velikost textu

Radiation-induced plasticity of prostate cancer cells

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Radiation-induced plasticity of prostate cancer cells
Název v češtině:
Plasticita buněk karcinomu prostaty indukovaná zářením
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Lenka Kyjacová, B.Sc., Ph.D.
Školitel:
MUDr. Zdeněk Hodný, CSc.
Oponenti:
Mgr. Jan Bouchal, Ph.D-
Ing. Tomáš Vomastek, Ph.D.
Id práce:
115270
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra fyziologie (31-152)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
23. 9. 2015
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
karcinom prostaty, radioterapie, Erk, Akt, Snail
Klíčová slova v angličtině:
prostate cancer, radiotherapy, Erk, Akt, Snail
Abstrakt:
ABSTRAKT Rezistence různých typů nádorů ke konvenční léčbě radiací nebo chemoterapeutiky patří mezi nejčastěji zkoumané fenomény v oblasti molekulární a klinické onkologie. Pro rekurentní onemocnění je charakteristická přítomnost metastáz, které jsou v 90% odpovědné za úmrtí pacientů. Frakcionované ionizující záření (fIR; fractionated ionizing radiation) v kombinaci s chirurgickým odstraněním nádoru nebo hormonální terapií představuje nejčastější typ léčby v případě lokalizovaného nebo lokálně pokročilého karcinomu prostaty (KP). Hlavní příčinou neúspěchu radioterapie KP je radiorezistence s následnou diseminací přeživších buněk do okolních tkání. Ve snaze lépe pochopit fenotyp buněk asociovaný s radiorezistencí jsme vystavili čtyři buněčné linie KP derivované z metastáz (DU145, PC-3, LNCaP a 22RV1) klinicky relevantním, denně se opakujícím dávkám ionizujícího záření (fIR; 35 x 2 Gy), což mělo za následek vznik dvou přeživších buněčných populací - adherentních buněk vykazujících známky senescence včetně exprese markerů asociovaných se senescencí a neadherentních buněk rezistentních k anoikis, s rysy kmenových buněk, včetně aktivní sinalizace Notch a exprese kmenových znaků CD133, Oct-4, Sox2 a Nanog. Zatímco radiorezistentní adherentní buňky byly schopné obnovit proliferaci krátce po skončení ozařování, neadherentní buňky začaly proliferovat pouze po readhezi, ke které docházelo několik dnů po ztrátě adheze indukované iradiací. Podobně jako neozářené parentální buňky si radiorezistentní readheretní buňky DU145 zachovaly tumorigenní potenciál po transplantaci do imunokompromitovaných myší. Ukázali jsme, že pozorovaná fenotypová plasticita buněk KP indukovaná fIR byla doprovázena epiteliálně-mesenchymální tranzicí (EMT; epithelial-to-mesenchymal transition), stejně jako opačným procesem - mesenchymálně-epiteliální tranzicí (MET; mesenchymal-to-epithelial transition). Ztráta adheze indukovaná pomocí fIR byla závislá na expresi transkripčního faktoru regulujícího EMT - Snail (SNAI1), jelikož krátkodobé (siRNA) nebo dlouhodobé (shRNA) snížení hladiny Snailu zabránilo inaktivaci mezibuněčného adhezivního proteinu E-kadherinu (CDH1) a ztrátě adheze. Na druhé straně přežití neadherentních buněk vyžadovalo aktivní signalizaci Erk, protože chemická inhibice Erk1/2 prostřednictvím selektivního inhibitoru kinázy Mek nebo tranzientní snížení kinázy Erk1/2 prostřednictvím siRNA mělo za následek buněčnou smrt (anoikis). Zatímco kombinovaná inhibice signalizace Erk a PI3K/Akt u neadherentních buněk indukovala buněčnou smrt a měla za následek zablokování proliferace u adherentních buněk KP, toto kombinované ošetření mělo jen marginální efekt na růst normálních lidských diploidních buněk. Důležité je, že ozářené readherentní buňky tvořily v klonogenním testu méně kolonií se senescentním fenotypem a vykazovaly zvýšenou odolnost vůči anoikis po opětovném ozáření, což poukazuje na rozvoj získané radiorezistence. Vzhledem k tomu, že dormantní neadherentní buňky, které přežily fIR, sdílejí společné rysy s buňkami dávajícími vznik vzdáleným metastázam, jako například sníženou schopnost proliferace, expresi znaků kmenových buněk a schopnost obnovit adherentní růst po ukončení působení genotoxického stresu, a protože o těchto vlastnostech je známo, že přispívají k rezistenci vůči terapii, k rozvoji metastáz a recidivy nádorového onemocnění, rozhodli jsme se studovat fenomén ztráty adheze po fIR podrobněji. Obdobnou fenotypovou plasticitu jsme pozorovali u ozářených (10 x 2 Gy) buněk adenokarcinomu prsu (MCF-7) a nádorových buněk děložního čípku (HeLa) po ošetření chemoterapeutikem 5-azacytidinem (4 μM/24 hodin po dobu 7 dní), což naznačuje, že výskyt životaschopných neadherentních buněk není vázan na původ rakovinných buněk ani na typ aplikovaného genotoxického stresu. Jako další krok jsme provedli celogenomovou expresní analýzu několika radio-/chemo-rezistentních rakovinných buněčných populací. Analýza dat poukázala na exkluzivní expresní profil u neadherentních buněk rezistentních vůči radio-/chemo-terapii s aktivní cytokinovou signalizací a indukcí genů stimulovaných interferony. Souhrnně vzato, tyto výsledky přispívají k lepšímu pochopení heterogenity lidských metastatických nádorových buněk prostaty přežívajících ozáření, dokumentují plasticitu přeživších buněk indukovanou radiací, popisují molekulární odpovědi na ozáření a naznačují možnosti, jak v rámci protinádorové terapie překonat radiorezistenci využitím cílených radiosenzitizujících látek.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Resistance of various cancers to conventional therapies including radio- and chemo- therapy is one of the most investigated phenomena in the molecular and clinical oncology. Recurrent disease is characterized by the presence of metastases, which are responsible for 90% of cancer-related mortality. Fractionated ionizing radiation (fIR) combined with surgery or hormone therapy represent the first-choice treatment for medium to high risk localized prostate carcinoma (PCa). In PCa, the failure of radiotherapy (RT) is often caused by radioresistance and further dissemination of escaping (surviving) cells. To investigate the radioresistance-associated phenotype, we exposed four metastasis- derived human PCa cell lines (DU145, PC-3, LNCaP, and 22RV1) to clinically relevant daily fractions of ionizing radiation (fIR; 35 doses of 2 Gy) resulting in generation of two surviving populations: adherent senescent-like cells expressing common senescence-associated markers and non-adherent anoikis-resistant stem cell-like cells with active Notch signaling and expression of stem cell markers CD133, Oct-4, Sox2, and Nanog. While the radioresistant adherent cells were capable to resume proliferation shortly after the end of irradiation, the non- adherent cells started to proliferate only after their reattachment occurring several days after the irradiation-driven loss of adhesion. Like the parental non-irradiated cells, radioresistant readherent DU145 cells retained tumorigenic potential after injection to immunocompromised mice. We showed that fIR-induced phenotypic plasticity in PCa cells was accompanied with the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) as well as its reverse process mesenchymal-to- epithelial transition (MET). The radiation-induced loss of adhesion was dependent on expression of EMT-driver Snail (SNAI1), as transient siRNA or permanent shRNA-mediated knockdown of Snail prevented loss of protein of adherent junctions E-cadherin (CDH1) and cell detachment. On the other hand, survival of the non-adherent cells required active Erk signaling, as chemical inhibition of Erk1/2 by a Mek selective inhibitor or Erk1/2 downregulation by siRNAs resulted in anoikis-mediated death in the non-adherent cell fraction. Notably, whereas combined inhibition of Erk and PI3K/Akt signaling triggered cell death in the non-adherent cell fraction and blocked proliferation of the adherent population of the prostate cancer cells, such combined treatment had only marginal if any impact on growth of control normal human diploid cells. Importantly, irradiated re-adherent cells exhibited less senescent-like colonies in clonogenic cell survival assay and enhanced anoikis-resistant survival upon reirradiation pointing to the acquired radioresistance. Since dormant fIR-surviving non-adherent PCa cells shared common features with metastases-related disseminated tumor cells (DTCs) such as low proliferation potential, expression of stemness markers and capability to resume adherent growth after the end of genotoxic stress and as these characteristics are known to contribute to therapy resistance, development of metastases and tumor recurrence, we investigated the stress-induced ʻfloatationʼ phenomenon in more detail. We observed the same phenotypic plasticity in both breast adenocarcinoma cells (MCF-7) treated with fIR (10 x 2 Gy) and cervical cancer cells (HeLa) treated with chemotherapeutic drug 5-azacytidine (4 μM / 24 hours for 7 days), showing that occurrence of viable non-adherent cells is not restricted to cancer cell origin or to the type of genotoxic insult. As a next step, we performed high-throughput whole genome transcriptional profiling of radio- and/or chemoresistant cancer cell populations. Data analysis revealed the exclusive expression pattern in radio- and chemo-therapy-surviving non-adherent cancer cells including active cytokine signaling and induction of interferon-responsive genes. Taking together, these results contribute to better understanding of radiation-induced heterogeneous molecular response of human metastatic PCa cells, document treatment-induced phenotypic plasticity of stress-surviving cells, decipher a key molecular mechanisms of radio- and chemo-resistance, and finally, provide options to overcome the therapy resistance.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Lenka Kyjacová, B.Sc., Ph.D. 4.62 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Lenka Kyjacová, B.Sc., Ph.D. 83 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Lenka Kyjacová, B.Sc., Ph.D. 156 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Jan Bouchal, Ph.D- 1.59 MB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Tomáš Vomastek, Ph.D. 255 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 592 kB