אונקולוגיה תאית ומולקולרית

מטרת העל של תכנית המחקר הסלולרית והמולקולרית (CMO) היא לערוך מחקר בסיסי, רלוונטי לסרטן, המתמקד בגילוי המנגנונים התאיים והמולקולריים השולטים בהתחלת הגידול והתקדמות הסרטן. המטרות שלנו הן לתרגם את התגליות שלנו לסמנים ביולוגיים אבחנתיים ופרוגנוסטיים וליעדים להתערבות במסגרות קליניות וקהילתיות, עם דגש מיוחד על סוגי הסרטן עם שכיחות, תמותה או פערים גבוהים באזור ההיבשה שלנו.

לתוכנית CMO יש שלושה נושאים כוללים המגלמים את המטרות המדעיות שלה:

• מנגנונים מסרטנים של חשיפות סביבתיות: לגלות את המנגנונים המולקולריים והתאיים שבאמצעותם גורמים מסרטנים סביבתיים וגורמי סיכון התנהגותיים הרלוונטיים לאזור התפוסה שלנו מקדמים סרטן.
• ויסות הגנום: להגדיר את המנגנונים והמסלולים שבאמצעותם מופרעת יציבות הגנום, שינויים אפיגנטיים, ויסות תעתיק בתאים סרטניים.
• איתות סלולרי ומיקרו-סביבה גידולית: כדי לקבוע כיצד משתנים מסלולי איתות תאים, פעילויות תאיות ואינטראקציות בין תאים במהלך התחלת הסרטן והתקדמותם ובסביבת המיקרו-גידול.

מטרה 1: מנגנונים מסרטנים של חשיפה סביבתית: לגלות את המנגנונים המולקולריים והתאיים שבאמצעותם חומרים מסרטנים סביבתיים וגורמי סיכון התנהגותיים הרלוונטיים לאזור התפוסה שלנו מקדמים סרטן.  ההשפעות של חשיפות סביבתיות על קרצינוגנזה הן המוקד של קבוצות מרובות ב-CMO. מרכז אוניברסיטת ניו מקסיקו למתכות בביולוגיה ורפואה (NIGMS P20GM130422) בניהולו של Campen (CCPS) ממשיכה לתמוך במחקר של שלושה חברי CMO זוטרים כדי לחקור את תפקידיו של טונגסטן בסרטן השד (בְּרִיחַ; בולט, עו"ד פרמקול. 2023); ברזל בתכנות מחדש מטבולי בסרטן המעי הגס (Xue; Liu et al., Inflamm. מעי דיס. 2023; קים ואח', עו"ד Sci. 2023;); ונזק חמצוני מגורה חלקיקי של ארסן ושיבוש של תיקון DNA בריאות (ג'ו; Speer et al., Comm Biol 2023; Medina et al., Water 2023;). חברי CMO פריחה ו הדסון משמש גם כסגן מנהל ומנהל חונכות, בהתאמה, במענק CoBRE זה.

הקבוצות של הדסון ו ג'ו עשה התקדמות חשובה בהבנת המנגנונים המולקולריים שבאמצעותם ארסן ואורניום, מתכות שהן מזהמים סביבתיים משמעותיים ב-NM, גורמות נזק ל-DNA ומעכבות מסלולי תיקון DNA התורמים לאי יציבות הגנום. המחקר המתמשך שלהם על התפקיד המסרטן של ארסן וקרינת UV (UVR), נתמך על ידי מענק MPI ל הדסון וד"ר ליו (סטוניברוק) כדי לחקור את החתימות המוטציוניות של חשיפה סביבתית משולבת זו (NIEHS R01ES030993). חשיפה משותפת הובילה להעשרה של יותר מפי 2 של הנטל המוטציוני של UVR וזיהתה תכונה חדשה הקשורה רק לחשיפה משותפת של ארסן פלוס UV בקרטינוציטים אנושיים ובעור עכבר (שיתוף פעולה עם ג'ו: שפיר ואח', עו"ד. פרמקול. 2023; Speer et al. Comm. ביול. 2023).  הדסון השתמשו במודל עכבר פרה-קליני כדי להראות שתוספת אבץ הפחיתה את כמות הארסן שזוהתה ברקמות (Dashner-Titus וחב', Toxicol. Appl. Pharmacol. 2023). מחקר זה מתורגם גם לאוכלוסיית ה-NM באמצעות ניסוי קליני התערבותי (NCT03908736) כדי לבדוק את הפוטנציאל של אבץ משלים להתגבר על נזקי DNA, מתח חמצוני ודלקת הנגרמים מחשיפה למתכות סביבתיות בקהילות שבטיות. שיתוף פעולה בין-תוכנותי רחב ניכר ב"הערכת הרעילות של חשיפה למתכות של UNM על אדמות שבטיות בדרום מערב (METALS) תוכנית מחקר והכשרה בסיסית למדע בסיסי" (P42ES025589 PI: Lewis). מרכז NIEHS P30 ES032755, "תוכנית מדע אינטגרטיבית של ניו מקסיקו המשלבת מחקר במדעי הסביבה (NM-INSPIRES)" מובל על ידי חברי CMO פריחה (במאי) ו הדסון (סגן מנהל) עם מַחֲנֶה (CCPS; מנהל פיתוח מקצועי). מרכז זה תומך במחקרים על ההשפעות הביולוגיות של מזהמים סביבתיים, כולל תוצאות סרטן, באזור ההיבשה של NM. חבר CMO לואו הוא מנהל ליבת הביוסטטיסטיקה ומדעי הנתונים. למרות המרכז הזה, חבר CMO קסטילו שיתף פעולה עם מַחֲנֶה להגדיר את in vivo הפצת רקמות של מיקרוספירות פוליסטירן או פולימר מעורב בעכברים; הם עוד הראו חילוף חומרים שונה במעי הגס, הכבד והמוח (Garcia et al., Environ. Health Perspect. 2024). קסטילו, מַחֲנֶה וחבר CMO In עבדו יחד כדי להראות צילום של מיקרוספרות פוליסטירן גורם לשינויים חמצוניים בפיזיקוכימיה של פני השטח ומגביר רעילות אפיתל בדרכי הנשימה (El Hayek et al., Toxicol. Sci. 2023). מחקרים אלו ואחרים תרמו של קסטילו מימון חדש (NIEHS R01ES032037).

חבר CMO Xue הוא מגדיר את המנגנונים לפיהם מיקרו-נוטריינטים (למשל, ברזל) וחשיפות רעילות (למשל, מיקרופלסטיק) משפיעים על דלקת במערכת העיכול וסרטן. במחקר שנערך לאחרונה, Xue הוכיח שמחיקה ספציפית למעי הגס של קולטן הטרנספרין (TFRC) הפחיתה באופן משמעותי את השכיחות הכוללת של סרטן המעי הגס. הוא הראה שהפרעה ב-TFRC מובילה להפחתה ברמות הברזל במעי הגס ופעילות טנקיראז תלויה בברזל, מה שגרם לייצוב של חלבון עיכוב ציר 2 (AXIN2) ולדיכוי שלאחר מכן של 𝜷-catenin/c-Myc/E2F Transcription Factor1/DNA פולימראז ציר delta1 (POLD1) (קים וחב', עו"ד Sci. 2023). Xue פועלת גם להבנת המנגנון המולקולרי של תאים מיאלואידים בברזל והומאוסטזיס חיסוני. במחקר שנערך לאחרונה, הוא הוכיח ששרשרת כבדה של פריטין מיאלואידית (FTH1) נחוצה לקוליטיס ולסרטן המעי הגס הקשור לקוליטיס (CRC) באמצעות שמירה על הפעלת איתות STAT3 במצב של עודף ברזל (Liu וחב', Inflamm. Bowel Dis. 2023 ).

מטרה 2: ויסות הגנום: להגדיר את המנגנונים והמסלולים שבהם מופרעים יציבות הגנום, שינויים אפיגנטיים וויסות שעתוק בתאי סרטן.  התקדמות משמעותית נרשמה על ידי חברי CMO הקשורים למטרה זו. חבר CMO נס הוא מפענח את האירועים המולקולריים המובילים ל-Adenoid Cystic Carcinoma (ACC), הסוג השני בשכיחותו של גידול בבלוטת הרוק שיכול להופיע גם ברקמות אחרות כמו בלוטת הדמעות, השד והעור. באמצעות דגימות חולי ACC של בלוטת הרוק הראשונית, עבודתו הובילה לתוצאות חשובות רבות שעיצבו מחדש את ההבנה שלנו לגבי גידולי ACC. בשיתוף פעולה אחרון עם חברי CMO קאנג ו מחסה ועם שני מרכזי סרטן אחרים של NCI (MD Anderson, Houston TX ו- Sylvester Cancer Center, מיאמי, פלורידה), הצוות דיווח על סמן ביולוגי מולקולרי חדש לזיהוי חולים עם הפרוגנוזה הגרועה ביותר (Brayer et al., Cancers 2023). עבודה זו תמכה גם בחידוש התחרותי של ה-R01 של נס (NIDCR R01DE023222).

חבר CMO מאו הוא מגדיר את המנגנונים שבהם נזק ל-DNA (למשל, פצעי UV) ותיקון DNA משפיעים על התפלגות המוטציות בגנום הסרטן. במחקר שנערך לאחרונה, מאו מיפה את ההיווצרות הנגרמת על ידי חשיפה ל-UV של 6-4 תוצרי פוטו נדירים (6-4PP) ומוצרי פוטו לא טיפוסיים של תימידין-אדנין (TA) ב-DNA. העבודה הראתה שחלבונים הקשורים לכרומטין משנים באופן משמעותי את היווצרותם של תוצרי צילום אלה באופן שונה מהנגעים הנפוצים יותר של cyclobutane pyrimidine dimer (CPD) הנפוצים יותר. יתרה מכך, המחקר הראה שנקודות חמות 6-4PP מקדמות מוטגנזה של UV (Bohm et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 2023).  מאו פועלת גם להבנת המנגנון המולקולרי של תיקון כריתת נוקלאוטידים (TC-NER), מסלול תיקון ייחודי העוסק בחסימת שעתוק (Hoag et al. Environ, Mol. Mutagen. 2024). מענק חדש של NCI חוקר את ההשערה לפיה גורם התחלת TC-NER, חלבון Cockayne syndrome B (CSB), נקשר ל-RNA Polymerase II (Pol II) מעצור נזקי DNA ומוציא את גורם ההתארכות Spt4-Spt5 מ-Pol II, ובכך החלפת Pol II מתעתוק לתיקון DNA (NCI R01CA273458).

טומקינסון ממשיך במחקריו המתמקדים במנגנונים ובוויסות של שכפול ותיקון DNA בתאים לא ממאירים וסרטניים במטרה טרנסלציונית לפתח מעכבי DNA ליגאז כדי לנצל חריגות בשכפול ותיקון DNA בתאי סרטן. מחקרים מתמשכים עם ד"ר ואן האוטן (אוניברסיטת פיטסבורג) שבדקו את ההשפעות השונות של עיכוב ליגאז ה-DNA המיטוכונדריאלי על תפקוד המיטוכונדריאלי בסרטן ובתאים לא ממאירים היוו את הבסיס לחידוש מענק מוצלח (NIEHS R01 ES012512-17, טומקינסון PI) עם משתפי פעולה חברי CMO, מנדל ו סלמיר. בעבר, בשיתוף עם ד"ר מדחוסודן (אוניברסיטת נוטינגהאם), טומקינסון זיהה את ה-DNA ligase I כאינדיקטור פרוגנוסטי וכמטרה טיפולית פוטנציאלית בסרטן השחלות. בהתחשב בתפקיד המבוסס של DNA ליגאז I בשכפול DNA, טומקינסון בדק את ההשפעות של מחסור ב-DNA ligase I המושרה על ידי גנטי וכימי. מחקרים אלו גילו כי ישנם שינויים מועטים להפליא בקשר החלבון עם DNA שזה עתה מסונתז בהעדר DNA ligase I (Bhandari et al., Sci. Rep. 2023) וכי לעיכוב כימי של DNA ligase I יש השפעות שונות על מזלג השכפול. בהשוואה לאי-אקטיבציה גנטית. מענק NCI חדש (NCI R01 CA276837) עם co-I לסלי חברי (CT) ו-CMO שטיינקאמפ ו סלמיר מעריכה את הפעילות של מעכבי DNA ligase I בסרטן השחלות. טומקינסון הוא חוקר שותף במענק DoD שמומן לאחרונה (W81XWH2210754, Leslie PI) בראשות לסלי (CT) כדי לקבוע את ההשפעות של הפעלה מחדש של p53 בסרטן רירית הרחם מתקדם. טומקינסון הוא גם חוקר שותף במענק (NCI U01 CA232505; בלינסקי PI) כדי לקבוע אם היכולת לתקן DNA שניזוק כתוצאה מרעילים הנישאים באוויר היא מנבא לסרטן ריאות.

חברי CMO אוהד ו אגם שיתף פעולה עם טומקינסון לדווח על תובנות חדשות לגבי האופן שבו חלבון B (CSB) של תסמונת קוקיין, משפץ כרומטין תלוי-ATP, משתף פעולה עם פולי(ADP-ribose) פולימראז I (PARP1) בתיקון נגעי DNA חמצוני. הם הראו כי PARP1 ו-PARP2 מקדמים גיוס של CSB ל-DNA פגום בחמצון. CSB, בתורו, תורם לגיוס XRCC1, ו-Histone PARylation factor 1 (HPF1), ומקדם PARylation היסטון, כדי לווסת תיקון שבירה חד-גדילית (SSBR) בתיווך PARP1 ו-PARP2. עבודתם מצביעה על כך ש-SSBR בתיווך CSB מתרחש בעיקר באזורי DNA מתומללים באופן פעיל, מה שמעלה את האפשרות ש-SSBR מבוצע על ידי מנגנונים שונים המבוססים על מצב התעתוק (Bilkis et al., Nucleic Acids Res. 2023). הצוות של אוהד ו אגם כרגע ממנפים שני מענקים כדי לבדוק את המשמעות של תיקון שבירה חד-גדילית (TA-SSBR) הקשורה לתעתוק בתאי סרטן השחלות ולהערכת הפוטנציאל של מיקוד תהליך זה לטיפול בסרטן (משנה NCI P50CA265793; NCI R21CA286210).

בלינסקי"S המחקר משתמש בתוכניות בין-תחומיות של מדעי התרגום המתמקדות במידה רבה באפיגנטיה וסרטן ריאות ומוצרים חלופיים המכילים ניקוטין והשפעות בריאותיות. עבודה עם חבר CMO, טלז, הם הראו כי אירוסולים של מוצרי סיגריה אלקטרונית בטעמים גרמו לטרנספורמציה של תאי האפיתל של הסימפונות האנושיים בתיווך מחדש של התעתיק והמתילום (Tellez et al., Lung Cancer 2023).

מטרה 3: איתות סלולרי והמיקרו-סביבה של הגידול: לקבוע כיצד מסלולי איתות של תאים, פעילויות סלולריות ואינטראקציות בין תאים-תאים משתנים במהלך התחלת הסרטן והתקדמותו ובתוך המיקרו-סביבה של הגידול.  חברי CMO שטיינקאמפ, הדסון, נס, וונדינגר-נס, בשיתוף עם פנקרץ (CCPS) ו אדמס (CT), הוכיח כי עכברים מואנשים שהושתלו בתאי גזע המטופואטיים מ-CD34+ אנושיים מדמו טבורי ונושאים קסנושתלים (PDXs) מקיימים מיקרו-סביבה של גידול חיסוני כמו זו שדווחה עבור חולות עם סרטן השחלות (Steinkamp et al., Cancer Res. תקשורת 2023). מודל אנושי זה תומך בצמיחת PDX השומרת על ההטרוגניות הגנטית של הגידול הראשוני ומדגים את המורפולוגיה המקורית של הגידול עם יתרון נוסף של יצירת מיקרו-סביבה של גידול חיסוני עם חדירת מיאלואיד ותאי T אנושיים. מודלים אלה יאפשרו מחקרים רלוונטיים יותר מבחינה קלינית של גיוס תאי מערכת החיסון, אינטראקציות בין תאים סרטניים/תאי חיסון וטיפולים חדשים. אכן, אדמס (CT) כללה מודל זה בפרויקט שכותרתו "מחקר פיילוט של האינטראקציה של אסטרוגן עם יכולת תיקון DNA בגידול שחלתי", אשר ממומן מ-The Ovarian Cancer Alliance of Greater Cincinnati. מודל זה נמצא גם בשימוש על ידי סרדה חבר (CT) במענק NCI שיתופי (ב-10%ile) עם שטיינקאמפ.

1. לידקהמשתמש במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה ובמעקב אחר מולקולה בודדת עם קריאות ביו-פיזיקליות ופונקציונליות כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים של איתות על ידי קולטן טירוזין קינאז וקולטני אימונו (D. Lidke וחב', Cancers (Basel) 2023). מענק MIRA מחודש לאחרונה (NIGMS 2R35 GM126934) מממן את חקירות מעבדת D. Lidke של הדינמיקה של אירועי איתות מוקדמים שלא ניתן להשיג באמצעות טכניקות ביוכימיות מסורתיות (מבוססות אוכלוסייה). המטרה המרכזית היא לפתח ארגז כלים ייחודי הכולל שיטות מיקרוסקופיה מתקדמות, קריאות ביו-פיזיקליות ופונקציונליות, בגישה משולבת לספק תמונה מקיפה של האופן שבו דינמיקת חלבון-חלבון מווסתת איתות טירוזין קינאז במורד הזרם של קולטני אימונו. וקולטנים של גורמי גדילה. במענק MPI מתמשך עם ד"ר למון (Yale Cancer Biology Inst.), ד לידקה וחבר CMO ק לידקה השתמשו במעקב אחר חלקיקים בודדים (SPT) ובהדמיית העברת אנרגיה תהודה של Förster כדי לבחון כיצד כל תחום של EGFR תורם לאוליגומריזציה של הקולטן ולקצב דיפוזיה של הקולטן בממברנת התא. למרות שהאזור החוץ-תאי של EGFR מספיק כדי להניע דימריזציה של הקולטן, הם מצאו שההאטה של ​​EGFR המושרה על ידי SPT דורשת אוליגומריזציה מסדר גבוה יותר בתיווך חלקי על ידי תחום טירוזין קינאז התוך-תאי כאשר היא מאמצת קונפורמציה פעילה. ממצאים אלו חשובים מכיוון שהם מספקים תובנה חשובה לגבי האינטראקציות הנדרשות למכלולי EGFR מסדר גבוה יותר המעורבים באיתות EGF (Mudumbi et al., Cell Rep. 2024).

אוזבון עבודה מורחבת המדגימה את ההשפעות האנטי-ויראליות של מעכבי MEK שאושרו על ידי ה-FDA במודלים תלת-ממדיים של רקמות נגועים בנגיף הפפילומה האנושי (HPV) למודל פרה-קליני עכברי של גידולי HPV. שיתוף פעולה עם חבר CMO קאנג, הצוות הראה השפעות אנטי-ויראליות משמעותיות המעודדות רגרסיה של הגידול במודל העכבר (Luna et al., Antiviral Res. 2023), והם קיבלו מענק חדש בשיתוף פעולה עם מקונוויל (CT) וד"ר Spurgeon (University of Wisc., Carbone CCC) כדי לגבש ולבדוק מעכבי MEK מקומיים בשני מודלים של עכברים של טרום סרטן HPV (NIAID R21 AI176571). נתונים ראשוניים על פרויקט זה נראים מבטיחים והשלב הבא יהיה לחפש אישור מחקר חדש של ה-FDA עבור IITs שמטרתם לטפל בחולים עם סרטנים קדם-סרטניים הנגרמות על ידי HPV.

גיוס אחרון, פלניסמיה, חוקר חלבונים קושרי RNA (RPBs) ותרומתם לדפוסי ביטוי גנים במודלים של סרטן הפה. באופן ספציפי, עבודה זו סיפקה התקדמות משמעותית בהבנת התפקוד המולקולרי של RBPs HuR ו-FXR1 ותפקידם בהומאוסטזיס אפיתל אוראלי והתקדמות סרטן. מחקר שנערך לאחרונה מצא שנוק-אאוט מהונדס של HuR (KO) לא הצליח ליצור גידולים דרך הפה במודל סרטן המושרה מסרטן. גידולי HuR-KO הראו פחות תאי T רגולטוריים CD4+CD25+FoxP3+, יותר תאי CD8+ T ונפח גידול קטן יותר, מה שמרמז על כך ש-HuR עשוי לדכא את התגובה החיסונית במהלך התקדמות סרטן הפה. חיות HuR KO היו עם פחות Tregs ורמות IFN גבוהות יותר מאשר לעכברים נושאי גידול WT, מה שמצביע על פעולה אנטי סרטנית. לבסוף, מעכב HuR pyrvinium pamoate הפחית את עומס הגידול על ידי הגברת חדירת CD8+ על פני CD4+, דבר המצביע על השפעות אנטי סרטניות ומציע טיפול HNSCC חדש (Majumder וחב', Oral Oncol Rep. 2024). פלניסמיה מצא גם שהחלבון methyltransferase PRMT5 ממלא תפקיד בעיבוד מתילציה של ארגינין של חלבון קושר RNA, FXR1, אשר בתורו מגביר את יכולת הקישור שלו ל-RNA. תהליך ה-R-methylation מגביר את היציבות של ה-FXR1 ומקל על ביטוי גנים בתאי סרטן הפה (Vijayakumar וחב', Nucleic Acids Res. 2024). ממצאים אלו הובילו להבנה חדשה של האופן שבו רשת של RBPs מתווך פעילות גנים שלאחר שעתוק המשתתפת בתפקודים ביולוגיים ומכוונת ל-mRNA, miRNA, RNA ארוך שאינו מקודד וחלבונים.

מרצ'טי חקר עוד את הגילוי האחרון של המעבדה של חלבונים ריבוזומליים של תאי גידול במחזור (CTC) של חתימת גן גדולה/קטנה (RPL/RPS) הקשורה ישירות להופעת גרורות במוח של מלנומה (MBM). הגילוי של חתימת הגן CTC RPL/RPS של MBM הוא רלוונטי מכיוון ששונות בהרכב הריבוזום מביאה ליצירת "אונקו-ריבוזום" המניע תרגום מוגבר, שגשוג תאים וגידול הגידול באמצעות מווסת מסלולי איתות אונקוגניים. זה מצביע על כך שלמכונת התרגום של התא יכולה להיות שכבה נוספת של ויסות של ביטוי גנים המעיד על פרוגנוסטיציה הקשורה ל-CTC. ביוגנזה של ריבוזום היא תהליך מתואם מאוד בין חלבוני RPL/RPS וגורמי הרכבה של rRNA. זה מרמז על פגיעות ספציפית של CTCs ומציע שהמיקוד לביוגנזה ריבוזומלית משפיע באופן משמעותי על מצבים גרורתיים של CTC. ממצאים אלו מספקים את הצינור לתרגום למרפאה ומכינים את הבמה לפיתוח תרופות טיפוליות לשיפור הטיפול בחולי מלנומה, בעיקר MBM. בעקבות רעיון זה, בשיתוף עם תאופיק (CT), הם זיהו חלבונים ריבוזומליים ספציפיים המניעים MBM וגרורות חוץ גולגולתיות באמצעות CTCs. מיקוד כפול של תרגום ותפוצה סלולרי מנע גרורות של תת-קבוצות CTC אגרסיביות עם ביטוי RPL/RPS גבוה. חשוב לציין, הם דיווחו על ניתוח שטף מטבולי חדש בזמן אמת של CTCs של מלנומה שמקורן במטופל ושינוי בחילוף החומרים של פחמימות במהלך תרגום לקוי בשיבוט שמקורו במלנומה-CTC (Bowley et al., Cancers (Basel) 2023).