Usmjeravanje na posttranslacijske modifikacije za poboljšanje kombinatornih terapija kod raka dojke: Uloga fukozilacije 1. dio

sažetak:

Različiti tumori se oslanjaju na posttranslacijske modifikacije (PTM) kako bi promovirali invazivnost i angiogenezu i reprogramirali ćelijsku energiju kako bi se smanjio imunitet protiv raka. Među PTM-ovima, fukozilacija je posebna vrsta glikozilacije koja je povezana s različitim aspektima imunoloških i hormonalnih fizioloških funkcija, kao i oteta mnogim vrstama tumora. Višestruki tumori, uključujući rak dojke, povezani su s lošim prognozama i povećanim metastatskim potencijalom zbog fukozilacije glikanske jezgre, odnosno fukozilacije jezgra.

Agresivnost se odnosi na sposobnost organizma da nasilno ometa svoju okolinu. Krvni sudovi i imunitet su važne komponente ljudskog zdravlja. Dakle, kakav je odnos između agresivnosti i krvnih sudova i imuniteta?

Kao što svi znamo, krvni sudovi su kanali kroz koje krv teče u ljudskom tijelu. Imunitet se odnosi na sposobnost tijela da se odupre invaziji vanjskih klica i virusa. Ova dva aspekta su veoma važna u ljudskom tijelu. Funkcija krvnih sudova je da transportuju krv do različitih organa u telu, obezbeđuju im hranljive materije i kiseonik, a takođe pomažu telu da eliminiše otpad i toksine. Imunitet je prva linija odbrane organizma od vanjskih patogena i odupire se pojavi bolesti.

Istraživanja su pokazala jaku vezu između agresivnosti i krvnih sudova i imuniteta. Agresivne osobe često doživljavaju akutne reakcije na stres koje mogu dovesti do vaskularne napetosti i povećanja krvnog tlaka, čime se povećava rizik od kardiovaskularnih bolesti. Istovremeno, agresivne osobe su sklone psihičkom stresu, što će negativno uticati na imunološki sistem organizma i smanjiti otpornost organizma.

Zbog toga treba da pojačamo unapređenje svojih sposobnosti, ojačamo imunitet i smanjimo negativan uticaj agresivnosti na organizam. Konkretno, možete izvoditi aerobne vježbe, prilagođavati ishranu i razvijati dobre životne navike kako biste postigli zdravstvenu zaštitu.

Sve u svemu, moramo u potpunosti razumjeti odnos između invazivnosti, krvnih žila i imuniteta, razumno kontrolirati utjecaj invazivnosti na tijelo i aktivno održavati dobro fizičko i mentalno zdravlje. Sa ove tačke gledišta, moramo poboljšati svoj imunitet. Cistanche može značajno poboljšati imunitet jer polisaharidi u mesu mogu regulisati imuni odgovor ljudskog imunološkog sistema, poboljšati stresnu sposobnost imunih ćelija i poboljšati imunitet imunih ćelija. Baktericidno dejstvo.

Kliknite dodatak cistanche deserticola

Pretkliničke studije su ispitale molekularne mehanizme koji reguliraju fukozilaciju jezgra u modelima raka dojke, njegovu negativnu prognostičku vrijednost u više faza bolesti i aktivnost in vivo farmakološke inhibicije, dajući upute za kombinatorne terapije i prevođenje u kliničku praksu. U ovom pregledu opisujemo ulogu fukozilacije u solidnim tumorima, s posebnim fokusom na rak dojke, kao i fiziološka stanja na imunološki sistem i hormone, pružajući pogled na njen potencijal kao biomarkera za predviđanje ili predviđanje ishoda raka, kao i potencijalno kliničko djelovanje kao biomarker.

Ključne riječi:

fukozilacija; glikozilacija; rak dojke; metastaze; biomarkeri.

1. Uvod

Rak dojke je najčešći maligni tumor u svijetu, koji čini 31 posto karcinoma kod žena [1]. Dok rani stadijum raka dojke karakteriše 5-godišnja stopa preživljavanja od 96 procenata u Evropi, metastatska bolest je još uvek neizlečiva, sa 5-godišnjom stopom preživljavanja od 38 procenata. Nove opcije liječenja trenutno dovode u pitanje ovu paradigmu kod metastatskog karcinoma dojke, uglavnom ciljajući na specifične molekularne promjene ili metaboličke ranjivosti [2,3].

Štaviše, rak dojke je heterogena bolest koja se može podijeliti u tri široke grupe: tumori pozitivni na hormonske receptore (HR) na osnovu statusa receptora estrogena i/ili progesterona (ER, PgR); humani epidermalni faktor rasta 2 (HER2) pozitivni tumori; ili trostruko negativni karcinom dojke (TNBC). Pored toga, heterogenost tumora takođe proizilazi iz višestrukih interakcija između tumorskih ćelija i faktora povezanih sa domaćinima, kao što su imuni sistem ili hormonska osovina. Sve u svemu, ovi faktori se trenutno koriste za poboljšanje specifičnosti dijagnoze, prognoze i terapije raka dojke [4].

U ovom scenariju, glikozilacija raka je prepoznata kao ključni igrač vezan za metabolizam tumora, agresivno kliničko ponašanje kao i rezistenciju na terapiju, s predloženom ulogom kao prediktivni i prognostički biomarker [5]. Fukozilacija je specifična vrsta glikozilacije koju karakterizira prijenos ostatka fukoze sa gvanozin difosfata (GDP)-fukoze u lance oligosaharida [6]. Fukozilacija raka, posebno unutar glikanskog jezgra, povezana je sa ćelijskom agresivnošću, proliferacijom i metastatskim zasijedanjem u različitim patologijama, a pokazalo se da njena pretklinička inhibicija odgađa rast tumora, kao i da djeluje u sinergiji s različitim terapijskim sredstvima protiv raka. 7].

U ovom radu raspravljamo o ulozi fukozilacije u raku, sa posebnim fokusom na rak dojke i njegove interakcije sa imunološkim i hormonskim sistemima, pružajući pogled na njegovu primjenu kao biomarkera, kao i novu terapijsku ranjivost.

2. Fukozilacija: Opšti principi i regulacija

2.1. Putevi sinteze fukoze

Fukoza (6-deoksi-L-galaktoza) je jedini levorotirajući šećer koji sintetiziraju i koriste sisari i igra osnovnu ulogu u procesu posttranslacijske modifikacije oligosaharida. Može se integrirati u terminalne dijelove N-, O- ili lipid-vezanih oligosaharidnih lanaca putem terminalne fukozilacije, može preurediti jezgro kompleksnih N-glikana putem fukozilacije jezgra, ili može biti direktno vezan za treonin ili serin ostaci u nekim glikoproteinima [8]. Svi ovi procesi su orkestrirani sintezom fukoze, transportom fukoze iz citoplazme do Golgijevog aparata i, jednom tamo, prijenosom ostataka fukoze na lancima glikana (slika 1).

Prvo se dešava de novo putem za 90 posto biosinteze GDP-fukoze kada se D-manoza modificira pomoću tri enzima: GDP-manoza fosforilaze A (GMPPA), GDP-manoza 4,6-dehidrataze (GMDS) i tkivno-specifični transplantacijski antigen p35B (TSTA3). Preostalih 10 posto GDP-fukoze sinteze se umjesto toga oslanja na put spašavanja, u kojem fukoza kinaza (FUK) i fukoza-1-fosfat gvanililtransferaza (FPGT) iskorištavaju slobodnu fukozu dobivenu unosom hranom [9]. Jedini GDP-fukozni transporter koji je do sada identifikovan je SLC35C1, za koji je utvrđeno da je povišen u hepatocelularnom i kolorektalnom karcinomu [5]. Vezanje GDP-fukoze za glikopeptide posredovano je sa trinaest enzima fukoziltransferaze (FUT), kategoriziranih u pet grupa ovisno o vrsti veze, od kojih samo FUT8 (a1-6 fukoziltransferaza) katalizira fukozilaciju jezgra najdubljeg N- Acetilglukozamin (GlcNAc) ostatak N-glikana na poziciji C6 (Slika 1) [7–9].

2.2. Fukozilacija kod raznih karcinoma

Fukozilacija jezgra je najčešći oblik fukozilacije i povezana je s upalom i agresivnošću raka [9]. Konkretno, fukozilacija jezgra je povezana sa inferiornom prognozom, kao i sa povećanom proliferacijom, metastatskim potencijalom i rezistentnošću na terapiju kod melanoma [10], hepatocelularnog karcinoma [11], raka pluća [12-14], raka prostate [15]. ,16], duktalni adenokarcinom pankreasa [17], glioblastom [18] i rak dojke [19,20]

Veza između aberantne fukozilacije jezgra i diseminacije melanoma dokazana je i in vitro i in vivo, prvo povezujući prekomjernu ekspresiju FUT8 s metastatskim tumorima pomoću glikomika, a zatim 'mokro' potvrđujući njegovu ulogu u regulaciji ćelijske invazije i migracije. L1CAM je identificiran kao jedan od glavnih proteina koji, nakon fukoziliranog jezgra, posreduje u proinvazivnom fenotipu melanoma [10].

Još jedan važan proces za koji se pokazalo da je povezan sa regulacijom FUT8 je tranzicija epitela u mezenhim (EMT), koja se proučava u kontekstu raka pluća nemalih ćelija (NSCLC). Osim što je u značajnoj korelaciji sa recidivima tumora i metastazama, čini se da je povećanje FUT8 izazvano signalizacijom -katenin/limfoidni pojačivač vezivanja faktora-1 (LEF-1) [14]. EMT odgovarajući proces u glioblastomu naziva se proneuralno-mezenhimalni prijelaz (PMT), što znači da ćelije raka u neuralnom/oligodendrocitim stanju nalik progenitoru imaju tendenciju da se prilagode hipoksičnom okruženju i postanu kemo-radiorezistentne pomjerajući se ka više maligno stanje nalik mezenhima.

Prema nalazima o EMT-u kod NSCLC-a, i PMT u GBM-u je nedavno povezan sa povećanjem ekspresije FUT8 i fukozilacijom jezgra, paralelno sa značajno bržim rastom tumora i invazijom matriksa. Kada su testirani na tkivima izvedenim od pacijenata, protein FUT8 i fukozilacija jezgra rezultirali su uglavnom povećanom regulacijom u ograničenoj podskupini GBM-a nalik mezenhima, a to je bilo povezano s lošom prognozom [18].

Slika 1. Biosintetski ćelijski putevi fukoze. Reprezentativna slika prikazuje puteve biosinteze fukoze, odnosno put spasavanja (gore) i de novo put (dole). S jedne strane, 90 posto biosinteze GDP-L-fukoze potiče iz de novo puta: D-manozu obrađuje GDPmanoza-fosforilaza A (GMPPA), GDP-manoza 4,6-dehidrataza (GMDS) i tkivno-specifični transplantacijski antigen p35B (TSTA3). S druge strane, 10 posto biosinteze GDP-L-fukoze proizlazi iz puta spašavanja, u kojem se slobodna fukoza dobivena unosom hranom reciklira fukoza kinazom (FUK) i fukozo-1-fosfat guanililtransferazom (FPGT).

Zatim se novosintetizovana GDP-Lfukoza prenosi iz citoplazme u Golgijev aparat pomoću specifičnog transportera SLC35C1. Konačno je unutar Golgijeva GDP-L-fukoza konjugirana sa glikopeptidima pomoću visoko specijaliziranih enzima zvanih FUT. Skraćenice: PMM2: fosfomanomutaza 2; GMPPA: GDP-manosefosforilaza A; GMDS: GDP-manoza 4,6-dehidrataza; TSTA3: tkivno specifičan transplantacijski antigen p35B; FUK: fukoza kinaza; FPGT: fukoza{13}}fosfat gvanililtransferaza; SLC35C1: Porodica Solute Carrier 35 Član C1; FUTs: enzimi fukoziltransferaze.

Pouzdana prognostička vrijednost specifičnih fukoziliranih antigena koji se koriste kao novi biomarkeri raka već je demonstrirana u nedavnim radovima. Zaista, povećanje core-fukoziliranog alfa-fetoproteina (AFP) u serumu pacijenata sa HCC može preciznije ukazivati ​​na progresiju raka nego povećanje ukupnog AFP [21]; osim toga, opisana je uloga fukoziliranog haptoglobina u dijagnozi karcinoma gušterače [22].

Iako je u posljednjih nekoliko godina nekoliko radova pokazalo da fukozilacija jezgra modulira brojne onkološke događaje, važno je naglasiti da i aberantne O- i N-vezane glikanske strukture izražene u transformiranim stanicama mogu utjecati na napredovanje različitih karcinoma i da su istaknuti kao potencijalni terapeutski ciljevi [23–27].

2.3. Fokusirajte se na fukozilaciju kod raka dojke

Nekoliko studija je istraživalo ulogu terminalne i jezgrene fukozilacije u kliničkim uzorcima dobijenim od pacijenata oboljelih od raka dojke korištenjem različitih metodologija.

U početku su tečna hromatografija i masena spektrometrija (LC-MS) bile metode izbora za proučavanje obrazaca glikozilacije. Međutim, ove tehnike ne mogu sačuvati histologiju tkiva [28]. Nadovezujući se na to, uvedeno je MS snimanje uz pomoć laserske desorpcije (MALDI-MSI) kako bi se omogućila direktna lokalna detekcija N-glikana sa površina tkiva uz očuvanje histopatološke arhitekture [29].

Prva primjena MALDI-MSI u kliničkim uzorcima raka dojke uključivala je analizu primarnih tumora. Zaista, regije raka dojke su bile okarakterisane nizom fukozilovanih, visoko-manoznih, razgranatih glikana sa raznolikom specifičnom raspodjelom N-glikana između HER2 plus i TNBC uzoraka [30]. Štoviše, promjene u obrascima glikozilacije također su otkrivene u nekrotičnim tkivima, kojima nedostaju modifikacije fukoze i pokazuju ograničeno grananje, kao i modifikacije sijalične kiseline [31]. Kombinacijom MALDI-MSI sa hidrofilnom interakcijom tečnom hromatografijom ultra visokih performansi, Herrera et al. takođe je identifikovala negativnu prognostičku vrednost specifičnog jezgra fukoziliranog tetra-antenarskog Nglikana (F(6)A4G4Lac1), takođe povezanog sa metastazama u limfnim čvorovima i recidivom bolesti, kod pacijenata sa karcinomom dojke [32]. Polazeći od ovih radova, Šˇcupáková et al. koristio MALDI-MSI za proučavanje varijacija glikozilacije između primarnih i metastatskih lezija od 17 pacijenata s uznapredovalim karcinomom dojke iz programa brze autopsije.

Treba napomenuti da su autori otkrili progresivno povećanje N-glikana od normalnog tkiva dojke do primarnih tumora do metastatskih lezija, sugerirajući potencijalni budući dijagnostički i terapijski neispunjeni potencijal visoko-manoznih, fukoziliranih i kompleksnih N-glikana u naprednoj kliničkoj praksi. postavljanje. Konkretno, koštane metastaze su pokazale najizraženiji porast fukozilacije jezgra, što se ogleda u smanjenju glikana s visokim sadržajem manoze [33].

Druga priznata uloga fukozilacije kod raka dojke pokazala se u angiogenezi tumora i vaskularizaciji. U tom pogledu, terminalna fukozilacija glikoproteina klasterina je posttranslacijska modifikacija specifična za rak koja se nalazi uglavnom kod humanog luminalnog karcinoma dojke. Ova izmjena omogućava interakciju između fukoziliranog klastera i lektina C-tipa (DC-SIGN), koji se nalazi na makrofagima/mijeloidnim stanicama, promovišući proizvodnju proangiogenih citokina (tj. vaskularni endotelni faktor rasta, VEGF; IL{{ 6}}) dok ometa ekspresiju HLA-DR [34].

Što se tiče uloge fukozilacije jezgra kao biomarkera u karcinomu dojke, imunohistohemijske analize i analize tkiva mikromrežom FUT8 pokazale su povezanost između visokih nivoa FUT8, metastaza u limfnim čvorovima i stadijuma bolesti, zadržavajući i negativnu prognostičku vrijednost povezujući se sa smanjenom bolešću. slobodno i ukupno preživljavanje [35]. Međutim, do danas, nijedan fukozilirani biomarker nije validiran za dojke, ni u prediktivne ni u prognostičke svrhe [36]. Glikoproteomske analize iz tumorskog tkiva, kao i iz plazme pacijenata sa karcinomom dojke mogu informisati o novim biomarkerima i pružiti karakteristične terapijske ranjivosti.

2.4. Regulacija FUT8 i Core-Fucosylation

Budući da je FUT8 neophodan u regulaciji fukozilacije jezgra, precizna procjena njegove regulacije na ćelijskom nivou je od najveće važnosti. Epigenetske analize su otkrile niske nivoe metilacije FUT8 kod karcinoma kao što je hepatocelularni karcinom, sugerirajući da bi najrelevantniji dio regulacije FUT8 mogao biti na transkripcijskom i posttranskripcijskom nivou [37], što je u velikoj mjeri neistraženo područje istraživanja.

2.4.1. Transkripcijska regulativa

Ključni akteri transkripcije FUT8 još nisu u potpunosti razjašnjeni. Genomske analize gena FUT8, kodiranog na hromozomu 14q23.3, otkrile su prisustvo najmanje devet egzona, sa osam egzona koji obuhvataju kodirajuću sekvencu, kao i prisustvo najmanje tri različita promotora [38]. Detaljnije, egzon 1 kodira samo za 50 sekvenci netranslated regiona (UTR) koje sadrže potencijalna mjesta vezivanja za faktore transkripcije (tj. TATA-box, cMyb, GATA-1, bHLH) [39].

Treba napomenuti da je pozitivna transkripciona os prepoznata kod melanoma sa faktorom transformacije (TGF-)-induciranog homeobox 2 (TGIF2) [10], dok je negativna prikazana sa transkripcionim faktorom ASCL1 u karcinomu malih ćelija pluća [ 40] i glioblastom [18]. Još uvijek nedostaju informacije o važnosti TGIF2 i ASCL1 u regulaciji FUT8 kod raka dojke [10,40].

Jedan predloženi mehanizam indukcije FUT8 kod raka dojke prepoznat je nakon TGF-indukovanog EMT-a (Slika 2). Dok prekomjerna ekspresija FUT8 djeluje kao stimulans za TGF-induciran EMT, FUT8 nokdaun potiskuje ćelijsku invazivnost i metastatski potencijal. Međutim, tačni molekularni igrači koji pokreću ovu osovinu još nisu identificirani, a faktor vezivanja -catenin/limfoidni pojačivač-1 ili transkripcijski faktori koji vežu E-box (tj. SNAIL ili TWIST) su prvi kandidati zbog strukturne promotorske sekvence i na podatke dobijene u drugim tumorskim okruženjima [14,20].

Slika 2. Fukozilacija kod raka dojke (BC): biomarker i terapijska ranjivost. Uloga fukozilacije u BC. Vrh: Transkripcijska i post-transkripcijska regulacija ekspresije FUT8 u BC (crveno: promovira transkripciju FUT8; zeleno: inhibira transkripciju/translaciju FUT8). Srednja: Fukozilacija kao biomarker u svim fazama bolesti, koja ne pokazuje ekspresiju u zdravim mliječnim žlijezdama, srednju ekspresiju u lokalno uznapredovaloj bolesti (povezana s metastazama u limfnim čvorovima) i najveću ekspresiju u metastatskoj bolesti. Dole: Farmakološka inhibicija u pretkliničkim modelima tumora putem 2FF inducira CTL-/NK posredovano ubijanje tumora i sinergističko djelovanje s inhibitorima imunološke kontrolne tačke (tj. anti-PDL1 mAb), u konačnici smanjujući kinetiku rasta tumora.

Skraćenice: LN: limfni čvor; TGF : Transformirajući faktor rasta beta; miR: mikroRNA; circERBB2: kružna ERBB2 RNA; EMT: tranzicija epitela u mezenhim; AP-2: protein aktivator 2; STAT3: Pretvarač signala i aktivator transkripcije 3; FUT8: fukoziltransferaza 8; PDL1, Ligand programirane smrti 1; mAb, monoklonsko antitijelo; Mφ: makrofag; VEGF: faktor rasta vaskularnog endotela; CTL: citotoksični T-limfociti; ICB: blokada imunološke kontrolne tačke; HLA-DR: Antigen-DR povezan sa ljudskim leukocitima; IL: interleukin; IFN: interferon-gama; 2FF: 2-fluoro fukoza; G-CSF: faktor stimulacije kolonije granulocita; DC-SIGN: Molekul intercelularne adhezije specifičan za dendritske ćelije-3-Grabi Neintegrin. Kreirano sa BioRender.com.

Drugi rad je otkrio FUT8 regulatornu osovinu kod raka dojke zasnovanu na proteinu 2 aktivatora transkripcionog faktora (AP-2) koji se vezuje za pretvarač signala i aktivator transkripcije 3 (STAT3) [41]. Ovaj kompleks sprečava STAT3 fosforilaciju i STAT3-posredovanu transkripciju FUT8. Ko-imunoprecipitacijski testovi su pokazali jake interakcije između AP-2 i STAT3 (ali ne i fosfo-STAT3), a analiza imunoprecipitacije hromatina je otkrila vezivanje fosfo-STAT3 za FUT8 promotor (slika 2) [41]. Treba napomenuti, osim što promovira imunosupresivno tumorsko mikrookruženje, STAT3 signalizacija u stanicama raka dojke ne samo da doprinosi proliferaciji i metastatskom ponašanju, već i posreduje u imunološkoj evaziji i otpornosti na inhibitore kinaze zavisne od ciklina (CDKi) [42,43]. Iz gore navedenih razloga, STAT3 se smatra terapijskom metom u karcinomu dojke, iako je direktno ciljanje pokazalo velike prepreke u farmakokinetičkim profilima, a indirektno ili kombinatorno ciljanje trenutno ulazi u klinička ispitivanja [44–46].

2.4.2. Post-transkripcijska regulacija: miRNA

In vitro studije koje su koristile ćelijske linije hepatocelularnog karcinoma koje su putem tehnologije luciferaze pokazale da dvije mikroRNA, miR-34a i miR-122, igraju negativnu ulogu u FUT8 post-transkripcijskoj regulaciji interakcijom sa FUT{{ 4}}UTR i oni u konačnici mogu modulirati obrasce glikozilacije [47]. Zanimljivo je da su u kohorti od 25 pacijenata sa karcinomom dojke i miR-34a i miR-122 otkriveni kao cirkulirajuće mikroRNA nakon neoadjuvantne hemoterapije. Njihovi nivoi su značajno povećani kod pacijenata sa karcinomom dojke, postižući potpuni patološki odgovor (pCR) nakon neoadjuvantne kemoterapije [48]. Specifični ćelijski faktori koji doprinose ekspresiji miR-34a i miR-122 moraju biti u potpunosti razjašnjeni i ciljani (slika 2).

Još jedna miRNA okarakterizirana kao mogući FUT8 regulator je miR-10b, s predloženim pozitivnim utjecajem na fukozilaciju jezgra, ćelijsku pokretljivost i proliferaciju [19]. Mehanički, pokazalo se da miR-10b smanjuje transkripcijski faktor AP-2, koji se zauzvrat vezuje za STAT3, sprječavajući njegovu fosforilaciju, a time i transkripciju FUT8 [41]. Uloga miR-10 b kod pacijenata sa metastatskim karcinomom dojke je sugerirana kao ključna u uznapredovaloj bolesti na osnovu aktivacije Twist transkripcionog faktora [49]. Međutim, oprečni podaci prikupljeni su procjenom prognostičke uloge miR-10b kod pacijenata s karcinomom dojke [50,51]. Sve u svemu, podaci o glikozilaciji i proteomska analiza koji opisuju utjecaj miR-10b na FUT8 i obrasce ćelijske fukozilacije još uvijek nedostaju i potrebno ih je temeljito procijeniti.

miR-198 također djeluje kao direktni negativni regulator ekspresije FUT8 kako u kolorektalnom tako iu modelu karcinoma ne-malih stanica pluća, sa miR-198 inhibicijom koja dovodi do agresivnog fenotipa i nedostataka u preživljavanju [52, 53]. Iako mehanička veza između miR198 i FUT8 još nije istražena, pokazalo se da kružna ERBB2 RNA (circ-ERBB2) promovira metastatski proces raka dojke, ćelijsku invaziju i proliferaciju takmičeći se s miR-198 i miR{ {12}}p kao endogeni RNA sunđer (slika 2) [54,55].

For more information:1950477648nn@gmail.com