Μελέτη της επίδρασης της ενδοκυττάριας σηματοδότησης του συστήματος ER-EGFR-IGFR στην έκφραση μακρομορίων που εμπλέκονται στο μεταστατικό δυναμικό του καρκίνου του μαστού

Abstract

Breast cancer is one of the most common malignancies with over two million new cases per year. Hormone-dependent breast cancer is highly associated with the secretion of endocrine hormones, such as estradiol and progesterone, and the high expression levels of hormone receptor characterize 80% of breast cancer cases. Based on recent studies from our laboratory, the expression of estrogen receptors (ERs) has significant role on cell functions and on regulation of extracellular matrix (ECM) biomolecules expression levels. ECM is a network of macromolecules, which has except of a structural role, an important functional role as a network of signaling molecules that act as receptors, co-receptors or regulate the storage and release of growth factors. In malignancies the expression levels of ECM molecules as well their structural characteristics can be modified leading to a different ECM organization and functional properties. This thesis is focused on the role of syndecans in metastatic potential of breast cancer cells. Syndecans are members of heparan sulfate proteoglycans on the cell membrane and are associated with the cell adhesion and migration. In the first part of this thesis, we studied the role of syndecans in cross-talk between ER-EGFR-IGF-IR. The interaction of these three receptors ER-EGFR-IGF-IR on the cell signaling is mediated mainly after resistance of breast cancer patient’s therapy with anti-estrogens after prolonged administration. In this case, it is found that on MCF-7 cell line (ERα+), but not on MDA-MB-231 (ERβ+) and ZR-75-1 (ERα+, ERβ+), cell lines, in the presence of IGF-IR inhibitor, the expression levels of syndecan-4 are reduced significantly. Syndecan-4 forms a complex on the cell surface with IGF-IR and the reduced levels of syndecan-4 are due to endocytosis and not because of shedding by ECM proteases. Furthermore, the use of IGF-IR inhibitor reduces the ability of cells to adhere on integrin heterodimers substrates and increases their invasive ability. In the second part of the thesis, the role of syndecans in the metastatic potential of breast cancer cells among the epithelial cells MCF-7 (ERα+) and the MCF-7-derived mesenchymal clone, MCF-7 SP10+ (ERα-), was evaluated. The MCF-7 cell line has increased levels of syndecan-4, while its expression is significantly suppressed in the MCF-7 SP10+ cells. The overexpression of syndecan-4 on MCF-7 SP10+ cells induced the transition of the phenotype from mesenchymal to epithelial (MET). It was also shown that syndecan-4 forms a complex with TRPC6 channel and controls the levels of intracellular calcium. For this function, it was found that the presence of the heparan sulfate chains and the intracellular domain of syndecan-4 were essential factors. Consequently, basedon this PhD thesis it is clarified the significant regulatory role of syndecan-4 on cell signaling, on cell functions and the morphology of breast cancer cells. Furthermore, the results highlight syndecan-4 as a regulatory molecule that minimizes the aggressive metastatic potential of breast cancer cells and provide a novel therapeutic target at the level of ECM molecules

O καρκίνος του μαστού αποτελεί την πιο συνήθη κακοήθεια στο γυναικείο φύλο με πάνω από δύο εκατομμύρια νέα περιστατικά το χρόνο. Η σχέση του καρκίνου του μαστού με την παραγωγή ενδοκρινών ορμονών, όπως η οιστραδιόλη και η προγεστερόνη, είναι σημαντική, καθώς το ποσοστό των περιστατικών του καρκίνου του μαστού που σχετίζονται με τα επίπεδα έκφρασης των ορμονικών υποδοχέων είναι υψηλό (80%). Με βάση πρόσφατες μελέτες του εργαστηρίου Βιοχημείας, έχει δειχθεί ότι η έκφραση των οιστρογονοϋποδοχέων (ERs) παίζει σημαντικό ρόλο στην λειτουργία των κυττάρων και στον έλεγχο των επιπέδων έκφρασης των βιομορίων του εξωκυττάριου χώρου (ECM). Ο ECM αποτελεί ένα δίκτυο μακρομορίων που εκτός από τη δομική του λειτουργία, παίζει σημαντικό λειτουργικό ρόλο δρώντας ως δίκτυο παροχής σηματοδοτικών μορίων με τη μορφή υποδοχέων ή συνυποδοχέων είτε ως ρυθμιστικός μηχανισμός της συγκέντρωσης και της διαθεσιμότητας των αυξητικών παραγόντων κά. Στις νεοπλασίες η γονιδιακή έκφραση των μορίων του ECM καθώς και τα δομικά τους χαρακτηριστικά μπορούν να τροποποιηθούν σημαντικά με αποτέλεσμα να αλλάζει η εικόνα οργάνωσης του ECM, καθώς και η λειτουργικότητά τους. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στο ρόλο των συνδεκανών στο μεταστατικό δυναμικό του καρκίνου του μαστού. Οι συνδεκάνες είναι μέλη της οικογένειας των πρωτεογλυκανών θειΐκής ηπαράνης και απαντώνται ως διαμεμβρανικοί υποδοχείς στην κυτταρική μεμβράνη και σχετίζονται με την κυτταρική προσκόλληση και μετανάστευση των κυττάρων. Στο πρώτο μέρος της διατριβής μελετήθηκε ο ρόλος των συνδεκανών στη διασταυρούμενη σηματοδότηση μεταξύ των ER-EGFR-IGFR. Η αλληλεπίδραση των τριών υποδοχέων ER-EGFR-IGFR στην σηματοδότητη εμφανίζεται σε περιπτώσεις καρκίνου του μαστού μετά από παρατεταμένη χορήγηση αντι-οιστογονικών θεραπειών κατά τις οποία η ασθενής παρουσιάζει ανθεκτικότητα στη θεραπευτική αγωγή. Στην περίπτωση αυτή, βρέθηκε ότι στην καρκινική κυτταρική σειρά MCF-7 (ERα+), και όχι στις κυτταρικές σειρές MDA-MB-231 (ERβ+) και ZR-75-1 (ERα+, ERβ+), η παρουσία του αναστολέα του IGFR μειώνει την έκφραση της συνδεκάνης-4. Η συνδεκάνη-4 σχηματίζει σύμπλοκο στην κυτταρική μεμβράνη με τον IGFR και ο μηχανισμός της μείωσης των επιπέδων της οφείλεται στην ενδοκυττάρωσή της και όχι στην αποκοπή της (shedding) από πρωτεάσες του εξωκυττάριου χώρου. Επιπλέον, η χρήση του αναστολέα του IGFR μειώνει την προσκολλητική ικανότητα των κυττάρων σε υπόστρωμα διμερών ιντεγκρινών και αυξάνει την διηθητική τους ικανότητα. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής μελετήθηκε ο ρόλος των συνδεκανών στο μεταστατικό δυναμικό του καρκίνου του μαστού μεταξύ των επιθηλικών καρκινικών κυττάρων MCF-7 (ERα+) και των μεσεγχυματικών MCF-7 SP10+ (ERα-). Η πρώτη κυτταρική σειρά παρουσιάζει αυξημένα επίπεδα συνδεκάνης-4, ενώ η δεύτερη παρουσιάζει χαμηλά επίπεδα. Η υπερέκφραση της συνδεκάνης-4 στα MCF-7 SP10+ κύτταρα προκάλεσε τον μετασχηματισμό του φαινοτύπου από μεσεγχυματικά σε επιθηλιακά. Επίσης, δείχθηκε ότι η συνδεκάνη-4 σχηματίζει σύμπλοκο με το κανάλι ασβεστίου TRPC6 και ρυθμίζει τα επίπεδα του ενδοκυττάριου ασβεστίου και της μορφολογίας των κυττάρων. Για την συγκεκριμένη λειτουργία είναι απαραίτητη και η παρουσία των γλυκοζαμινογλυκανικών αλυσίδων θειϊκής ηπαράνης, καθώς και του ενδοκυττάριου τμήματος της συνδεκάνης-4. Κατά συνέπεια, με βάση τα αποτελέσματα της διδακτορικής διατριβής αποσαφινίζεται ο σημαντικός ρυθμιστικός ρόλος της συνδεκάνης-4 στην κυτταρική σηματοδότηση, τις λειτουργικές ιδιότητες και τη μορφολογία των καρκινικών κυττάρων μαστού. Επιπρόσθετα, τα αποτελέσματα της διατριβής συνηγορούν υπέρ του βιολογικού ρόλου της συνδεκάνης-4 ως ένα μόριο υποδοχέας- ρυθμιστής που ελαχιστοποιεί το επιθετικό μεταστατικό δυναμικό των καρκινικών κυττάρων που την εκφράζουν και ανοίγουν νέους ορίζοντες για τη φαρμακευτική στόχεση στο επίπεδο των ECM μορίων.