Η δερεύνηση του βιοχημικού ρόλου των ενζύμων της οικογένειας ADAMTS σε παθολογικές καταστάσεις

Abstract

A Disintegrin-like And Metalloproteinase with ThromboSpondin motifs—ADAMTSs—are a secreted, extracellular, zinc metalloproteinase family. They are known to cleave a wide range of proteoglycans (PGs) and other substrates in the extracellular matrix (ECM), to contribute to tissue homeostasis, morphogenesis, ovulation etc. Acting as sheddases, some members are able to regulate cell proliferation, cell motility, angiogenesis etc. They have been implicated in various pathological processes such as osteoarthritis (OA), atherosclerosis, cancer, pulmonary edema etc. The extensive degeneration of articular cartilage present in OA is due to ADAMTS-4 and -5 mediated aggrecan degradation, resulting in loss of tissue function. In addition, deregulated expression of ADAMTSs have been reported in various types of cancer, such as lung cancer, brain tumors etc. In the present study, the role of ADAMTS-1, -4, -5, -8, -12 and -20 in benign, premalignant and malignant neoplasms was investigated. Their expression levels and in situ topology was determined in polypoidal nasal mucous epithelium, solid colon and laryngeal tumors and colon and breast cancer cell lines. The results indicated a different expression pattern for ADAMTS-5 and -8 despite their high structure homology. ADAMTS-5 was found upregulated in colorectal and laryngeal cancer, possibly in order to degrade ECM and facilitate tumor cell invasion. On the contrary, ADAMTS-8 exhibited low or no expression, respectively. However, it was related to high metastatic potential of breast cancer cells, while ADAMTS-5 expression was not detected in those cells. Additionally, no expression of ADAMTS-8 was detected in benign neoplasms. ADAMTS-1 was only detected in malignant neoplasms, where it probably exhibited different activities depending on its proteolytic status. Its active form was detected in laryngeal tumor, while only fragments of it were found in colorectal cancer. Moreover, ADAMTS-1 expression was detected exclusively in ER+ (Estrogen Receptor) types of breast cancer. ADAMTS-4 was found overexpressed in all malignancies, where it exhibited a pro-metastatic role. It was correlated with advanced cancer stages and high cancer cell invasiness. ADAMTS-12 and -20 expression was found in laryngeal and breast cancer, respectively. However, ADAMTS-20 was also detected in benign malignancies. To sum up, synthetic inhibitors of ADAMTS-4 would be applicable in most of the cancers types, with quite efficient activity in limiting tumor’s growth and metastasis. However, inhibitors of ADAMTS-5, -12 and ADAMTS-8, -20 would be more beneficial in laryngeal and breast cancer, respectively.

Τα μέλη της οικογένειας ADAMTS (Adamalysin-like Metalloproteinases with Thrombospondin motifs) είναι εκκρινόμενες μεταλλοπρωτεϊνάσες που προσδένουν ψευδάργυρο και αποικοδομούν πληθώρα πρωτεογλυκανών και άλλων μορίων του εξωκυττάριου χώρου, συμβάλλοντας στην ομοιόσταση των ιστών κατά τη μορφογένεση, την αναπαραγωγή κ.α. Εκτός από το ρόλο τους ως πρωτεογλυκανάσες, ορισμένες ADAMTSs ρυθμίζουν διάφορες κυτταρικές λειτουργίες, όπως κυτταρικός πολλαπλασιασμός, μετανάστευση, αγγειογένεση κ.α., μέσω αλληλεπιδράσεων των επιμέρους περιοχών τους με αυξητικούς παράγοντες, κυτταροκίνες κλπ. Απορρυθμισμένη έκφραση και λειτουργία αυτών μπορεί να οδηγήσει σε ποικίλες παθολογικές καταστάσεις, όπως οστεοαρθρίτιδα, αθηροσκλήρυνση, καρκίνος, πνευμονικό οίδημα κ.α. Η πλέον μελετημένη παθολογική κατάσταση στην οποία εμπλέκονται οι ADAMTSs είναι η οστεοαρθρίτιδα. Η εκτεταμένη εκφύλιση του αρθρικού χόνδρου οφείλεται στην αποικοδόμηση της αγγρικάνης από τις ADAMTS-4 και -5, προκαλώντας έτσι απώλεια της λειτουργικότητας του ιστού. Επίσης, απορρυθμισμένη έκφραση των ADAMTSs έχει αναφερθεί σε διάφορους καρκίνους, όπως στους πνεύμονες, στον εγκέφαλο κ.α. Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή διερευνήθηκε ο ρόλος των ADAMTSs στο σύνολο των παθολογικών καταστάσεων που χαρακτηρίζονται ως νεοπλασίες. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η συμμετοχή των ADAMTS-1, -4, -5, -8, -12 και -20 στην ανάπτυξη και στην πρόοδο των καλοήθων, προκακοήθων και κακοήθων νεοπλασιών. Τα επίπεδα έκφρασης και ο in situ εντοπισμός αυτών προσδιορίστηκε σε πληθώρα φρέσκων ανθρώπινων ιστών, όπως ρινικός βλεννογόνος, παχύ έντερο, λάρυγγας αλλά και καλλιέργειες καρκινικών κυττάρων παχέος εντέρου και μαστού. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως ακόμα και οι ADAMTSs που εμφανίζουν μεγάλη δομική ομοιότητα μεταξύ τους είναι δυνατόν να εμπλέκονται με διαφορετικό τρόπο στις παθολογικές καταστάσεις. Οι ADAMT-5 και -8 παρουσίασαν εντελώς αντίθετα σχέδια έκφρασης. Στον καρκίνο του παχέος εντέρου και κυρίως στον καρκίνο του λάρυγγα η ADAMTS-5 βρέθηκε να υπερεκφράζεται, αποικοδομώντας τον εξωκυττάριο χώρο και διευκολύνοντας τη διήθηση των καρκινικών κυττάρων, ενώ η ADAMTS-8 παρουσίασε πολύ χαμηλή και μηδενική έκφραση, αντίστοιχα. Αντιθέτως, στον καρκίνο του μαστού όπου η ADAMTS-5 δεν ανιχνεύτηκε, η ADAMTS-8 συνδέθηκε με αυξημένη μεταστατικότητα. Ακόμα, σε αντίθεση με την ADAMTS-5, έκφραση της ADAMTS-8 δεν παρατηρήθηκε σε καλοήθεις νεοπλασίες. Η ADAMTS-1 ανιχνεύτηκε μόνο σε κακοήθεις νεοπλασίες, όπου εμφάνισε διαφορετικές δράσεις ανάλογα με την πρωτεολυτική της κατάσταση. Στον καρκίνο του λάρυγγα ανιχνεύτηκε υπό την ενεργή της μορφή, ενώ στον καρκίνο του παχέος εντέρου υπό τη μορφή θραυσμάτων. Έκφραση αυτής δεν ανιχνεύτηκε σε μη ορμονοεξαρτώμενο καρκίνο του μαστού, ενώ παρουσία υποδοχέων οιστρογόνων παρατηρήθηκε παραγωγή της ADAMTS-1 από τα καρκινικά κύτταρα. Η ADAMTS-4, αν και ανιχνεύτηκε μόνο σε κακοήθεις νεοπλασίες όπως και η ADAMTS-1, σε αντίθεση με αυτή παρουσίασε αποκλειστικά προ-μεταστατική δράση. Έκφραση της ADAMTS-4 παρατηρήθηκε κυρίως σε καρκινικά κύτταρα παχέος εντέρου, λάρυγγα και μαστού και συνδέθηκε με προχωρημένα στάδια και υψηλή μεταστατικότητα. Αντιθέτως, υψηλή έκφραση των ADAMTS-12 και -20 ανιχνεύτηκε μόνο στον καρκίνο του λάρυγγα και του μαστού αντίστοιχα, ενώ μόνο η ADAMTS-20 ανιχνεύτηκε και σε καλοήθεις νεοπλασίες. Συμπερασματικά, έγινε σαφές πως η ADAMTS-4 θα μπορούσε να αποτελέσει ένα γενικό στόχο για την ανάπτυξη αναστολέων αυτής, με σκοπό την αποτροπή μετάστασης στις περισσότερες περιπτώσεις κακρκίνου. Αντιθέτως, αναστολή των ADAMTS-5, -12 και ADAMTS-8, -20 θα είχε περισσότερο ενδιαφέρον στο λαρυγγικό καρκίνο και τον καρκίνο του μαστού, αντίστοιχα.