression.The aim of the present study was to determine the cellular responses that breast cancer cells (BCC) (MDA-MB-231 & MCF-7) elicit in the human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). For this purpose two models were utilized; one involves HUVEC culture in the presence of BCC-derived conditioned media (CM) and vice versa, and the other co-culture of both cell populations in a Transwell system, introducing a new factor to all system, that of cell communication. We found that CM from BBCs decreases HUVEC cells migration, affecting also cytoskeleton organization, whereas the adhesion, and invasion of cancer cells is favored by the presence of HUVEC-secreted matrix effectors. In parallel, BBCs migration is up-regulated by the action HUVEC-CM. Such functional interactions were evaluated at the molecular level by the study of the expression of hyaluronan, its receptor CD44, its synthase enzyme HAS2, adhesion molecules ICAM, VCAM, matrix metalloproteases, as well as cell surface syndecans. The expression and activity of the proteasome was also evaluated.Conclusively, breast cancer-endothelium interactions provide regulatory signals facilitating tumor progression. It is therefore concluded that the breast cancer cells secreted effectors are of crucial importance to signal the endothelial cells and to modify their glycocalyx expression and properties. The upregulation of endothelium adhesion molecules, reorganization of the endothelial cytoskeleton as well as breast cancer cells, and up-regulation of proteosomal activity summarize the driving forces of cancer cells to the endothelial in order to disrupt the endothelium creating “holes” with the endothelial cells. These observations will force new studies in the field as to evaluate in detail the underlying signaling mechanisms and open a new area to design novel drugs for pharmacological targeting of breast cancer at the ECM level.

Το μικροπεριβάλλον του όγκου είναι ιδιαίτερα σημαντικό, δεδομένου ότι τα καρκινικά κύτταρα στρατολογούν και φυσιολογικά κύτταρα του στρώματος, όπως τα ενδοθηλιακά με σκοπό την εξέλιξη του όγκου.Στο πλαίσιο της μελέτης των παρακρινών αλληλεπιδράσεων μεταξύ καρκινικών και ενδοθηλιακών κυττάρων αναπτύχθηκαν δύο πειραματικά κυτταρικά μοντέλα. Στο πρώτο μοντέλο μελετήθηκε η επίδραση του εθισμένου μέσου καλλιέργειας των καρκινικών κυττάρων στα ενδοθηλιακά κύτταρα και αντίστροφα, ενώ στο δεύτερο εισάγοντας έναν ακόμα παράγοντα στο σύστημα – αυτόν της κυτταρικής επικοινωνίας – πραγματοποιήθηκαν συγκαλλιέργειες ενδοθηλιακών και καρκινικών κυττάρων, έτσι ώστε να υπάρχει η δυνατότητα αλληλεπίδρασής τους και ανταλλαγής διαλυτών παραγόντων. Μεταξύ των αποτελεσμάτων σημειώνεται η σημαντική μείωση της επούλωσης πληγής (κυτταρική κινητικότητα) των ενδοθηλιακών κυττάρων παρουσία εθισμένου μέσου καλλιέργειας καρκινικών κυττάρων, παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο στα καρκινικά κύτταρα τις απαραίτητες διόδους για να μεταναστεύσουν. Αντίστοιχα, η κυτταρική μετανάστευση, η προσκόλληση, καθώς και η διηθητική ικανότητα των καρκινικών κυττάρων επάγεται από το ενδοθήλιο. Οι λειτουργικές αυτές επιδράσεις αξιολογήθηκαν περαιτέρω σε μοριακό επίπεδο με τη μελέτη της έκφρασης του υαλουρονικού, του υποδοχέα CD44, της συνθάσης ΗΑS2, των μορίων προσκόλλησης ICAM, VCAM, των μεταλλοεξαρτώμενων πρωτεασών, καθώς και των συνδεκανών της κυτταρικής επιφάνειας. Μελετήθηκε επίσης η έκφραση και η ενεργότητα του πρωτεασώματος. Οι αλλαγές στο προφίλ της γονιδιακής έκφρασης υποδεικνύουν τη σημασία του δυναμικού δικτύου του εξωκυττάριου χώρου και την επίδρασή του στις ιδιότητες των ενδοθηλιακών και καρκινικών κυττάρων. Η αυξορρύθμιση των μορίων προσκόλλησης του ενδοθηλίου, η αναδιοργάνωση του ενδοθηλιακού κυτταροσκελετού και των καρκινικών κυττάρων, καθώς και η επαγωγή της ενεργότητας του πρωτεασώματος αποτελούν τις κινητήριες δυνάμεις της διεπικοινωνίας μεταξύ ενδοθηλίου και καρκινικών κυττάρων που έχουν ως στόχο την διάσπαση του ενδοθηλίου. Τα αποτελέσματα της διατριβής υπογραμμίζουν τη σημαντικότητα των κυτταρικών μιμητικών μοντέλων για την κατανόηση των μηχανισμών διείσδυσης των καρκινικών κυττάρων στο ενδοθήλιο, αποτελούν το έναυσμα για την αξιολόγηση των υποκείμενων σηματοδοτικών μηχανισμών και ανοίγουν νέους δρόμους για τον σχεδιασμό νέων αντικαρκινικών παραγόντων για την φαρμακολογική στόχευση σε επίπεδο εξωκυττάριου χώρου.