Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
Βασίλειος Γοργούλης, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Νικόλαος Ανάγνου, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Δημήτριος Θάνος, Ερευνητής Α', Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών
Ανδρέας Σκορίλας, Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Απόστολος Κλινάκης, Ερευνητής Β', Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών
Αθανάσιος Κοτσίνας, Επίκουρος Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Μαρία Ρουμπελάκη, Επίκουρη Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Περίληψη:
Το σηματοδοτικό μονοπάτι Notch αποτελεί ένα εξελικτικά συντηρημένο μονοπάτι που είναι παρόν σε όλα τα Μετάζωα και παίζει καθοριστικό ρόλο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη και την ομοιόσταση των ιστών. Ειδικότερα, ρυθμίζει αποφάσεις κυτταρικής τύχης μέσω κυτταρικής επαφής επηρεάζοντας θετικά ή αρνητικά και με τρόπο που εξαρτάται από το περιβάλλον κυτταρικές διαδικασίες όπως ο πολλαπλασιασμός, η διαφοροποίηση και η απόπτωση. Συνεπώς, η δυσλειτουργία ή η απώλεια της σηματοδότησης μέσω Notch προκαλεί ένα ευρύ φάσμα ανθρώπινων διαταραχών, από αναπτυξιακά σύνδρομα μέχρι καρκίνο, στον οποίο εμπλέκεται είτε ως ογκογονίδιο είτε ως ογκοκατασταλτικό.
Η αρχική παρατήρηση ότι η έλλειψη της Nicastrin—που έχει ως αποτέλεσμα την απενεργοποίηση του μονοπατιού Notch—οδηγεί στην ανάπτυξη όγκων στον ουρητήρα του ποντικιού γέννησε την υπόθεση ότι η σηματοδότηση μέσω Notch δρα ογκοκατασταλτικά στο ουροποιητικό σύστημα. Αρχικά, διαπιστώσαμε ότι το μονοπάτι Notch είναι ενεργό στο φυσιολογικό ουροθήλιο του ποντικιού. Στη συνέχεια, ο χαρακτηρισμός των όγκων αποκάλυψε ότι πρόκειται για ουροθηλιακά καρκινώματα υψηλού βαθμού που εκφράζουν δείκτες των κυττάρων της βασικής στιβάδας και συνεπώς ανήκουν στο βασικό υπότυπο ο οποίος στους ανθρώπους συνοδεύεται από φτωχή πρόγνωση. Η αποκατάσταση της έκφρασης του ενδοκυτταρικού τμήματος του υποδοχέα Notch1 καταστέλλει την εμφάνιση όγκου, υπογραμμίζοντας ότι η απώλεια της σηματοδότησης μέσω Notch αποτελεί το μοναδικό μεταλλαξογόνο γεγονός που οδηγεί σε ογκογένεση.
Το επόμενο βήμα μας ήταν η δημιουργία ενός διαγονιδιακού ποντικιού στο οποίο η έκφραση της ρεκομπινάσης Cre, καθώς και της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης, βρίσκεται κάτω από το μεταγραφικό έλεγχο του υποκινητή του γονιδίου της ουροπλακίνης II (UpII-Cre-iresGFP) και συνεπώς είναι ειδική για το ουροθήλιο. Η απενεργοποίηση του μονοπατιού Notch στην ουροδόχο κύστη ποντικιών οδηγεί στην ανάπτυξη απλής και οζώδους υπερπλασίας, καθώς και υψηλού βαθμού δυσπλασίας και καρκινώματος in situ που εμφανίζουν βασικά χαρακτηριστικά. Επιπρόσθετα, μελετήσαμε την επίδραση της απώλειας κάθε υποδοχέα Notch ξεχωριστά και διαπιστώσαμε ότι οι Notch1 και Notch2 αποτελούν τους κύριους διαμεσολαβητές της ογκοκατασταλτικής δράσης του μονοπατιού στο ουροθήλιο. Συγκεκριμένα, η έλλειψη του Notch1 ή του Notch2 προκαλεί κερατινοποιητική πλακώδη μεταπλασία σε ποντίκια που είχαν εισαχθεί σε πρωτόκολλο χημικής καρκινογένεσης. Επιπλέον, η μελέτη της αλληλεπίδρασης της απενεργοποίησης του μονοπατιού Notch με την ενεργοποίηση του Kras ή της Pi3k σε ποντίκια παρείχε κάποιες πρώτες ενδείξεις για συνεργιστική δράση.
Εύλογα προέκυψε το ερώτημα αν τα ευρήματα στο ποντίκι μεταφράζονται στον άνθρωπο. Κατ’ αρχάς, παρατηρήσαμε ότι το μονοπάτι Notch είναι ενεργό στο ανθρώπινο ουροθήλιο. Έπειτα, είδαμε ότι η υπερέκφραση των υποδοχέων Notch1-3 καταστέλλει τον πολλαπλασιασμό ανθρώπινων καρκινικών ουροθηλιακών σειρών. Ο επόμενος μας στόχος ήταν η αποσαφήνιση του μοριακού μηχανισμού δράσης του Notch στο ουροθήλιο. Διαπιστώσαμε, λοιπόν, ότι η ενεργοποίηση του μονοπατιού Notch ρυθμίζει τη φωσφορυλίωση της ERK1/2 (Extracellular signal-regulated kinase 1/2) μέσω άμεσης μεταγραφικής ενεργοποίησης των DUSPs και συνεπώς αναχαιτίζει το πολλαπλασιαστικό δυναμικό του μονοπατιού ΜΑPK. Ο μοριακός χαρακτηρισμός των όγκων ουρητήρα από ποντίκια επιβεβαίωσε το μηχανισμό που ταυτοποιήσαμε.
Αξιοσημείωτα, ταυτοποιήσαμε νέες, σωματικές, απενεργοποιητικές μεταλλαγές σε συστατικά του μονοπατιού Notch ή/και απώλεια αριθμού αντιγράφων του NOTCH1 στο 61% των ασθενών με καρκίνο της ουροδόχου κύστης. Επίσης, δείξαμε ότι οι γενετικές αλλοιώσεις στο μονοπάτι Notch δε συνυπάρχουν συχνά με μεταλλαγές στα γονίδια FGFR3, HRAS/KRAS και PIK3CA και συσχετίζονται με χειρότερη επιβίωση.
Τέλος, καθώς έχει συσσωρευτεί πλήθος στοιχείων που υποδεικνύει ότι το μονοπάτι του ρετινοϊκού οξέος εμπλέκεται στην ανάπτυξη και την καρκινογένεση στο ουροποιητικό σύστημα, στραφήκαμε στη μελέτη του ρόλου του. Πρώτα από όλα, χαρακτηρίσαμε τη μεταλλαγή «θερμού σημείου» στη θέση S427F του υποδοχέα RXRα, που εντοπίζεται στο 5% των ασθενών με καρκίνο της ουροδόχου κύστης, ως επικρατούς αρνητικής, δεδομένου ότι εμποδίζεται η δέσμευση του υποδοχέα και κατ’ επέκταση η ενεργοποίηση της μεταγραφής, ενώ παράλληλα διατηρείται η ικανότητα ετεροδιμερισμού. Εξετάσαμε ακόμη την επίδραση της έλλειψης του RXRα κατά τη χημική καρκινογένεση στο ουροθήλιο του ποντικιού και διαπιστώσαμε ότι οδηγεί στην ανάπτυξη πλακώδους υπερπλασίας. Καθότι δείχθηκε ότι ο Notch1 προσδένεται στον υποκινητή του RXRΑ, συμπεραίνουμε ότι το μονοπάτι του ρετινοϊκού οξέος βρίσκεται καταρροϊκά του Notch και διαμεσολαβεί μέρος της ογκοκατασταλτικής του δράσης στο ουροθήλιο.
Εν κατακλείδι, με την ερευνητική αυτή εργασία αποδείξαμε τον ογκοκατασταλτικό ρόλο του σηματοδοτικού μονοπατιού Notch στο ουροποιητικό σύστημα και αποσαφηνίσαμε τους μοριακούς μηχανισμούς που τον διέπουν τόσο in vitro σε ανθρώπινα καρκινικά ουροθηλιακά κύτταρα όσο και in vivo σε μοντέλα ποντικιού, ανοίγοντας έτσι το δρόμο για την ανάπτυξη καινοτόμων στοχευμένων θεραπειών με απώτερο στόχο την αποτελεσματική αντιμετώπιση του καρκίνου της ουροδόχου κύστης.
