< Terug naar vorige pagina

Project

Het richten op het lineage-specifieke lange niet-coderende RNA LINC01212 als een effectieve anti-melanoomstrategie.

Melanomen zijn agressieve kwaadaardige neoplasie van melanocytaire oorsprong, zeer resistent tegen zowel chemotherapie als radiotherapie. Zodoende werd melanoom gedurende vele decennia als een ongeneeslijk beest beschouwd en hadden patiënten vrijwel nul therapeutische opties beschikbaar. Gelukkig zijn er de laatste jaren grote doorbraken geweest leidende tot de introductie van effectieve therapieën die de overleving van patiënten aanzienlijk verhoogd hebben. Ondanks het aanvankelijk enthousiasme werd echter snel duidelijk dat melanomen zich gemakkelijk konden aanpassen aan deze therapieën en behandelingsresistente klonen konden vormen die uiteindelijk tot de dood van de patiënt zouden leiden. Bovendien resulteerde een groot deel van de melanoompatiënten intrinsiek resistent voor sommige van deze therapieën, waardoor veel patiënten geen effectieve therapeutische opties hadden. Daarom is er nog steeds een dringende nood om nieuwe geneeskrachtige doelwitten te vinden die het ontwerpen van nieuwe therapeutische strategieën mogelijk zouden kunnen maken. In het ideale geval moeten dergelijke therapieën het mogelijk maken om onbehandelbare patiënten die niet reageerden op de huidige behandelingen toch te behandelen, maar moeten ook te combineren zijn met de huidige therapeutische strategieën om te leiden tot de volledige en definitieve genezing of, op zijn minst, de terugval van de patiënten uit te stellen. Bovendien moeten deze behandelingen, naast een krachtig anti-melanoomeffect, ook specifiek zijn voor tumorcellen, om bijwerkingen te minimaliseren, een van de belangrijkste nadelen van de bestaande therapeutische opties, waardoor de levenskwaliteit van patiënten wordt verbeterd.

 In een poging nieuwe geneeskrachtige doelwitten te identificeren, concentreerde ik me op het niet-coderende deel van het genoom, DNA-sequenties die niet coderen voor eiwitten. Verschillende onafhankelijke studies hebben aangetoond dat de overgrote meerderheid aan kanker gerelateerde mutaties in het niet-coderende genoom voorkomt, in plaats van in eiwit-coderende genen, wat een mogelijke rol voor deze regio’s suggereert in het proces van tumorvorming en –ontwikkeling. Het niet-coderende DNA vertegenwoordigt de overgrote meerderheid van het DNA (bijna 99%) en bevat alle sequenties die nodig zijn voor genregulatie en transcriptie, maar dient ook als een sjabloon voor de transcriptie van een grote groep niet-coderende RNA’s, sequenties die niet worden getransleerd. Ik besloot mijn aandacht te richten op een bepaalde subklasse van niet-coderende RNA's, namelijk lange niet-coderende RNA's (lncRNA's), RNA-moleculen langer dan 200 nucleotiden die niet coderen voor eiwitten. De meeste lncRNA's hebben zeer beperkte expressieprofielen, zowel in normale weefsels als in tumorstalen, waardoor ze zeer aantrekkelijk zijn, zowel voor diagnostische doeleinden als voor therapeutische toepassingen. Bovendien zijn lncRNA's betrokken bij vrijwel elk cellulair proces en veel lncRNA's zijn betrokken bij de ontwikkeling en progressie van kanker. Belangrijk is dat lncRNA's zowel in vitro als in vivo gemakkelijk kunnen worden met antisense oligonucleotiden, een essentiële conditie bij het overwegen van therapeutische toepassingen.

Om lncRNA's te ontdekken die belangrijk zijn in de context van melanoomontwikkeling en -progressie, besloot ik te bepalen of vaak geamplificeerde regio's in melanomen lncRNA's bevatten. Ik koos ervoor om uit te gaan van herhaaldelijk geamplificeerde regio’s, omdat ik veronderstelde dat als een lncRNA nodig zou zijn voor de ontwikkeling van melanomen, er kans is dat deze zou kunnen worden geamplificeerd in melanoomstalen. Zodoende ontdekte ik dat het vaak versterkte 3p13-3p14-regio, een regio geassocieerd met een slechte prognose in melanomen, waar het melanoom specifieke oncogen MITF zich bevindt, ook codeert voor een lncRNA SAMMSON, dat altijd samen met MITF voorkomt. SAMMSON is een primaat specifiek lncRNA dat tot expressie wordt gebracht in 95% van de melanoomgevallen, maar niet detecteerbaar in normale menselijke melanocyten of in andere volwassen menselijke weefsels of tumoren. Belangrijk is dat SAMMSON wordt opgereguleerd in de overgang tussen de radiale groeifase naar de verticale groeifase, waarin melanoomcellen kwaadaardige en invasieve kenmerken krijgen, wat suggereert dat SAMMSON mogelijk een rol kan spelen in de kwaadaardige transformatie van melanoom.

Om enig mechanisch inzicht te krijgen in de rol van SAMMSON in melanoom, heb ik het endogene SAMMSON-transcript afgebroken en het eiwit-interactoom met massaspectrometrie geanalyseerd. Zodoende identificeerde ik drie eiwitten, namelijk XRN2, CARF en p32 als de sterkste SAMMSON-interactoren. Ik heb aangetoond dat alle drie de eiwitten binden aan het 3'-uiteinde van het SAMMSON-transcript, waardoor de mogelijkheid ontstaat dat SAMMSON een spil voor ribonucleoproteïsche complexvorming zou kunnen zijn. Intrigerend is een van de meest prominente rollen van XRN2 en p32 om de verwerking van ribosomaal RNA (rRNA) te reguleren, respectievelijk in de nucleoli en de mitochondria, en dus om de eiwitsynthese in het cytosol te reguleren in het geval van XRN2, of in de mitochondriën in het geval van p32. Belangrijk is dat de nucleaire lokalisatie van XRN2 dynamisch wordt gereguleerd door CARF, die de XRN2-overmaat titreert door het in het nucleoplasma te houden om pre-rRNA-maturatie te verfijnen. Aangezien de drie verschillende interactoren betrokken waren bij de verwerking van rRNA en bij de eiwitsynthese, speculeerde ik dat SAMMSON deze processen ook kon beheersen.

Ik kon met overtuiging aantonen dat SAMMSON de lokalisatie van zijn drie interactoren kan reguleren, en dat SAMMSON-expressie leidt tot een accumulatie van XRN2 in de nucleoli, van CARF in het cytosol en van p32 in de mitochondriën. Hierdoor kan SAMMSON hun functies beïnvloeden en zo de verwerking van rRNA bevorderen. SAMMSON kan dit doel bereiken door de melanoom-specifieke interactie tussen CARF en p32 te bevorderen ten koste van de interactie tussen XRN2 en CARF. Door de rRNA-verwerking in beide compartimenten te verhogen, kan SAMMSON de eiwitsynthese in het cytosol en in de mitochondriën bevorderen en aldus leiden tot een toename van de melanoomcelgroei zowel invitro als invivo.

Uitputting van SAMMSON leidt tot een verlaging van p32-niveaus in de mitochondriën en tot een afname van de eiwitsynthese. Deze gebeurtenissen worden gevolgd door een plots verlies van het mitochondriaal membraanpotentiaal en een vermindering van de mitochondriale oxidatieve fosforylering met als gevolg een aantasting van de ATP-productie. Belangrijk is dat, hoewel de mitochondriën hun eiwitsynthesesnelheid kunnen aanpassen om de invoer van cytosolische eiwitten fijn in evenwicht te brengen, plotselinge variaties van mitochondriale translatie onveranderlijk een adaptieve reactie zullen induceren die, afhankelijk van de duur en het type van stress, kan resulteren in celcyclusstop of celdood. Overeenkomstig vermindert SAMMSON-silencing de levensvatbaarheid van melanoomcellen drastisch, ongeacht hun mutatieachtergrond of tumorfenotype en verhoogt het de gevoeligheid voor MAPK-gerichte therapieën zowel in vitro als in patiënt-afgeleide xenograft-modellen. Alles samen laat het hier gepresenteerde werk zien dat SAMMSON een centrale rol speelt in de melanoombiologie en dat één enkel lncRNA een grote invloed kan hebben op de groei en overleving van melanoom. Ik identificeerde een sleutelfunctie voor SAMMSON in nucleaire mitochondriale communicatie door middel van het vermogen om het RNA-bindende eiwitnetwerk opnieuw te programmeren om een evenwichtige toename van ribosoombiogenese en eiwitsynthese in zowel het cytosolische als mitochondriale compartimenten te bevorderen. Belangrijk is dat deze rol onafhankelijk is van de cellulaire context en de cellen zowel invitro als invivo een groeivoordeel verleent. Deze data benadrukt hoe de afwijkende expressie van één enkel oncogenisch lncRNA zowel het cytosolische als de mitochondriale eiwitsynthesemachinerie kan kapen om hun activiteiten te verbeteren en celgroei te bevorderen zonder proteotoxische stress te induceren. Verder geven mijn resultaten aan dat het richten op SAMMSON de mitochondriale homeostase beïnvloedt op een melanoom-specifieke manier en daarom wordt verwacht dat het zeer effectieve en weefsel-beperkte therapeutische responsen zal leveren. Ik speculeer dat SAMMSON zowel kan worden gebruikt als een diagnostische marker voor kwaadaardige transformatie van vroege melanomen en als een therapeutisch doelwit, alleen of in combinatie met MAPK-remmers en mogelijk met immuun-checkpointremmers. Zodanig kan remming van SAMMSON een nieuwe rationele therapeutische weg bieden voor melanoombehandeling.

Datum:8 dec 2014  →  31 dec 2019
Trefwoorden:lineage-specific, long non-coding RNA, SAMMSON, LINC01212, melanoma, mitochondria, p32 XRN2 CARF
Disciplines:Morfologische wetenschappen, Oncologie
Project type:PhD project