Międzynarodowy zespół kierowany przez Centrum Badań nad Rakiem w Salamance ujawnia, że komórki zainfekowane cholerą mogą powodować samozniszczenie komórek nowotworowych poprzez nowy mechanizm molekularny testowany na raku piersi, okrężnicy i trzustki.
Badania opublikowane w Cell Death Discovery identyfikują metaloproteazę HapA jako główny składnik Vibrio cholerae odpowiedzialny za zmniejszenie żywotności komórek nowotworowych. W przeciwieństwie do konwencjonalnych ludzkich proteaz, HapA działa wyjątkowo na dwa kluczowe receptory na powierzchni komórki: PAR-1 i PAR-2. Receptory te, normalnie związane z krzepnięciem, stanem zapalnym i progresją nowotworu, są "rozszczepiane" przez HapA w miejscach innych niż te rozpoznawane przez ludzkie enzymy, takie jak MMP-1.
REKLAMA
REKLAMA
Działanie to wyzwala szybką i przejściową wewnątrzkomórkową kaskadę sygnalizacyjną za pośrednictwem kinaz MEK i ERK, kończącą się aktywacją kaspazy 7 i prowadzącą do apoptozy lub zaprogramowanej śmierci komórki.
"Ta praca pokazuje potencjał białek bakteryjnych jako narzędzi terapeutycznych przeciwko nowotworom. Selektywne działanie i wewnątrzkomórkowy tryb aktywacji otwierają nowe perspektywy dla rozwoju połączonych i specyficznych metod leczenia" - mówi Antonio Hurtado, badacz CSIC w Centrum Badań nad Rakiem.
Zespół wykazał, że zaobserwowane efekty są specyficzne dla HapA w eksperymentach ze zmutowanymi szczepami "V. cholerae", którym brakowało tego białka, a także z niepatogennymi bakteriami "Escherichia coli" zmodyfikowanymi genetycznie tak, aby wytwarzały tylko HapA. We wszystkich przypadkach tylko obecność HapA skutkowała zmniejszoną żywotnością komórek nowotworowych.
Zaawansowana metodologia w celu odkrycia mechanizmu molekularnego
Aby dokładnie zrozumieć, w jaki sposób HapA działa na komórki nowotworowe, naukowcy zastosowali wysoce precyzyjną metodologię multidyscyplinarną. Normalne i zmutowane szczepy "Vibrio cholerae" zostały wyhodowane, supernatant - płyn zawierający wszystkie białka wydzielane przez bakterie - został zebrany i zastosowany do ludzkich linii komórkowych raka piersi (MCF-7 i MDA-MB-231), okrężnicy (HCT-8) i trzustki (SUIT-2).
"Chcieliśmy sprawdzić, czy ludzkie komórki różnych typów nowotworów nadal żyją i mogą się namnażać po kontakcie z tymi substancjami bakteryjnymi, w szczególności z białkiem HapA" - wyjaśnia Hurtado. Aby zweryfikować specyficzność, porównano wyniki z supernatantami bakterii E. coli bez zdolności do wytwarzania HapA.
W badaniu zastosowano zaawansowane techniki molekularne, w tym konstrukty reporterowe, które umożliwiły wizualizację w czasie rzeczywistym rozszczepienia receptorów PAR-1 i PAR-2, analizę Western blot w celu wykrycia fosforylacji białek MEK i ERK oraz testy aktywacji kaspaz jako markerów apoptozy. Ponadto zastosowano trametynib, farmakologiczny inhibitor MEK stosowany klinicznie w czerniaku, potwierdzając, że blokowanie tego szlaku znacznie zmniejszyło śmierć komórek indukowaną przez HapA.
System obrazowania na żywo Incucyte® umożliwił monitorowanie proliferacji, apoptozy i żywotności komórek przez wiele dni w czasie rzeczywistym, dostarczając solidnych dowodów na działanie przeciwnowotworowe HapA. Eksperymenty wykazały, że aktywacja MEK-ERK przez HapA jest wczesna (wykrywalna po 20 minutach) i przejściowa (powraca do poziomu podstawowego po 40 minutach), ale wystarczająca do zainicjowania zaprogramowanej śmierci komórki.
Implikacje terapeutyczne i perspektywy na przyszłość
Odkrycie to otwiera obiecujące możliwości rozwoju nowych terapii przeciwnowotworowych. Zdolność HapA do selektywnej aktywacji receptorów PAR poprzez miejsce rozszczepienia inne niż w przypadku ludzkich proteaz sugeruje, że sygnalizacja komórkowa może być modulowana w sposób ukierunkowany, unikając skutków ubocznych związanych z konwencjonalną aktywacją tych receptorów.
Wyniki wskazują, że selektywna modulacja dynamiki sygnalizacji MEK-ERK - promująca raczej przejściową niż trwałą aktywację - może stanowić nową strategię. Podczas gdy długotrwała aktywacja ERK jest często związana z proliferacją i przeżyciem komórek nowotworowych, krótka i intensywna aktywacja indukowana przez HapA wywołuje apoptozę, znany paradoksalny efekt w kontekście uszkodzeń DNA i niektórych związków przeciwnowotworowych.
Międzynarodowe badanie, opracowane we współpracy między Centrum Badań nad Rakiem (CIC-CSIC-University of Salamanca), Uniwersytetem w Umeå (Szwecja) i Szpitalem Uniwersyteckim w Zurychu (Szwajcaria), zostało sfinansowane przez Szwedzką Radę ds. Badań Naukowych, Szwedzkie Towarzystwo Onkologiczne oraz fundusze z programu Unii Europejskiej Horyzont 2020 (projekt RESCUER).
Oprócz Antonio Hurtado, w badaniu uczestniczyli również David Tena-Chaves, Inês Pontes-Gomes i José Ángel Palomeque z CIC; Eric Toh, Palwasha Baryalai i Sun Nyunt Wai z Wydziału Biologii Molekularnej i Centrum Badań Mikrobiologicznych w Umeå; oraz Gabor Kädler, Reto A. Schuepbach i Dorothea M. Heuberger z Instytutu Medycyny Intensywnej Terapii Szpitala Uniwersyteckiego w Zurychu. Badania te podkreślają, w jaki sposób badanie patogenów może ujawnić nieoczekiwane mechanizmy molekularne o potencjale terapeutycznym.