Białka szoku termicznego jako pozytywne i negatywne regulatory w raku piersi

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Białka szoku termicznego jako pozytywne i negatywne regulatory w raku piersi"

Lech Czarnecki
4 lat temu
Przeglądów:

Marta Klimczak Studium Medycyny Molekularnej Warszawski Uniwersytet Medyczny Białka szoku termicznego jako pozytywne i negatywne regulatory w raku piersi Praca wykonana w Zakładzie Biologii

1 Marta Klimczak Studium Medycyny Molekularnej Warszawski Uniwersytet Medyczny Białka szoku termicznego jako pozytywne i negatywne regulatory w raku piersi Praca wykonana w Zakładzie Biologii Molekularnej Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie i przedłożona Radzie Naukowej Centrum Biostruktury Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego w celu uzyskania stopnia doktora nauk medycznych Promotor: prof. dr hab. Alicja Żylicz Warszawa, 2019

2 STRESZCZENIE Białka szoku termicznego (HSP) należą do zachowanej ewolucyjnie grupy białek pełniących funkcję opiekuńczą w stosunku do wielu białek zaangażowanych w procesy kluczowe dla normalnego funkcjonowania komórki. Większość HSP jest produkowanych w odpowiedzi na różnego rodzaju stres fizjologiczny i środowiskowy. W komórkach nowotworowych, w wyniku akumulacji źle zwiniętych białek, aktywacji receptorów i kinaz, zmian metabolizmu oraz obecności stresu zewnętrznego (jak chemio- i radioterapia) następuje wzrost syntezy HSP. Znaczna część dotychczasowych doniesień naukowych wskazuje, że występowanie podwyższonej ekspresji HSP w wielu typach nowotworów, wiąże się z agresywnym fenotypem choroby u pacjentów. Część danych literaturowych dowodzi odwrotnej zależności podwyższony poziom ekspresji genów HSP związany jest z łagodniejszym przebiegiem choroby i korzystną prognozą dla pacjentów z różnymi typami nowotworów. Rozbieżności te wskazują na konieczność lepszego zrozumienia mechanizmów działania białek HSP oraz roli jaką pełnią w rozwoju nowotworów. Głównym założeniem niniejszej rozprawy było przeanalizowanie wpływu ekspresji 96 ludzkich HSP na przeżycie pacjentów z rakiem piersi. W tym celu, korzystając z publicznie dostępnych baz danych TCGA i KM plotter, dokonano analizy przeżycia pacjentów z rakiem piersi w zależności od poziomu ekspresji poszczególnych HSP. Na podstawie analizy Kaplana-Meiera i analizy proporcjonalnego ryzyka Coxa, zidentyfikowano sześć genów HSP, których ekspresja znacząco wpływała na przeżycie pacjentów. Wśród nich, znalazły się geny HSPA2, DNAJC20, HSP90AA1, CCT1, CCT2, CCT6A. Podwyższona ekspresja HSPA2 i DNAJC20 wiązała się z korzystną prognozą dla pacjentów z rakiem piersi, w tym ich dłuższym przeżyciem. Z kolei, wysoka ekspresja HSP90AA1 oraz trzech genów kodujących podjednostki kompleksu CCT/TRiC (CCT1, CCT2, CCT6A) była związana z gorszym rokowaniem i krótszym czasem przeżycia pacjentów. W dalszym toku pracy, dokonano szczegółowej analizy wpływu ekspresji zidentyfikowanych HSP na procesy biologiczne oraz cechy kliniczno-patologiczne pacjentów. Analizy te potwierdziły aktywność supresorową białek HSPA2 i DNAJC20 oraz onkogenny charakter białek HSP90AA1 i podjednostek budujących kompleks CCT/TRiC. Z uwagi na istotny wpływ wybranych HSP na przeżycie pacjentów, zaproponowano model o wysokiej wartości predykcyjnej, umożliwiający przewidywanie rokowania dla 2

3 pacjentów z rakiem piersi na podstawie ekspresji HSP oraz stadium zaawansowania nowotworu. Model ten potwierdził wcześniejsze obserwacje o przeciwstawnym działaniu białek o charakterze supresorowym (HSPA2 i DNAJC20) i białek wykazujących aktywność onkogenną (HSP90α, CCT1, CCT2, CCT6A) w rozwoju raka piersi. W ostatnim etapie analiz bioinformatycznych, przeanalizowano rolę HSP istotnie wpływających na przeżycie pacjentów z rakiem piersi w innych typach nowotworów. Analiza ta wykazała, że poszczególne HSP mogą zarówno sprzyjać pozytywnemu rokowaniu pacjentów, jak i być dla nich niekorzystne w zależności od typu nowotworu, w którym ulegają ekspresji. Uzyskane wyniki analiz bioinformatycznych poddano walidacji w modelu komórkowym raka piersi. W dwóch liniach komórkowych (MCF7 i MDA-MB-468) obniżono ekspresję poszczególnych genów HSP z wykorzystaniem specyficznego sirna, a następnie przeprowadzono analizy proliferacji w czasie rzeczywistym, zdolności do tworzenia kolonii, żywotności i aktywności metabolicznej. Badania te potwierdziły onkogenny charakter HSP90α oraz podjednostek kompleksu TRiC, jednak nie wskazały jednoznacznie na istotną rolę dwóch HSP (HSPA2 i DNAJC20) jako supresorów transformacji nowotworowej badanej w liniach komórkowych wyprowadzonych z raka piersi. Podsumowując, w pracy wykazano, że białka szoku termicznego mogą pełnić funkcję zarówno pozytywnych, jak i negatywnych regulatorów w rozwoju raka piersi. Poziom genów kodujących HSP nie tylko wpływa na czas przeżycia pacjentów, ale również przekłada się na ich cechy kliniczno-patologiczne (takie jak stadium zaawansowania nowotworu, wielkość guza, stopień zajęcia węzłów chłonnych, obecność receptorów). Przedstawione wyniki sugerują, że specyficzna rola HSP (pozytywna lub negatywna regulacja) ściśle zależy od typu nowotworu, w którym dany gen HSP ulega ekspresji. 3

4 ABSTRACT Heat shock proteins (HSPs) belong to highly conserved proteins acting as molecular chaperones towards numerous proteins essential for maintaining normal cellular functions. The expression of many HSPs is induced in response to a wide variety of physiological and environmental stress conditions. Due to accumulation of misfolded proteins, activation of receptors and kinases, changes of metabolic activities and presence of external stress (including chemo- and radiotherapy), synthesis of HSPs in cancer cells is strongly increased. Most of previous studies reported correlation of high expression of HSPs with cancer aggressiveness and prognosis. In contrast, some research has shown that reduced expression of HSPs is associated with poor prognosis for cancer patients. Therefore, the biological mechanisms of HSPs and their role in cancer development still remain to be investigated. The main aim of the study was to analyse the association between expression of 96 human heat shock genes and survival of breast cancer patients. Utilizing The Cancer Genome Atlas (TCGA) and KM plotter databases, six heat shock proteins associated with survival of breast cancer patients have been identified. Patients overexpressing two identified HSPs HSPA2 and DNAJC20 exhibited longer survival, whereas overexpression of other four HSPs HSP90AA1, CCT1, CCT2, CCT6A resulted in unfavourable prognosis for breast cancer patients. In the next step, the association between expression level of HSPs and clinicopathological characteristics and enriched biological processes was explored. This approach confirmed suppressive activity of HSPA2 and DNAJC20 and oncogenic properties of HSP90α and subunits of CCT/TRiC complex in breast cancer. Additionally, a novel prognostic model with the potential to predict the outcome of breast cancer patients basing on expression of identified HSPs and tumor stage was developed. Finally, the association of six prognostic HSP expression with survival of patients suffering from other types of cancer than breast cancer was also analysed. The data revealed that depending on cancer type, each of the six analysed HSPs can act both as a positive, as well as a negative regulator of cancer development. In the next part of the study, the results obtained by the bioinformatics analysis were validated in breast cancer cell line model. The expression of six identified HSPs was silenced using short interfering RNA and analyses of biological processes including proliferation, clonogenicity, viability and metabolic activity were conducted. In vitro assays confirmed HSP90α and CCT 4

5 subunits as positive regulators of breast cancer development. However, the suppressive properties of HSPA2 and DNAJC20 were not unambiguously confirmed in cell culture model. Summarizing, this thesis shed new light on the function of heat shock proteins in breast cancer development. Some of HSPs work as negative regulators of breast cancer development and their expression is reduced in cancer cells, whereas other may support oncogenic activities and their expression in breast cancer cells is elevated. The suppressive or oncogenic activities demonstrated by HSPs are reflected in clinicopathological characteristics and biological processes enriched in breast cancer patients. More importantly, identified HSPs that positively or negatively regulate breast cancer development, can play opposite role in other cancer types. 5

Podobne dokumenty

aforementioned device she also has to estimate the time when the patients need the infusion to be replaced and/or disconnected. Meanwhile, however, she must cope with many other tasks. If the department