Cancer Drug Resistance: i livelli di espressione di enzimi correlati con chemioterapia Drug Response

Aprile 9, 2016 Admin Salute 0 6
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Perché i malati di cancro sviluppano resistenza ai farmaci chemioterapici, a volte bruscamente, dopo un periodo in cui i farmaci sembrano funzionare bene per ridurre i tumori o tenerli sotto controllo? Anche se in gran parte un mistero per gli scienziati, il risultato quando questo si verifica è fin troppo familiare: pazienti con recidive e in molti casi muoiono quando i loro tumori diventano resistenti.

Un team di ricercatori del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), cercando di capire le basi genetiche della risposta alla terapia del cancro, hanno individuato quello che considerano un "contributo significativo alla resistenza." Usando una tecnica di screening romanzo che coinvolge "pool" di molecole di RNA short-gene che regola, sono stati in grado di determinare come la resistenza ad un farmaco chiamato doxorubicina si pone in linfomi che si verificano in un particolare ceppo di topi.

Verso una "visione globale" dei fattori che influenzano la risposta della terapia




"Il metodo che abbiamo sviluppato è notevole", ha detto il professor Scott W. CSHL Lowe, Ph.D., uno dei leader del team di ricerca, "perché ci dà una visione di come funziona la resistenza a livello di singole molecole in animali viventi, e anche perché può essere facilmente esteso ad altri farmaci chemioterapici e sistemi tumorali per dare una visione potenzialmente globale di fattori che mediano la risposta alla terapia del cancro. "

Molti fattori genetici sono già noti per influenzare l'efficacia dei farmaci anti-cancro. Tali fattori si manifestano in una varietà di modi, alcuni dei quali notevole. Un cambiamento gene noto, per esempio, si traduce in una maggiore espressione di meccanismi di pompa-like che rimuovono le tossine chemioterapici da cellule tumorali; un'altra provoca cambiamenti nella struttura cellulare che impediscono le molecole di droga da "aggancio" con i loro obiettivi.

La ricerca da parte del team di CSHL, che comprendeva professori W. Richard McCombie, Ph.D., e Gregory J. Hannon, Ph.D., in aggiunta a Dr Lowe, ha dimostrato il meccanismo di una forma di resistenza in coltura cellulare e topi viventi.

Confermando Meccanismo di Doxorubicina d'azione

Nell'esplorare meccanismi di resistenza a doxorubicina (venduto sotto il nome Adriamicina), la squadra di CSHL prima cercato di confermare il suo meccanismo d'azione. Essi sapevano in anticipo che il farmaco è parte di una famiglia pensato di interferire con una classe di enzimi chiamati topoisomerasi. Questi enzimi normalmente agiscono per allentare o rilassarsi trefoli strettamente arrotolato del materiale genetico, DNA, e così facendo svolgere un ruolo importante nel processo complesso multi-step da cui le cellule si moltiplicano e si dividono.

Interferendo con topoisomerasi nelle cellule tumorali, doxorubicina e altri farmaci della stessa classe, tra cui etoposide e camptotecina derivati ​​sono stati pensati per impedire alle cellule tumorali di proliferare. La loro efficacia come trattamenti di prima linea è fuori discussione; il problema con questi farmaci si verifica quando le cellule tumorali diventano resistenti in qualche modo a loro.

"Se vogliamo ottenere risultati migliori con farmaci antitumorali come la doxorubicina,", ha detto il dottor Lowe, "dobbiamo stabilire definitivamente il loro meccanismo d'azione. Una volta conosciuta, si apre la strada per cercare di aggirare o cortocircuito questo processo."

Regolamentare topoisomerasi attraverso gene "atterramento"

La premessa di esperimenti del team CSHL era di trovare molecole di RNA brevi che, attraverso un meccanismo chiamato interferenza dell'RNA, o RNAi, potrebbe regolare il gene oi geni responsabili per l'efficacia del trattamento chemioterapico. La questione pratica per la squadra era che a breve RNA, appunto, avrebbe questo effetto?

Dr. Hannon e colleghi negli ultimi anni hanno generato librerie di molte migliaia di cosiddetti RNA breve forcella (shRNAs), ciascuno dei quali è in grado di interferire con l'espressione di un gene o geni specifici.

"In questi esperimenti abbiamo scelto di rilevare un gruppo di shRNAs che colpiscono una serie di geni che gli scienziati chiamano 'il cancro 1000'", ha spiegato il dottor Hannon. "Si tratta di una serie di geni del cancro rilevanti noti o presunti che la ricerca precedente ha identificato." In tutto, ci sono circa 2.300 shRNAs in questo set cancro-specifica che colpiscono geni nel genoma del topo.

Con screening sottoinsiemi o "pool" di essi, il team è stato in grado di identificare shRNAs specificamente interferito con l'espressione di geni coinvolti nella produzione di enzimi topoisomerasi. Quattro shRNAs stati identificati specificamente e costantemente interferito con un gene chiamato TOP2A, che codifica per la produzione di un particolare topoisomerasi chiamato topoisomerasi 2 ±.

Atterramento Gene, resistenza ai farmaci, e una sinergia inattesa

Dopo "abbattere" il gene TOP2A in cellule di linfoma di topo in coltura, il team ha osservato resistenza alla doxorubicina. "Il lavoro precedente aveva suggerito una relazione tra i livelli di TOP2A e la sensibilità alla doxorubicina", ha osservato il dottor Lowe, "ma l'effetto non è stato convalidato in animali vivi." Quando il team ha utilizzato shRNAs di indirizzare il gene TOP2A nei topi con linfoma vivere, lo stesso risultato è stato ottenuto: quando il gene è stato "down-regolato," i topi ha sviluppato resistenza al farmaco.

Nella stessa serie di esperimenti un risultato inaspettato è emerso. RNA breve hairpin specificamente mirati al gene per un altro degli enzimi topoisomerasi - un gene denominato Top1 - avuto l'effetto di aumentare notevolmente l'efficacia della topoisomerasi 2 ± veleni compresi doxorubicina e etoposide. "Per abbattere il gene Top1, abbiamo assistito a una sorta di effetto sinergico: un aumento della efficacia dei farmaci mirati enzimi codificati dal Top2", ha detto il dottor Lowe.

Questo ha sollevato la questione più ampia di come lo stato dei vari topoisomerasi in cellule tumorali dopo il trattamento riguarda l'efficacia del trattamento. Il team correlata Top1 e livelli di espressione TOP2A con tumore tasso di ricaduta in topi vivi. Nella metà dei tumori recidiva osservati dopo trattamento con doxorubicina, livelli TOP2A stati drasticamente ridotti - senza manipolare l'espressione genica con shRNAs.

Insieme con la constatazione che Top1 atterramento cellule per il trattamento doxorubicina hypersensitized, questo risultato ha suggerito ai ricercatori CSHL che "alterazioni nei livelli di espressione delle topoisomerasi rappresentano uno dei indubbiamente molti meccanismi di resistenza terapia che possono svolgere un ruolo importante in risposta chemioterapia in vivo."

Secondo il dottor Lowe, "I metodi che abbiamo usato in questo studio possono essere facilmente estesi per l'uso con altri agenti chemioterapici e sistemi tumorali, per consentire una visione più globale dei fattori che mediano la risposta alla terapia."

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