Proteom nádorové buňky a studium změn po působení protinádorových léčiv

• Název práce v češtině: Proteom nádorové buňky a studium změn po působení protinádorových léčiv
• Název v anglickém jazyce: „The cancer cell proteome and its changes after anti-cancer drug treatment“.
• Klíčová slova: proteomika, protinádorová terapie, antracykliny, chemorezistence, elektroforéza, hmotnostní spektrometrie
• Klíčová slova anglicky: proteomics, anti-cancer therapy, anthracyclines, chemoresistance, electrophoresis, mass spectrometry
• Akademický rok vypsání: 2007/2008
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra buněčné biologie (31-151)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Hana Kovářová, CSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 26.04.2010
• Datum zadání: 11.12.2012
• Datum odevzdání elektronické podoby: 11.12.2012
• Datum proběhlé obhajoby: 06.02.2013
• Oponenti: prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc.

Předběžná náplň práce

Rakovina představuje velmi heterogenní skupinu onemocnění a výsledky v současnosti dostupné protinádorové léčby jsou vysoce variabilní s nedostatečnými počty vyléčených pacientů. Pro hledání a vývoj nových, selektivních a specifických, nádorových biomarkerů, které mohou být použity ke sledování stavu nemoci a terapie, se používá celá řada proteomických technik.
S ohledem na výše zmíněné skutečnosti jsme se v této práci zaměřili na studium proteomu nádorových buněk a jeho změn po působení protinádorových léčiv se specifickým zaměřením na (a) odpověď ke konvenčním léčivům ze skupiny antracyklinů s přihlédnutím k jejich rozdílnému klinickému využití a (b) identifikaci nových terapeutických cílů v nádorových buňkách rezistentních k biologickým preparátům jako jsou inhibitory (b1) cyklin-dependentních kináz a (b2) Aurora kináz.
V této studii jsme identifikovali několik klíčových aspektů, které se vztahovaly k účinkům daunorubicinu, doxorubicinu a mitoxantronu. Zaměřili jsme se na časné intervaly po působení léčiv, kdy je minimalizován vliv apoptózy, a nalezli jsme změny proteinů metabolických a celulárních procesů společné pro všechna tři léčiva. Podstatnější bylo pozorování signifikantních změn proteinů účastnících se tvorby metabolických a energetických prekurzorů, které byly specifické pro působení daunorubicinu, transportních proteinů v odpovědi na působení doxorubicinu a skupiny proteinů imunitního systému, které byly charakteristické pro působení mitoxantronu. Jak párové porovnání tak multivariační analýza odhalili daunorubicin jako nejrozdílnější ze sledované skupiny léčiv.
Práce zabývající se rezistencí nádorové buňky odhalila klíčovou úlohu Rho GDP-disociačního inhibitoru, Y-box binding proteinu a HSP70/90 organizujícího proteinu v rozvoji rezistence k inhibitoru cyklin-dependentních kináz. Výsledky dále ukazují, že pro rozvoj chemorezistence jsou důležité i další parametry jako jsou zkracování proteinů nebo jejich posttranslační modifikace. Na dalším příkladu zaměřeném na rezistenci k Aurora kinázovým inhibitorům se projevil vliv stavu proteinu p53 v nádorové buňce, ale také přímé spojení na proteinu p53 nezávislého mechanismu rezistence k CYC116 s procesem autofagie. Serin hydroxymethyltransferáza, serpin B5 a kalretinin představují proteiny, které mohou pomoci k překonání rezistence u kombinovaných terapií.
Změny proteinů typických pro konkrétní léčiva, které mohou pomoci k objasnění protinádorového účinku těchto léčiv, spolu s využitím blokace aktivovaných adaptivních nádorových signálních drah mohou významně přispět ke zlepšení výsledků protinádorové terapie. Stále ale zůstává potřeba provést relevantní biologickou a funkční interpretaci proteomických výsledků a poté je pečlivě validovat před jejich úspěšným zavedením do klinické onkologie.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Cancers represent a group of unprecedented heterogeneous diseases and currently available anti-cancer therapies provide highly variable efficacy with unsatisfactory cure rates. A wide range of proteomic technologies are being used in quest for newer approaches which could significantly contribute to the discovery and development of selective and specific cancer biomarkers for monitoring the disease state and anti-cancer therapy success.
Taking into consideration the above aspects, this research was undertaken to study cancer cell proteomes and their changes after anti-cancer treatment with specific focus on: (a) response to conventional anthracycline/anthracenedione drugs with respect to their different clinical efficacy and (b) identification of novel targets for therapy in cancer cells resistant to biological drugs such as inhibitors of (b1) cyclin-dependent kinases and (b2) Aurora kinases.
This study identified several interesting key aspects related to the effects of daunorubicin, doxorubicin and mitoxantrone. With the main focus on early time intervals when the influence of apoptosis is minimised, changes common for all three drugs belonging mainly to metabolic and cellular processes were observed. More importantly, significant changes in proteins involved in the generation of precursor metabolites and energy specific for daunorubicin, transport proteins participating in response to doxorubicin and a group of proteins of immune system characterising response to mitoxantrone were observed. Both a paired comparison and the multivariate evaluation of quantitative data revealed daunorubicin as a distinct member of monitored anthracycline/anthracenedione drugs.
Studies on the development of cancer cell resistance revealed that Rho GDP-dissociation inhibitor 2, Y-box binding protein 1, and the HSP70/90 organizing protein have a critical role to play in resistance to cyclin-dependent kinases inhibitor. The results indicated that various other parameters such as protein truncation and post-translational modification(s) are involved in drug-resistance. Another example focused on resistance to Aurora kinases inhibition underlined the important influence of p53 background functionality of cancer cell resistance and highlighted a direct link of p53-independent mechanism of resistance to CYC116 with autophagy. Importantly, serine hydroxymethyltransferase, serpin B5 and calretinin represent the proteins which may help overcome resistance with a combination therapy approach.
A combination of identified drug specific protein changes, which may help to explain anti-cancer activity, together with the benefit of blocking activation of adaptive cancer pathways, presents important approaches to improving treatment outcomes in cancer. In order to combat cancers, proteomic research derived findings may play a critical role, however, careful interpretation of the results and their relevance to biological and functional parameters need to be carefully considered prior to successful translation into clinic.