Насочване към пост-транслационни модификации за подобряване на комбинаторните терапии при рак на гърдата: Ролята на фукозилирането, част 1

Резюме:

Различни тумори разчитат на пост-транслационни модификации (PTMs) за насърчаване на инвазивността и ангиогенезата и за препрограмиране на клетъчната енергетика за намаляване на противораковия имунитет. Сред PTM, фукозилирането е особен тип гликозилиране, което е свързано с различни аспекти на имунните и хормонални физиологични функции, както и отвлечено от много видове тумори. Множество тумори, включително рак на гърдата, са свързани с мрачни прогнози и повишен метастатичен потенциал поради фукозилиране на гликановото ядро, а именно фукозилиране на ядрото.

Агресивността се отнася до способността на организма да се намесва насилствено в заобикалящата го среда. Кръвоносните съдове и имунитетът са важни компоненти на човешкото здраве. И така, каква е връзката между агресивността и кръвоносните съдове и имунитета?

Както всички знаем, кръвоносните съдове са каналите, по които тече кръвта в човешкото тяло. Имунитетът се отнася до способността на тялото да устои на нахлуването на външни микроби и вируси. Тези два аспекта са много важни в човешкото тяло. Функцията на кръвоносните съдове е да транспортират кръвта до различни органи в тялото, да им доставят хранителни вещества и кислород и също така да помагат на тялото да елиминира отпадъците и токсините. Имунитетът е първата линия на защита на тялото срещу външни патогени и се съпротивлява на появата на болести.

Изследванията показват силна връзка между агресивността и кръвоносните съдове и имунитета. Агресивните индивиди често изпитват остри реакции на стрес, които могат да доведат до съдово напрежение и повишено кръвно налягане, като по този начин увеличават риска от сърдечно-съдови заболявания. В същото време агресивните хора са склонни към психически стрес, което ще повлияе неблагоприятно на имунната система на организма и ще намали устойчивостта на тялото.

Ето защо трябва да засилим подобряването на нашите способности, да повишим имунитета си и да намалим отрицателното въздействие на агресивността върху тялото. По-конкретно, можете да извършвате аеробни упражнения, да коригирате диетата и да развиете добри навици на живот, за да постигнете грижа за здравето.

Като цяло трябва да разберем напълно връзката между инвазивността, кръвоносните съдове и имунитета, разумно да контролираме въздействието на инвазивността върху тялото и активно да поддържаме добро физическо и психическо здраве. От тази гледна точка трябва да подобрим имунитета си. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като полизахаридите в месото могат да регулират имунния отговор на човешката имунна система, да подобрят способността за стрес на имунните клетки и да повишат имунитета на имунните клетки. Бактерициден ефект.

Кликнете върху добавката Cistanche deserticola

Предклиничните проучвания са изследвали молекулярните механизми, регулиращи фукозилирането на сърцевината в модели на рак на гърдата, неговата отрицателна прогностична стойност в множество стадии на заболяването и активността на in vivo фармакологично инхибиране, инструктиране на комбинаторни терапии и пренасяне в клиничната практика. В целия този преглед ние описваме ролята на фукозилирането при солидни тумори, с особен фокус върху рака на гърдата, както и физиологичните състояния на имунната система и хормоните, предоставяйки поглед към потенциала му като биомаркер за прогнозиране или прогнозиране на резултатите от рак, както и потенциална клинична приложимост като биомаркер.

Ключови думи:

фукозилиране; гликозилиране; рак на гърдата; метастази; биомаркери.

1. Въведение

Ракът на гърдата е най-често срещаният злокачествен тумор в света, представляващ 31% от раковите заболявания при жените [1]. Докато ракът на гърдата в ранен стадий се характеризира с 5-годишна преживяемост от 96 процента в Европа, метастатичното заболяване все още е нелечимо, с 5-годишна преживяемост от 38 процента. Новите възможности за лечение понастоящем предизвикват тази парадигма при метастатичен рак на гърдата, главно чрез насочване към специфични молекулярни изменения или метаболитни уязвимости [2,3].

Освен това, ракът на гърдата е хетерогенно заболяване, което може да бъде разделено на три широки групи: положителни тумори за хормонален рецептор (HR) въз основа на статус на естроген и/или прогестеронов рецептор (ER, PgR); човешки епидермален растежен фактор рецептор 2 (HER2) позитивни тумори; или тройно негативен рак на гърдата (TNBC). В допълнение, туморната хетерогенност също произтича от множество взаимодействия между туморни клетки и фактори, свързани с гостоприемника, като имунната система или хормоналната ос. Като цяло, тези фактори в момента се използват за подобряване на спецификата на диагнозата, прогнозата и терапията на рака на гърдата [4].

В този сценарий, раковото гликозилиране е признато за ключов играч, свързан с туморния метаболизъм, агресивното клинично поведение, както и терапевтичната резистентност, с предложени роли като предсказуем и прогностичен биомаркер [5]. Фукозилирането е специфичен тип гликозилиране, характеризиращо се с прехвърляне на фукозен остатък от гуанозин дифосфат (GDP)-фукоза към олигозахаридни вериги [6]. Раковото фукозилиране, по-специално в гликановото ядро, е свързано с клетъчна агресивност, пролиферация и метастатично посяване при различни патологии и е доказано, че предклиничното му инхибиране забавя туморния растеж, както и синергизира с различни противоракови терапевтици [ 7].

В настоящата работа ние обсъждаме ролята на фукозилирането при рак, със специфичен фокус върху рака на гърдата и неговите взаимодействия с имунната и хормоналната система, като предоставяме перспектива за неговите приложения като биомаркер, както и нова терапевтична уязвимост.

2. Фукозилиране: Общи принципи и регулиране

2.1. Пътища за синтез на фукоза

Фукозата (6-деокси-L-галактоза) е единствената лявовъртяща захар, синтезирана и използвана от бозайници и играе основна роля в процеса на посттранслационна модификация на олигозахаридите. Той може да бъде интегриран в крайните части на N-, O- или липид-свързани олигозахаридни вериги чрез терминално фукозилиране, може да пренареди сърцевината на сложни N-гликани чрез ядрено фукозилиране или може да бъде директно прикрепен към треонин или серин остатъци в някои гликопротеини [8]. Всички тези процеси се управляват от синтеза на фукоза, транспорт на фукоза от цитоплазмата до апарата на Голджи и веднъж там остатъците от фукоза се прехвърлят върху гликанови вериги (Фигура 1).

Първото се случва чрез de novo пътя за 90 процента от биосинтезата на GDP-фукоза, когато D-манозата се модифицира от три ензима: GDP-маноза фосфорилаза А (GMPPA), GDP-маноза 4,6-дехидратаза (GMDS) и тъканно-специфичен трансплантационен антиген p35B (TSTA3). Останалите 10 процента от синтеза на БВП-фукоза разчитат вместо това на спасителния път, при който фукозата киназа (FUK) и фукозо-1-фосфат гуанилилтрансфераза (FPGT) експлоатират свободната фукоза, получена от хранителния прием [9]. Единственият GDP-фукозен транспортер, идентифициран досега, е SLC35C1, за който е установено, че е регулиран нагоре при хепатоцелуларен и колоректален карцином [5]. Прикрепването на GDP-фукоза към гликопептиди се медиира от тринадесет ензима фукозилтрансфераза (FUTs), категоризирани в пет групи в зависимост от вида на връзката, от които само FUT8 (a1-6 фукозилтрансфераза) катализира основното фукозилиране на най-вътрешния N- Ацетилглюкозамин (GlcNAc) остатък от N-гликани в позиция С6 (Фигура 1) [7–9].

2.2. Фукозилиране при различни видове рак

Фукозилирането на ядрото е най-честата форма на фукозилиране и се свързва с възпаление и агресивност на рака [9]. По-специално, фукозилирането на ядрото е свързано с по-лоша прогноза, както и с повишена пролиферация, метастатичен потенциал и терапевтична резистентност при меланом [10], хепатоцелуларен карцином [11], рак на белия дроб [12–14], рак на простатата [15]. ,16], панкреатичен дуктален аденокарцином [17], глиобластом [18] и рак на гърдата [19,20]

Връзката между аберантно ядро-фукозилиране и разпространение на меланома е доказана както in vitro, така и in vivo, като първо се свързва свръхекспресията на FUT8 с метастатични тумори чрез гликоми и след това „мокро“ се потвърждава неговата роля в регулирането на клетъчната инвазия и миграция. L1CAM беше идентифициран като един от основните протеини, които, след като ядрото е фукозилирано, медиира проинвазивен фенотип при меланом [10].

Друг важен процес, за който е доказано, че е свързан с повишената регулация на FUT8, е преходът от епител към мезенхим (EMT), изследван в контекста на недребноклетъчен рак на белия дроб (NSCLC). Освен че е значително свързано с туморни рецидиви и метастази, увеличението на FUT8 изглежда е предизвикано от сигнализиране на -катенин/лимфоиден усилвател-свързващ фактор-1 (LEF-1) [14]. Съответстващият процес на ЕМТ при глиобластома се нарича проневрален към мезенхимален преход (PMT), което означава, че раковите клетки в невронно/олигодендроцитно-прогениторно състояние са склонни да се адаптират към хипоксични среди и да станат химио-радиоустойчиви чрез изместване към по-голяма злокачествено мезенхимно-подобно състояние.

Според констатациите за ЕМТ при NSCLC, също така PMT в GBM наскоро се свързва с увеличаването на експресията на FUT8 и фукозилирането на ядрото, успоредно със значително по-бърз туморен растеж и матрична инвазия. При тестване върху тъкани, получени от пациенти, протеинът FUT8 и фукозилирането на сърцевината водят до повишена регулация в ограничената подгрупа на мезенхимно-подобен GBM и се свързва с лоша прогноза [18].

Фигура 1. Фукоза биосинтетични клетъчни пътища. Представителната фигура изобразява биосинтетични пътища на фукоза, а именно път на спасяване (отгоре) и път на de novo (отдолу). От една страна, 90 процента от биосинтезата на GDP-L-фукоза произлиза от пътя de novo: D-манозата се обработва от GDP-маноза-фосфорилаза А (GMPPA), GDP-маноза 4,6-дехидратаза (GMDS) и тъканно-специфичен трансплантационен антиген p35B (TSTA3). От друга страна, 10 процента от биосинтезата на GDP-L-фукоза произлиза от спасителния път, при който свободната фукоза, получена от хранителния прием, се рециклира от фукозо киназа (FUK) и фукозо-1-фосфат гуанилилтрансфераза (FPGT).

След това, новосинтезираната GDP-Lfucose се пренася от цитоплазмата към апарата на Голджи от специфичния транспортер SLC35C1. Накрая в Golgi GDP-L-фукозата се конюгира с гликопептиди от високоспециализирани ензими, наречени FUT. Съкращения: PMM2: фосфоманомутаза 2; GMPPA: GDP-манозафосфорилаза А; GMDS: GDP-маноза 4,6-дехидратаза; TSTA3: тъканно специфичен трансплантационен антиген p35B; FUK: фукозо киназа; FPGT: фукозо-1-фосфат гуанилилтрансфераза; SLC35C1: Семейство 35 носители на разтворени вещества C1; FUTs: фукозилтрансферазни ензими.

Надеждната прогностична стойност на специфични ядро-фукозилирани антигени, използвани като нови ракови биомаркери, вече е демонстрирана в скорошни разработки. Наистина, повишаването на фукозилирания алфа-фетопротеин (AFP) в серума на пациенти с HCC може да показва прогресия на рака по-конкретно, отколкото увеличението на общия AFP [21]; в допълнение, ролята на ядро-фукозилиран хаптоглобин е описана при диагностицирането на рак на панкреаса [22].

Въпреки че през последните няколко години няколко работи показаха, че фукозилирането на сърцевината модулира многобройни онкологични събития, важно е да се подчертае, че също анормалните O- и N-свързани гликанови структури, експресирани от трансформирани клетки, могат да повлияят на прогресията на различни видове рак и са били посочени като потенциални терапевтични цели [23–27].

2.3. Съсредоточете се върху фукозилирането при рак на гърдата

Няколко проучвания са изследвали ролята на терминалното и основното фукозилиране в клинични проби, получени от пациенти с рак на гърдата, използвайки различни методологии.

Първоначално течната хроматография и масспектрометрията (LC-MS) бяха избраните методи за изследване на моделите на гликозилиране. Въпреки това, тези техники не са в състояние да запазят тъканната хистология [28]. Въз основа на това беше въведено матрично-асистирано лазерно десорбционно йонизиращо MS изобразяване (MALDI-MSI), което позволява директно локално откриване на N-гликани от тъканни повърхности, като същевременно се запазва хистопатологичната архитектура [29].

Първото приложение на MALDI-MSI в клинични проби от рак на гърдата включва анализ на първични тумори. Наистина, регионите на рак на гърдата се характеризират със серия от фукозилирани, с високо съдържание на маноза, разклонени гликани с разнообразно специфично разпределение на N-гликани между HER2 плюс и TNBC проби [30]. Освен това, промени в моделите на гликозилиране също бяха открити в некротични тъкани, които нямат модификации на фукоза и показват ограничено разклоняване, както и модификации на сиалова киселина [31]. Чрез комбиниране на MALDI-MSI с ултрависоко ефективна течна хроматография с хидрофилно взаимодействие, Herrera et al. също така идентифицира отрицателна прогностична стойност на специфичен ядрено-фукозилиран тетра-антенарен Nglycan (F(6)A4G4Lac1), също свързан с метастази в лимфни възли и рецидив на заболяването, при пациенти с рак на гърдата [32]. Въз основа на тези трудове Šˇcupáková et al. използва MALDI-MSI за изследване на вариациите на гликозилиране между първични до метастатични лезии от 17 пациенти с напреднал рак на гърдата от програма за бърза аутопсия.

Трябва да се отбележи, че авторите откриват прогресивно увеличаване на N-гликаните от нормалните тъкани на гърдата до първичните тумори до метастатичните лезии, което предполага потенциалния бъдещ диагностичен и терапевтичен неудовлетворен потенциал на високоманозни, фукозилирани и сложни N-гликани в напреднала клинична настройка. По-специално, костните метастази показват най-изразеното увеличение на фукозилирането на ядрото, отразено от намаляването на гликаните с високо съдържание на маноза [33].

Друга призната роля на фукозилирането при рак на гърдата е показана при туморна ангиогенеза и васкуларизация. В това отношение, терминалното фукозилиране на клъстериновия гликопротеин е специфична за рака пост-транслационна модификация, открита главно при човешки луминален рак на гърдата. Тази промяна позволява взаимодействието между фукозилиран клъстер и С-тип лектин (DC-SIGN), намиращ се върху макрофаги/миелоидни клетки, насърчавайки производството на проангиогенни цитокини (т.е. съдов ендотелен растежен фактор, VEGF; IL{{ 6}}), като същевременно възпрепятства експресията на HLA-DR [34].

По отношение на ролята на фукозилирането на сърцевината като биомаркер при рак на гърдата, имунохистохимични и тъканни микрочипови анализи на FUT8 демонстрират връзка между високите нива на FUT8, метастазите в лимфните възли и стадия на заболяването, като също запазват отрицателна прогностична стойност чрез свързване с намалено заболяване- свободна и обща преживяемост [35]. Въпреки това, към днешна дата, нито един фукозилиран биомаркер не е валидиран за гърдата, нито за прогнозни, нито за прогностични цели [36]. Гликопротеомичните анализи от туморна тъкан, както и от плазма на пациенти с рак на гърдата могат да информират за нови биомаркери и да предоставят отличителни терапевтични уязвимости.

2.4. Регулиране на FUT8 и Core-фукозилиране

Тъй като FUT8 е от съществено значение за регулирането на ядреното фукозилиране, точната оценка на неговата регулация на клетъчно ниво е от изключително значение. Епигенетичните анализи разкриха ниски нива на метилиране на FUT8 при ракови заболявания като хепатоцелуларен карцином, което предполага, че най-подходящата част от регулирането на FUT8 може да бъде на транскрипционните и посттранскрипционните нива [37], до голяма степен неизследвана област на изследване.

2.4.1. Транскрипционна регулация

Ключовите играчи на транскрипцията на FUT8 все още не са напълно изяснени. Геномните анализи на гена FUT8, кодиран на хромозома 14q23.3, разкриват наличието на поне девет екзона, с осем екзона, обхващащи кодиращата последователност, както и наличието на най-малко три различни промотора [38]. По-подробно, екзон 1 кодира само за 50 нетранслирани региони (UTR) последователности, съдържащи потенциални места на свързване за транскрипционни фактори (т.е. TATA-box, cMyb, GATA-1, bHLH) [39].

Трябва да се отбележи, че положителна транскрипционна ос е разпозната в меланома с трансформиращ растежен фактор (TGF-)-индуциран фактор хомеобокс 2 (TGIF2) [10], докато отрицателна е изобразена с транскрипционния фактор ASCL1 при дребноклетъчен рак на белия дроб [ 40] и глиобластом [18]. Все още липсва информация за значението на TGIF2 и ASCL1 в регулирането на FUT8 при рак на гърдата [10,40].

Един предложен механизъм на индукция на FUT8 при рак на гърдата е разпознат при TGF-индуциран EMT (Фигура 2). Докато свръхекспресията на FUT8 действа като стимул за TGF-индуцираната EMT, нокдаунът на FUT8 потиска клетъчната инвазивност и метастатичния потенциал. Въпреки това, точните молекулярни играчи, движещи тази ос, все още не са идентифицирани, като -катенин/лимфоиден усилвател-свързващ фактор-1 или E-box-свързващи транскрипционни фактори (т.е. SNAIL или TWIST) са първите кандидати поради структурни промоторни последователности и към данни, получени в други туморни настройки [14,20].

Фигура 2. Фукозилиране при рак на гърдата (BC): биомаркер и терапевтична уязвимост. Роля на фукозилирането при BC. Горе: Транскрипционна и пост-транскрипционна регулация на експресията на FUT8 в BC (червено: насърчаване на транскрипцията на FUT8; зелено: инхибиране на транскрипцията/транслацията на FUT8). Средно: Фукозилиране като биомаркер през стадиите на заболяването, което не показва експресия в здрави млечни жлези, междинна експресия при локално напреднало заболяване (свързано с метастази в лимфни възли) и най-висока експресия при метастатично заболяване. Долу: Фармакологично инхибиране в предклинични туморни модели чрез 2FF индуцира CTL-/NK-медиирано убиване на тумор и синергична активност с инхибитори на имунни контролни точки (т.е. анти-PDL1 mAb), като в крайна сметка намалява кинетиката на туморния растеж.

Съкращения: LN: лимфен възел; TGF: Трансформиращ растежен фактор бета; miR: микроРНК; circERBB2: кръгова ERBB2 РНК; EMT: епителен към мезенхимален преход; AP-2: активиращ протеин 2; STAT3: Преобразувател на сигнала и активатор на транскрипция 3; FUT8: фукозилтрансфераза 8; PDL1, Лиганд на програмирана смърт 1; mAb, моноклонално антитяло; Mφ: макрофаги; VEGF: съдов ендотелен растежен фактор; CTL: цитотоксични Т-лимфоцити; ICB: блокада на имунна контролна точка; HLA-DR: антиген-DR, свързан с човешки левкоцити; IL: интерлевкин; IFN: интерферон-гама; 2FF: 2-флуоро фукоза; G-CSF: фактор, стимулиращ гранулоцитни колонии; DC-SIGN: Специфична за дендритните клетки междуклетъчна адхезионна молекула-3-Захващаща неинтегрин. Създаден с BioRender.com.

Друга работа разкри FUT8 регулаторна ос при рак на гърдата, базирана на протеина 2 на активатора на транскрипционния фактор (AP-2), свързващ се със сигналния трансдюсер и активатора на транскрипцията 3 (STAT3) [41]. Този комплекс предотвратява STAT3 фосфорилирането и STAT3-медиираната FUT8 транскрипция. Ко-имунопреципитационните анализи показват силни взаимодействия между AP-2 и STAT3 (но не и фосфо-STAT3), а имунопреципитационният анализ на хроматин разкри фосфо-STAT3 свързване към FUT8 промотора (Фигура 2) [41]. Трябва да се отбележи, че освен насърчаване на имуносупресивна туморна микросреда, STAT3 сигнализирането в клетките на рак на гърдата не само допринася за пролиферацията и метастатичното поведение, но също така медиира имунното избягване и резистентност към циклин-зависими киназни инхибитори (CDKi) [42,43]. Поради гореспоменатите причини, STAT3 се счита за терапевтична цел при рак на гърдата, въпреки че директното насочване показва големи препятствия във фармакокинетичните профили, като косвеното или комбинаторното насочване в момента навлиза в клинично изпитване [44–46].

2.4.2. Посттранскрипционна регулация: miRNAs

In vitro проучвания, използващи клетъчни линии на хепатоцелуларен карцином, демонстрират чрез луциферазна репортерна технология, че две микроРНК, miR-34a и miR-122, играят отрицателна роля в посттранскрипционната регулация на FUT8 чрез взаимодействие с FUT{{ 4}}UTR и те в крайна сметка могат да модулират моделите на гликозилиране [47]. Интересно е, че в група от 25 пациенти с рак на гърдата, както miR-34a, така и miR-122 са открити като циркулиращи микроРНК при неоадювантна химиотерапия. Техните нива са значително повишени при пациенти с рак на гърдата, постигайки пълен патологичен отговор (pCR) след неоадювантна химиотерапия [48]. Специфичните клетъчни участници в експресията на miR-34a и miR-122 трябва да бъдат напълно изяснени и насочени (Фигура 2).

Друга miRNA, характеризирана като възможен регулатор на FUT8, е miR-10b, с предложено положително въздействие върху фукозилирането на ядрото, клетъчната подвижност и пролиферацията [19]. Механично е показано, че miR-10b регулира надолу транскрипционния фактор AP-2, който от своя страна се свързва със STAT3, предотвратявайки неговото фосфорилиране, следователно транскрипцията на FUT8 [41]. Предполага се, че ролята на miR-10 b при пациенти с метастатичен рак на гърдата е решаваща при напреднало заболяване въз основа на активирането на транскрипционния фактор Twist [49]. Противоречиви данни обаче са събрани чрез оценка на прогностичната роля на miR-10b при пациенти с рак на гърдата [50,51]. Като цяло данните за гликозилиране и протеомичният анализ, изобразяващи влиянието на miR-10b върху FUT8 и моделите на клетъчно фукозилиране, все още липсват и трябва да бъдат оценени задълбочено.

miR-198 също действа като директен отрицателен регулатор на експресията на FUT8 както в колоректален, така и в модел на недребноклетъчен рак на белия дроб, като инхибирането на miR-198 води до агресивен фенотип и неблагоприятно оцеляване [52, 53]. Въпреки че механичната връзка между miR198 и FUT8 все още не е изследвана, е доказано, че кръговата ERBB2 РНК (circ-ERBB2) насърчава метастатичния процес на рак на гърдата, клетъчна инвазия и пролиферация, като се конкурира с miR-198 и miR{ {12}}p като ендогенна РНК гъба (Фигура 2) [54,55].

For more information:1950477648nn@gmail.com