Lipidenprofilering van kankerweefsel: mogelijkheden voor kanksubtypering en toepassingen voor diagnostiek en therapie.

Longkanker is wereldwijd de dodelijkste kanker. Voornamelijk het niet-kleincellig longcarcinoom (NSCLC) komt erg vaak voor en omvat 80% van alle gevallen van longkanker. Eén van de kernproblemen in de behandeling van NSCLC is het hoge falen van de bestaande behandelingen, zodat er een grote nood is aan nieuwe moleculaire biomerkers en therapeutische doelwitten. Tot nu toe is de meeste inspanning naar de moleculaire profilering van tumoren uitgevoerd op niveau van het genoom, transcriptoom, proteoom en meer recent eveneens het metaboloom. Opvallende afwezige tot nogtoe is het lipidoom en met name het fosfolipidoom. Fosfolipiden, gezien hun cruciale rol in membranen, spelen nochtans een belangrijke rol in celbiologie. Bovendien kan het fosfolipidoom beschouwd worden als een unieke bron van informatie aangezien deze zich aan het einde van de genexpessiecascade bevindt en op deze manier informatie op verschillende niveaus integreert, ondermeer genetica en genexpressie. Daarbij gaat de ontwikkeling en progressie van kanker, inclusief longkanker, vaak gepaard met veranderingen in het lipidenmetabolisme in tumorcellen. In deze thesis hebben we daarom onderzocht in welke mate de ontwikkeling van longkanker geassocieerd is met veranderingen in lipidenprofielen en hebben we getracht een beter inzicht te krijgen in de aard en gevolgen van deze veranderingen. We hebben eveneens hun potentieel als biomerkers of therapeutisch doelwitten die zouden kunnen bijdragen tot een meer efficiënte behandeling van longkanker in de toekomst, onderzocht.

In het eerste deel van dit doctoraatsproject hebben we veranderingen in fosfolipidenprofielen geanalyseerd via een in-huis ontwikkeld ‘shotgun electrospray ionisation tandem mass spectrometry’ (ESI-MS/MS)-technologie. We hebben 179 fosfolipidenspecies in kaart gebracht in tumor en overeenkomstig normaal weefsel van 162 NSCLC-patiënten (73 in een ‘discovery cohort’ en 89 in een ‘validation cohort’). We hebben 91 fosfolipidenspecies geïdentificeerd die differentieel tot expressie komen in kanker versus gezond weefsel. Meest prominente veranderingen omvatten een toename in zowel specifieke fosfatidylinositols (PIs) als lange fosfatidylethanolamines (PEs) en fosfatidylcholines (PCs) (≥40 koolstofatomen in beide vetzuurketens tezamen). Eveneens werd een afname waargenomen in alle sfingomyelines (SMs) en in verscheidene fosfatidylserine (PS) species. ‘2D-imaging MS’ van de fosfolipiden waarbij de grootste verandering tussen tumor en normaal weefsel werd waargenomen, bevestigde deze bevindingen. Bovendien werden lipidenmerkers geïndentificeerd die tumor en normaal weefsel van elkaar kunnen onderscheiden evenals verschillende NSCLC-subtypes met een AUC (oppervlakte onder de ROC-curve) van 0.999 en 0.885, respectievelijk. Deze data tonen aan dat longkankerweefsel een enorm verschillende fosfolipidensamenstelling heeft in vergelijking met normaal weefsel. Deze bevindingen zijn van belang voor de verdere exploratie van veranderingen in lipidenmetabolisme in longkanker en hebben een aanzienlijk potentieel voor de ontwikkeling van biomerkers in de toekomst.

In het tweede deel van dit doctoraatsproject hebben we ons toegespitst op een specifiek aspect dat we hebben waargenomen in de initiële lipidomics-analyse, met name de stijging van fosfolipidenspecies met lange vetzuurketens in tumor weefsel in vergelijking met overeenkomstig normaal weefsel. De grote meerderheid (96.7%) van het plaveiselcelcarcinoom (SCC) en in mindere mate (82.9%) het adenocarcinoom (AD) bevatten fosfolipiden die opgebouwd zijn uit langere vetzuurketens in vergelijking met normaal weefsel. Ook hier hebben we ‘2D-imaging MS’ uitgevoerd om te bevestigen dat tumorweefsel en voornamelijk tumorcellen langere fosfolipiden hebben. Deze karakteristiek werd ook teruggevonden in een muismodel voor long-SCC. We hebben ELOVL6 (‘elongation of very long fatty acids 6’) geïdentificeerd als het enzym verantwoordelijk voor de waargenomen vetzuurketenverlenging in kankercellen. Bij inhibitie van ELOVL6 werd de koloniegroei in zachte agar verminderd en werd de groei in vivo in een syngenetisch muizenmodel verzwakt. Deze bevindingen onthullen acylketenverlenging als één van de meest voorkomende kenmerken die tot nog toe ontdekt werden in longkanker. Bovendien werd ELOVL6 geïdentificeerd als een nieuw potentieel doelwit voor kankerbehandeling.

De resultaten van deze thesis bieden belangrijke nieuwe inzichten op het gebied van lipiden en longkanker en kunnen mogelijks dienen als basis voor de ontwikkeling van nieuwe diagnostische kankermerkers en nieuwe therapeutische behandelingen voor longkanker in de toekomst die gericht zijn tegen het lipidenmetabolisme.