Μελέτη των μεταβολών στην ομοιοδυναμική του πρωτεώματος κατά την καρκινογένεση

Abstract

Cancer is a multifactorial age-related disease and the second leading cause of death worldwide. On a molecular and cellular level, cancer cells possess some common features that allow them to multiply and metastasize. In order to maintain organismal homeostasis, cellular quality control systems have been developed. One of these important systems is the proteostasis network (PN) that ensures correct protein folding, degradation of damaged proteins and prevents accumulation of protein aggregrates. The PN comprises of the ubiquitin-proteasome pathway, the autophagy mechanism through lysosomal degradation, the Nrf2 antoxidant response pathway, the unfolded protein response of the endoplasmatic reticulum (UPRER) and the molecular chaperones. Mitochondrial and metabolic homeostasis are also key to proteome stability. A very important extracellular chaperone, clusterin, whose levels are elevated during ageing and neurodegenerative disorders (Alzheimers), affects pancreatic function and might hold a key part in metabolism and metabolic disorders.Tumorigenesis is a very complex procedure that involves many different signaling pathways in the cell and lately it seems to be also affected by the deregulation of proteostatic modules that manage proteome instability.Furthermore, natural products are also lately becoming popular for their beneficial (and likely anti-cancer) effects. Acteoside, is a phenylethanoid glycoside, that has been isolated from many dicotyledons, with known antioxidant and anti-inflammatory properties but unexplored anticancer capability.The aims of the current PhD were to assess the role of Clusterin (CLU) in normal physiology and cellular homeostasis; to study the potential alterations in proteome homeodymamics in a murine progressive skin cancer model and to isolate small molecules that in parallel act as novel anti cancer agents and regulators of the proteostasis network.In collaboration with Dr Haralambous in the Hellenic Pasteur Institute we have created transgenic mice that overexpress clusterin ubiquitously or in the pancreas. Our findings indicate the tumor suppressing properties of clusterin, probably by reducing proteome instability and her functional implication in the regularion of metabolic pathway.The significant antioxidant and anticancer properties of acteoside were also highlighted. Acteoside activates antioxidant and proteostatic machineries, inhibits PKC and alters cellular immune responses. Most importantly, it exerts a differentially toxic activity in tumor (vs. normal) cells in cell-based assays and the in vivo melanoma model after IP administration. Thus, acteoside holds promise as a chemical scaffold for the development of novel selective cytotoxic agents against tumor cells.

O καρκίνος είναι μια πολυπαραγοντική νόσος του γήρατος που επηρεάζεται τόσο από το γενετικό υπόβαθρο του ατόμου όσο και από το περιβάλλον. Είναι η δεύτερη πιο συχνή αιτία θανάτου παγκοσμίως, συνεπώς, η έρευνα αλλά και η ανάπτυξη νέων αποτελεσματικών θεραπευτικών προσεγγίσεων (φαρμάκων), τα οποία θα συμβάλουν ουσιαστικότερα και στην πρόληψη αλλά και στη θεραπευτική καταπολέμηση του καρκίνου είναι σημαντική. Οι άνθρωποι, όπως και όλοι οι οργανισμοί, εκτίθενται καθημερινά σε μια πληθώρα στρεσογόνων παραγόντων. Για να διατηρηθεί η ομοιοστασία των οργανισμών και η λειτουργικότητα των βιομορίων υπάρχουν στα κύτταρα συστήματα ελέγχου που διασφαλίζουν ταυτόχρονα και σε πολλά επίπεδα την ομαλή επιβίωση του οργανισμού. Βασικά στοιχεία του δικτύου πρωτεόστασης είναι τα δύο κύρια πρωτεολυτικά συστήματα του κυττάρου, τα σηματοδοτικά μονοπάτια ουβικιτίνης-πρωτεασώματος και αυτοφαγίας-λυσοσώματος, το κύριο μονοπάτι αντιοξειδωτικής απόκρισης Nrf2, το σύστημα απόκρισης παρουσία μη σωστά διπλωμένων πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο και, τέλος, οι το δίκτυο των μοριακών συνοδών. Επίσης, το μεταβολικό στρες και η ομοιοδυναμική του μιτοχονδρίου επηρεάζουν τη λειτουργία και τη σταθερότητα του πρωτεώματος και αλληλεπιδρούν με το δίκτυο της πρωτεόστασης. Στο δίκτυο της πρωτεόστασης επίσης ανήκουν πρωτεΐνες που ελέγχουν τον εξωκυττάριο χώρο. Πρόκειται για πρωτεΐνες μοριακές-συνοδούς οι οποίες οδηγούν τις μη σωστά αναδιπλωμένες πρωτεΐνες προς αποικοδόμηση μέσω ενδοκύττωσης στο λυσόσωμα. Μία από τις πιο μελετημένες μοριακούς συνοδούς είναι η κλαστερίνη η οποία ομοιάζει στις ενδοκυττάριες μοριακές συνοδούς small heat shock proteins και εντοπίζεται σε αρκετούς ιστούς ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια.. Η κλαστερίνη επίσης ανιχνεύεται σε υψηλά επίπεδα κατά τη γήρανση και τις νευροεκφυλιστικές ασθένειες (Alzheimer), εμπλέκεται στο μεταβολισμό (διαβήτης, μεταβολικό σύνδρομο), ενώ έχει βρεθεί πως επηρεάζει τη φυσιολογία του παγκρέατος.Είναι γνωστό πως η καρκινογένεση είναι μια πολύπλοκη διαδικασία στην οποία εμπλέκονται αρκετά κυτταρικά σηματοδοτικά μονοπάτια, ενώ επίσης επηρεάζεται και από την απορρύθμιση του δικτύου πρωτεόστασης. Η κλαστερίνη φαίνεται να έχει διττό ρόλο στην καρκινογένεση και ειδικότερα να δρα επάγωντας την καρκινογένεση σε τελικά στάδια της νόσου, ενώ στα πρώιμα στάδια να φέρει αντ-καρκινικό ρόλο. Έχει δειχθεί πως η sCLU σταθεροποιεί το σύμπλοκο Ku70-Bax παρεμποδίζοντα έτσι τον προ-αποπτωτικό ρόλο της πρωτεΐνης Bax.Τα τελευταία χρόνια τα φυσικά προϊόντα όλο και περισσότερο αναδεικνύονται για τις ευεργετικές τους ιδιότητες στον οργανισμό. Ιδιαίτερου ενδιαφέροντος θεωρούνται τα φαινολικά μόρια και κυρίως οι γλυκοσίδες όπως η ακτεοσίδη. Η ακτεοσίδη απομονώνεται από τη λουίζα και την πασχαλιά και διαθέτει αδρή αντιφλεγμονώδη και αντιοξειδωτική δράση. Εντούτοις, η αντικαρκινική της δράση δεν έχει μελετηθεί.Στόχοι της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής ήταν η ανάλυση της επίδρασης της μοριακής συνοδού κλαστερίνης στη φυσιολογία του οργανισμού και την κυτταρική ομοιοστασία, η μελέτη των μεταβολών στην ομοιοδυναμική του πρωτεώματος σε πρότυπο κυτταρικό μοντέλο χημικής καρκινογένεσης, και η μελέτη φυσικών προϊόντων με ιδιότητες, μεταξύ άλλων, ρυθμιστή του δικτύου πρωτεόστασης για την ανάδειξη νέων χημικών δομών με πιθανές αντικαρκινικές ιδιότητες.Σε συνεργασία με την επιστημονική ομάδα της δρ. Σύλβας Χαραλάμπους έχουμε προχωρήσει στη δημιουργία διαγονιδιακών ποντικών που υπερεκφράζουν την κλαστερίνη σε όλο τον οργανισμό είτε ιστοειδικά στο πάγκρεας. Συνοπτικά, οι μελέτες της παρούσας ΔΔ υποστηρίζουν με πειραματικά ευρήματα την πιθανή ογκοκατασταλτική δράση της κλαστερίνης, μάλλον μέσω μείωσης της πρωτεομικής αστάθειας. Επίσης πιθανολογούμε την λειτουργική συμμετοχή της μοριακής αυτής συνοδού σε μεταβολικά μονοπάτια και τη ρύθμιση των επιπέδων ινσουλίνης/γλυκόζης στο αίμα. Επίσης, αναδεικνύονται οι αντι-οξειδωτικές και πιθανές αντι-καρκινικές ιδιότητες της ακτεοσίδης. Η ακτεοσίδη δρα πλειοτροπικά στα κύτταρα αυξάνοντας τα ενδογενή επίπεδα των ROS, ενεργοποιώντας αντοξειδωτικούς και πρωτεοστατικούς μηχανισμούς και παράλληλα καταστέλλει την PKC, μεταβάλλοντας ανοσολογικές αποκρίσεις. Επίσης, θανατώνει επιλεκτικά μεταστατικά κύτταρα και προκαλεί μείωση των όγκων έπειτα από ενδοπεριτοναική χορήγηση. Ως εκ τούτου η ακτεοσίδη είναι ένα πολλά υποσχόμενο μόριο το οποίο μπορεί να αποτελέσει βάση για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων κατά των καρκινικών κυττάρων.