Μελέτη αλληλεπίδρασης μεταλλοϊόντων με Η-ras και Κ-ras ογκογονίδια: εστίαση στο καρκινογόνο κάδμιο και στην ανάπτυξη αντικαρκινικών μεταλλοφαρμάκων βαναδίου

Abstract

In this thesis we studied the interaction of metal ions with H-ras and K-ras oncogenes, focusing on the carcinogenic cadmium and the development of vanadium-based anticancer drugs. The results shed light on the functional link between oncogenes and interleukins, inflammation, the ras-signaling and carcinogenesis in the colon, thereby contributing to the future development of cancer detection methods and oligonucleotide therapies for K-ras. For this purpose, specially designed vanadodrugs targeting mutated K-ras in various types of cancer have emerged as a promising therapeutic approach.The work presented here suggests that cadmium acts as an inducer of caspase-3 apoptosis, while promoting variable H-ras protein expression. The observed variable behavior in the presence and absence of H-ras(wt) and H-ras(G12V) attests to that and points to an interplay of the two factors in a form-specific (H-ras(wt) vs. H-ras(G12V)) and concentration-dependent fashion. Studies directed toward understanding a) the modular interplay and molecular interactions involved in the case of cadmium with H-ras and its mutant form(s), b) the concentration-dependent effects of cadmium at low concentrations reaching pM levels, and c) the linkage of the chemical reactivity of the inorganic metallotoxin to genetically induced instability effects linked to carcinogenic phenotypes are currently under investigation.The present study also demonstrates that the employed ternary vanadium-peroxido-betaine [VO(O2)2{(CH3)3NCH2CO2}]– species exhibits effectively antitumor properties. The observed antitumor activity projects association with the ras-MAPK-MMP2 inhibition pathway in cancer cells through oxidative stress related apoptosis, thereby necessitating investigation into interactions of vanadium with more molecular targets in signaling pathways. It, therefore, stands plausible that this ternary vanadium-peroxido compound represents a class of important anticancer molecules, which can be appropriately modulated so as to enhance their activity and specificity toward a variety of cancer tissues. In addition, the results highlight the critical role that specific interleukins (IL-17, IL-22 and IL-23) play in inflammation-driven tumorigenesis and provide new insights into the aberrant cytokine signaling in oncogenic K-ras associated colorectal carcinogenesis. Given the role of ras signaling in cancer progression and metastasis, this study can serve as a platform for the identification and validation of synergistic biomarkers with oncogenic K-ras toward development of therapeutically efficacious molecular agents targeting these mutations. The findings a) project important implications for further design of novel therapies for patients with colorectal adenocarcinoma, and b) shed light on molecular mechanisms involving crosstalk between tumor cells and the immune system by targeting exclusive members of the cytokine superfamily that regulate tumor growth and surveillance.

Στην παρούσα έρευνα μελετήθηκε η αλληλεπίδραση μεταλλοϊόντων με τα Η-ras και Κ-ras ογκογονίδια, εστιάζοντας στο καρκινογόνο κάδμιο και στην ανάπτυξη αντικαρκινικών φαρμάκων βαναδίου. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τη σχέση μεταξύ των ογκογονιδίων και ιντερλευκινών, στη φλεγμονή, στη ras-σηματοδότηση και στην καρκινογένεση του παχέος εντέρου, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη μεθόδων ανίχνευσης του καρκίνου και της ολιγονουκλεοτιδικής θεραπείας κατά του K-ras. Για το σκοπό αυτό, ειδικά σχεδιασμένα βαναδοϋλικά έχουν ως στόχο το μεταλλαγμένο K-ras σε διάφορους τύπους καρκίνου και έχουν αναδυθεί ως μια πολλά υποσχόμενη θεραπευτική προσέγγιση. Αφού εξετάσθηκε ο μοριακός μηχανισμός ενεργοποίησης της καρκινογένεσης από το κάδμιο, αποφασίσθηκε να μελετηθεί η αντικαρκινική δράση του βαναδίου και κατά πόσον αυτή συνδέεται με τους κυτταρικούς μηχανισμούς ενεργοποίησης του καδμίου. Αποδείχτηκε τελικά ότι και οι δύο μηχανισμοί (καρκινογένεση και αναστολή της) χρησιμοποιούν τα ίδια κυτταρικά μονοπάτια έκφρασης με κοινούς κυτταρικούς στόχους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η χρησιμοποιούμενη τριαδική ένωση βαναδιο-υπεροξο-βεταΐνη [VO(O2)2{(CH3)3NCH2CO2}]– εμφανίζει πολύ αξιόλογες ιδιότητες. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε αναστολή του κυτταρικού μονοπατιού RAS-ΜΑΡΚ-MMP2, οδηγώντας τα καρκινικά κύτταρα σε απόπτωση μέσω οξειδωτικού stress και παράλληλα μείωσε αισθητά την έκφραση της μεταστατικής πρωτεΐνης MMP-2, που αντικατοπτρίζει και τον κύριο δείκτη μετάστασης των καρκινικών κυττάρων. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι το βανάδιο αναστέλλει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και τη βιωσιμότητα των καρκινικών κυττάρων και στις δύο καρκινικές σειρές, χωρίς ωστόσο να βλάπτει τα υγιή φυσιολογικά κύτταρα. Ως εκ τούτου, αποδεικνύεται ότι το βανάδιο αντιπροσωπεύει μια τάξη σημαντικών αντικαρκινικών μορίων, τα οποία μπορεί να είναι κατάλληλα διαμορφωμένα έτσι ώστε να ενισχυθεί η δραστικότητά τους και η εξειδίκευσή τους προς μια ποικιλία μορφών καρκίνου. Στο τρίτο μέρος της διδακτορικής έρευνας αποφασίσθηκε να μελετηθεί η έκφραση των ογκογονιδίων ras σε ζωντανά δείγματα ιστών από ασθενείς με καρκίνο του παχέος εντέρου και να εξετασθεί η έκφραση του ογκογονιδίου K-ras σε ασθενείς που εμφανίζουν τη μετάλλαξη G12V στο ογκογονίδιο K-ras σε σχέση με φυσιολογικά δείγματα. Μελετήθηκε, επίσης, η έκφραση των κυτταροκινών ιντερλευκινών IL-17, IL-22 και IL-23, της ιντερφερόνης γ (IFNγ) και του αυξητικού παράγοντα GM-CSF, που αποτελούν δείκτες φλεγμονώδους αντίδρασης, μιας φυσιολογικής λειτουργίας του ανοσολογικού συστήματος που αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια των μολύνσεων από ιούς ή βακτήρια, με την υπερέκφραση ή αναστολή τους να συνδέεται άμεσα με την καρκινογένεση.