Terapi Direncinde Kanser Kök Hücrelerin Rolü : Hücresel ve Moleküler Mekanizma

---

11.08.16, Perşembe

Klinik ve klinik öncesi kanser araştırmalarındaki ilerlemeler, kanser hastalarına yeni tanı ve tedavi yöntemleri getirerek kanserden korunma ve iyileştirmede ciddi gelişmeler ortaya koymaktadır.

Kanser gelişmiş olan ülkelerde ciddi bir sağlık sorunu olup, ölümlerin %20’sinden sorumludur. İntratümör heterojenite hakkında yapılmış ilk çalışmalarda melanoma kanser hücrelerinde genetik instabilitenin yüksek derecede olduğu ve kemoterapotik ilaç direnci gelişimine yol açtığı gösterilmiş (methotrexate and N-(phosphonacetyl)-l-aspartate). Ayrıca yeni nesil sekanslama teknolojisi tümör heterojenitesi ve plastisitesinin terapiye güçlükler çıkardığını ortaya koymuştur.

Kanser Kök Hücre

Sınırsız çoğalma potansiyeli ve farklılaşma yeteneğiyle özelleşmiş hücre tiplerini oluşturabilen kök hücreler, hasarlı doku ve organların onarılması ve yenilenmesinde birincil rol oynamaktadır.

Farklılaşmış ve özelleşmiş hücrelerde bulunmayan asimetrik bölünme yeteneği sayesinde kök hücreler kendi kopyalarını oluşturabilmekte, böylece klonal olarak çoğalabilmekte ve organizmadaki kök hücre havuzunu muhafaza edebilmektedir.

Kök hücreler hücre döngüsünün G0 fazında çoğalma ve farklılaşma için bir uyarı alana kadar durağan olarak kalabilmekte ve maruz kalınan toksik ajanları aktif olarak hücre dışına taşıyarak sitotoksik hasardan kendilerini koruyabilmektedir.

Kanser kök hücresinin orjini

1. Pluripotent kök hücrenin veya öncü hücrenin mutasyona uğrayarak, kök hücre özelliklerini taşıyan kanser hücresine dönüşmesidir.

2. Farklılaşmış, erişkin bir hücrenin mutasyona uğrayarak geriye dönük farklılaşmasıyla kanser kök hücresini oluşturmasıdır.

Kansere yol açan kanser kök hücrelerinin dokulardaki muhtemel kaynakları

• Dokularda normalde var olan kök hücrelerin transformasyonu,
• Kendi kendini yenileyebilme özelliğini tekrar kazanan erken progenitörlerin transformasyonu,
• Transiyent-amplifying progenitör hücrelerin veya farklılaşmış (diferansiye) somatik hücrelerin seri mutasyonlar sonucunda ölümsüz hale gelmeleri (de-diferansiyasyon),
• Dolaşımda bulunan kemik iliği kökenli kök hücreler ile doku kaynaklı kök hücrelerin füzyonudur. 

Normal kök hücreler ile kanser kök hücrelerinin ortak özellikleri

1. Asimetrik bölünme (kendi kendini yenileme) özelliği sayesinde hem farklılaşmaya giden bir progenitör hücre, hem de kendisinin aynısı olan ve sessiz kalan bir kök hücre oluşturabilmek. Böylece bir hücre kitlesi ortaya çıkarabilmek.

2. Kendini yenileyebilme mekanizmalarının düzenlenmesinin benzer sinyal yolakları (Wnt, Sonic Hedgehog ve Notch) ile ve benzer epigenetik basamaklarda olması (BMI-1 ve EZH2 gibi polycomb genler)

3. Pluripotensliği ve hücresel ölümsüzlüğü başlatan birtakım faktörlerin (oct4, nanog, sox-2 ve kanser testis-spesifik antijen (CTA)) ekspresyonu

4. Progenitör hücreler ve farklılaşmaya giden hücreler gibi hücresel ürünlerin belirli bir hiyerarşik düzen içinde sıralanmaları

5. Hücresel yaşam süresini arttıran gelişmiş telomeraz aktiviteleri

6. Spesifik büyüme inhibisyonu yapan ilaçlara karşı hücresel direnci sağlayan ABC transporterlarının ekspresyonu

7. Büyümeyi kolaylaştıran çeşitli büyüme faktörleri ve sitokinlerin salgılanması

8. Anjiyogenezi stimüle eden anjiyopoetik faktörlerin salgılanması

9. Kök hücre belirleyicileri olarak tanımlanan CXCR4, CD133, α6-integrin, c-kit, c-met ve LIF-R gibi yüzey reseptörlerinin ekspresyonu. 

10. Kanser kök hücrelerinin, yine sağlıklı kök hücrelerde olduğu gibi sıklıkla dormant fazda bulunması da tedaviye dirençte önemli bir mekanizmadır.

11. Normal erişkin kök hücrelerde ekspresyonu yüksek olarak bulunan ALDH1 (Aldehid dehidrojenaz 1)’in, kanser kök hücreleri için de selektif bir markır olduğu bilinmektedir.

12. Normal kök hücrelerde aktif olarak eksprese edilen ve erişkin dokularda baskılanan Notch, Wnt, Hedgehog gibi genlerin kanser kök hücrelerinde aktive olduğu da bilinmektedir.

Kanser Kök Hücrelerinin İzolasyonu ve Tanımlanması

Kök hücre biyolojisi alanındaki geleneksel çalışmalar hematopoetik kök hücreler üzerine odaklanmıştır. Çünkü hematopoetik kök hücreler için belirleyici olarak iyi tanımlanmış hücre yüzey molekülleri bulunmaktadır.

Kanser Kök Hücrelerin Terapi Direnç Mekanizmaları

1.ABC transporterlar
ABC proteinlerinin üç önemli üyesi olan 1, 2 ve 3 önemli rol alir. Bunların ekspresyonlarının artması sürekli ilaç emilimi ve direnç gelişimiyle sonuçlanır.

2.Aldehyde dehydrogenase aktivitesi
ALDH ailesi proteinleri inraselüler aldehitlerin oksidasyonunda rol oynayan enzimlerin katalitik aktivatörleridir. Bu enzimler kanser kök hücre ve normal hücre farklılaşmasında ve hücrelerin korunmasında rol oynarlar. Bu gruptan en çok çalışılmış olan tip ALDH1A1’dir. ALDH1 ve ALDH3A1 NADPH antioksidantı tarafından veya serbest radikaller ile oluşan oksidatif strese hücresel cevapta rol oynamaktadır. Bu yüzden ALDH aktivitesi hücre radyoduyarlılığın düzenlenmesinde önemli olabileceği, ALDH3A1 ekspresyonu insan gliomalarında radyoduyarlılıkta ve saldırganlık durumlarında önemli derecede artış göstermektedir. ALDH1A1 ve ALDH3A1 izoformları kanser hücrelerinde kemoterapotik ajanların farklı metabolize olmasına sebep olmaktadır.

3.Serbest Oksijen Radikallerin Salınımı ve DNA Hasar Yanıtının Gelişimi
Kanser kök hücreleri DNA hasarından birkaç farklı mekanizmayla korunabiliyorlar: Birkaç çalışmada kanser kök hücrelerin DNA tamir sürecinde aktive olduğu gösterilmiştir. Son bulgular meme kanser kök hücrelerinde ve fare meme bezleri kanser kök hücrelerinde daha fazla RAD51 bölgesi olduğu ve daha az γ-H2A.X olduğunu göstermiştir. Zhang ve arkadaşları p53’ü eksik fare meme bezlerinin kanser kök hücrelerinin DNA hasarında bazı genlerin ekspresyonlarının arttığı gösterilmiştir. (Nek1, Brca1, Chek1, Hus1, Ung, Xrcc5, Sfpq, and Uhrf1) Süperoksit dismutaz, glutation peroksidaz ve katalaz CD44+CD24− meme kanser kök hücrelerinde ROS salgısını artmasına sebep olduğu gösterilmiş. ROS salgısının kanser kök hücrelerinde radyodirence yol açtığı CD44 yüksek ekpresyon durumunun, tümörlerde radyasyon terapisine dirençle ilişkili olduğu gösterilmiştir.

4. Otofaji
Otofajinin hücre homeostasisinin sağlanmasında önemli rol oynadığını bilmekteyiz. Ayrıca otofajinin kanser kök hücrelerindeki etkileri prostat, melanoma ve küçük olmayan hücre dışı akciğer kanserlerinde gösterilmiştir. Otofajinin ALDH1 pozitif meme kanser hastalarında yüksek olduğu gösterimiştir. Ayrıca bu çalışmada otofajinin atasal hücrelerin korunmasında ve tümörogenesite için de gerekli olduğu belirtilmiştir. Bunun dışında otofajinin pankreatik duktal karsinomalarda özellikle hipoksit çevrede tümör başlangıcı olan hücrelerin sağ kalımında araya girdikleri rapor edilmiştir. Otofaji indükleyici faktörlerden biri olan NRP2’nin, prostat ve pankreas kanserlerinde kemoterapiye direnç gelişmesine yol açtığı gösterilmiş.

5. Gelişmiş Sinyal Yolaklarının Aktivasyonu
Canonical wingless-type MMTV integration site family (WNT), Notch signaling, Hedgehog yolaklarının sürekli aktivasyonu önemli bir sorun oluşturabilmektedir. CD133+ glioblastoma kanser kök hücrelerinde Notch ve Hedgehog sinyal yolakların çeşitli farmakolojik ajanlarla inhibisyonunda telozolomide ilacına direnç geliştiği gösterilmiştir. Wei ve ark. CD133 kanser kök hücre reseptörlerin önemini glioma kanser kök hücrelerinde ve CD133- kök hücre olmayanlarla karşılaştırdıklarında CD133’ün direkt olarak PI3K sinyal yolakta p85 sub domainle etkileştiği ve bu sinyal yolağın aktivasyonuna yol açtığını göstermişlerdir. CD133+ NSCLC kök hücrelerinde PI3K sinyal yolağın inhibisyonuyla doxorubicin ve paclitaxel ilaçlarına direnç gelişmesine yol açtığı gösterilmiş. Notch sinyal yolağın siRNA kullanılarak inhibe edilen akciğer kanserinde Gefitinibe direnç geliştiği belirlenmiştir. Akciğer kanserinde Notch sinyal yolağın aktivasyonu EMT geçişini hızlandırdığı ve epidermal büyüme faktör reseptörü inhibitörü olan Gefitinibe direnç geliştiği rapor edilmiştir. Kolon kanserinde KRAS mutasyonların EGFR inhibitörlerine yanıtın alınamamasına- tedaviye yanıt alınamamasına yol açtığı bildirilmiştir.

6. Mikroçevresel uyarılar
Kanser kök hücrelerinde çeşitli mikroçevresel faktörler tanımlanmıştır. Bunlar arasında;
• Otokrin sinyaller,
• ECM,
• Fizikokimyasal faktörler (oksijen, gıda katkı maddeleri, doku pH) bulunmaktadır.

Birkaç bulgu bize kanser kök hücrelerin özelliklerini ve tedavide direnç gelişimini mikroçevre stimülasyonunun etkilediğini ortaya koymuştur.
• interleukin-1 (IL-1),
• interleukin-6 (IL-6),
• interleukin-8 (IL-8),
• chemokine (C-X-C motif) ligand 12 (CXCL12),
• chemokine (C-C motif) ligand 2 (CCL2), PDGF,
• TGF-,tumor necrosis factor-alpha (TNF),
• epidermal growth factor (EGF),
• vascular endothelial growth factor (VEGF)
• fibroblast growth factor (FGF) STAT3/NF-β aktivasyonu IL-6 sinyal yolağı tetiklediği ve HER2 (+) meme kanserinde kanser kök hücrelerin popülasyonunda trastuzumab direnci geliştiği rapor edilmiştir.
• normobaric Carbogen
• Nicotinamide
• Nitroimidazole
• 5-nitroimidazoles

SONUÇ

1. Son zamanlardaki çalışmalar kanser kök hücrelerine özgü sinyal yolaklarının inhibisyonuna yönelik ilaçların geliştirilebileceği,

2. Terapilerin biyolojik temelini ortaya koymak için kanser kök hücrelerine özgü markerlerin araştırılması gerektiği,

3. Markerler ve kanser kök hücrelerine spesifik ilaçların geliştirilmesi,

4. Kanser kök hücrelerin patolojisi ve onların nishleriyle olan etkileşimlerinin moleküler mekanizmalarının ortaya konması yeni kanser tedavilerinin ortaya çıkarılmasında ümit verici olacağı unutulmamalıdır.

KAYNAKLAR

Siegel R, Naishadham D, Jemal A. Cancer statistics, 2013. CA Cancer J Clin 2013;63(January (1)):11–30.
Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 2011;144(März (5)):646–74.
Cillo C, Dick JE, Ling V, Hill RP. Generation of drug-resistant variants in metastatic B16 mouse melanoma cell lines. Cancer Res 1987;47(May (10)):2604–8.
Lee AJX, Endesfelder D, Rowan AJ, Walther A, Birkbak NJ, Futreal PA, et al. Chromosomal instability confers intrinsic multidrug resistance. Cancer Res 2011;71(March (5)):1858–70.
Beà S, Valdés-Mas R, Navarro A, Salaverria I, Martín-Garcia D, Jares P, et al.
Landscape of somatic mutations and clonal evolution in mantle cell lymphoma. Proc Natl Acad Sci U S A 2013;110(November (45)):18250–5.
Gerlinger M, Rowan AJ, Horswell S, Larkin J, Endesfelder D, Gronroos E, et al. Intratumor heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion sequencing. N Engl J Med 2012;366(10):883–92.
Hwang-Verslues WW, Kuo W-H, Chang P-H, Pan C-C, Wang H-H, Tsai S-T, et al. Multiple lineages of human breast cancer stem/progenitor cells identified by profiling with stem cell markers. PLoS ONE 2009;4(12):e8377.
Navin N, Hicks J. Future medical applications of single-cell sequencing in cancer. Genome Med 2011;3(5):31.
Notta F, Mullighan CG, Wang JCY, Poeppl A, Doulatov S, Phillips LA, et al.
Evolution of human BCR-ABL1 lymphoblastic leukaemia-initiating cells. Nature 2011;469(January (7330)):362–7.