Novel Regulators of Pancreatic Cancer Cell Growth and Mobility

Abstract

Haimasyöpä on harvinainen mutta erittäin aggressiivinen syöpätyyppi, johon sairastuu Suomessa vuosittain noin tuhat henkilöä. Vaikka haimasyövän osuus uusista syöpätapauksista on vain muutama prosentti, se on kolmanneksi yleisin syöpäkuolemien syy niin miehillä kuin naisillakin. Haimasyövän ennuste on erittäin huono: keskimääräinen elinaika diagnoosista on vain noin puoli vuotta. Suurin syy tähän on se, että keinoja taudin diagnosointiin ja hoitoon on todella vähän, ja hoidot ovat usein tehottomia. Diagnoosi tehdään yleensä vasta vaiheessa, jossa sairaus on edennyt niin pitkälle, ettei sitä pystytä enää parantamaan. Väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia haimasyövässä toistuvasti monistuvia kromosomialueita sekä kartoittaa geenien toimintaa säätelevien mikroRNA:iden ilmenemismuutoksia ja siten löytää uusia mahdollisia kohdegeenejä niin diagnostisiin kuin hoidollisiinkin tarkoituksiin.

Laajat kromosomimuutokset ovat tyypillisiä haimasyövälle kuten suurimmalle osalle muitakin kiinteitä syöpäkasvaimia. Toistuvasti monistuvilla kromosomialueilla sijaitsee suurella todennäköisyydellä geenejä, joilla on vaikutusta sairauden syntyyn, ja jotka siten voisivat toimia myös ns. kohdegeeneinä syövän diagnoosissa tai hoidossa. Tässä työssä tutkittiin 7q21-q22 kromosomialueen monistumaa haimasyövässä ja pyrittiin siten löytämään uusia kohdegeenejä. Kyseistä monistumaa todettiin esiintyvän noin joka neljännessä haimasyöpäsolulinjassa ja yhtä usein myös haiman primäärikasvaimissa. Monistuman todettiin johtavan useiden geenien yli-ilmentymiseen. Jatkotutkimukset kohdistuivat kolmeen monistuneeseen geeniin, ARPC1A, ARPC1B ja KPNA7, ja osoittivat, että näiden toiminta vaikuttaa haimasyövän ominaisuuksiin.

ARPC1A ja ARPC1B kuuluvat proteiinikompleksiin, joka säätelee muun muassa solujen liikkumista. Näiden kahden geenin hiljentäminen haimasyöpäsoluissa vähensi huomattavasti solujen liikkumiskykyä, mikä on merkittävä syövän leviämiseen liittyvä ominaisuus. KPNA7 puolestaan osallistuu proteiinien kuljetukseen solun sytoplasmasta tumaan. Sen ilmentymisen hiljentäminen vähensi dramaattisesti haimasyöpäsolujen kasvua. Kasvun hidastuminen johtui p21-proteiinin ilmentymistason kohoamisesta ja siitä seuranneesta solusyklin osittaisesta pysähtymisestä. Kaiken kaikkiaan nämä tulokset viittaavat siihen, että 7q21-q22 monistuma-alueella ei olisi yhtä ainoaa kohdegeeniä, vaan ennemmin useamman geenin joukko, jotka kaikki ovat monistuneita ja yli-ilmentyneitä ja yhdessä vaikuttavat syöpäsolujen eri ominaisuuksiin. Sekä ARPC1A, ARPC1B että KPNA7 toimivat tärkeissä solun toimintaan vaikuttavissa tehtävissä, ja ovat siten potentiaalisia uusien syöpähoitojen kohteita.

MikroRNA:t ovat lyhyitä yksijuosteisia RNA-molekyylejä, joilla on tärkeä tehtävä geenien ilmentymisen säätelyssä. Myös niiden ilmentyminen on usein häiriintynyt syövässä. Mikro-RNA:iden ilmentymistä tutkittiin haimasyöpäsolulinjoissa sekä normaalista haimasta peräisin olevissa näytteissä, ja tarkoituksena oli tunnistaa sellaiset mikro-RNA:t, joiden ilmentyminen oli muuttunut syövässä. Työssä löydettiin 72 mikro-RNA:ta, joiden muuttuneen ilmentymisen perusteella voitiin erottaa syöpänäytteet normaaleista näytteistä. Näiden joukosta valittiin miR-31 tarkempiin tutkimuksiin sen erityisen mielenkiintoisen ilmentymistavan vuoksi. Yllättäen sekä miR-31:n ilmentymisen estäminen että lisääminen johtivat haimasyöpäsolujen liikkumisen selkeään vähenemiseen. Useissa tutkimuksissa miR-31:n on todettu olevan tärkeä solujen liikkumisen säätelijä haimasyövän lisäksi myös muissa syövissä. Tämä tekee siitä erityisen houkuttelevan kohteen syövän etäpesäkkeisiin kohdistuville hoitomuodoille.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä tutkimuksessa osoitettiin kolmella 7q21-q22 monistuman kohdegeenillä olevan onkogeenisiä eli syöpää edistäviä ominaisuuksia haimasyövässä. Kaikki nämä kolme geeniä, ARPC1A, ARPC1B ja KPNA7, olivat yli-ilmentyneitä haimasyöpäsoluissa ja niiden toiminta osaltaan vahvisti näiden solujen pahanlaatuisia ominaispiirteitä. Lisäksi miR-31:n todettiin yli-ilmentyvän osassa haimasyövistä, ja sen osoitettiin olevan tärkeä syöpäsolujen liikkumisen säätelijä. Tämä tutkimus tuo uutta tietoa haimasyövän geneettisestä taustasta ja tarjoaa mielenkiintoisia lähtökohtia tämän taudin diagnosointi- ja hoitomenetelmien kehittämiseen.

Pancreatic cancer is a rare but very aggressive malignancy affecting yearly approximately 1,000 individuals in Finland. Although it accounts only for a little over 3% of all new cancer cases, it is the third leading cause of cancer deaths for both genders. The main cause for the poor prognosis is the fact that the diagnostic and therapeutic tools for pancreatic cancer are truly limited and inefficient. This study aimed to characterize both recurrently amplified chromosomal regions as well as microRNA expression patterns in pancreatic cancer and thus to identify novel putative targets for diagnostic and therapeutic purposes.

Large chromosomal aberrations are typical for most solid tumors, including pancreatic cancer. Recurrently amplified regions are likely to contain genes which contribute to the development of the disease and might thus serve as targets for early detection or treatment of the disease. Here, a detailed characterization of the 7q21 q22 amplicon in pancreatic cancer was performed in order to identify novel target genes. The amplification was found to exist in 25% of both pancreatic cancer cell lines and primary tumors and to result in overexpression of several genes within the amplicon core. Further functional studies on three of the amplified genes, ARPC1A, ARPC1B, and KPNA7 confirmed that these genes do contribute to the pathogenesis of pancreatic cancer.

ARPC1A and ARPC1B both encode for the ARPC1 subunit of the ARP2/3 protein complex which participates in actin polymerization and thus regulates cell mobility. Silencing of these two genes in pancreatic cancer cells resulted in a significant reduction of cell migration and invasion, presumably due to defective function of the ARP2/3 complex. KPNA7 belongs to the karyopherin alpha protein family of nuclear import receptors. Silencing of KPNA7 expression dramatically decreased the growth of pancreatic cancer cell lines via a p21 induced G1 arrest. These data suggest that rather than a single target gene, the 7q21-q22 amplicon contains a set of genes which are all amplified and overexpressed and together contribute to different features of the cancer cells. Both ARPC1 and KPNA7 have important cellular functions and might serve as potential novel therapeutic targets.

MicroRNAs are short single-stranded RNA molecules which have a crucial role in regulating gene expression, and are also widely misregulated in cancer. The expression levels of miRNAs in a panel of pancreatic cancer cell lines and normal samples were screened to identify miRNAs that are aberrantly expressed in pancreatic cancer. A set of 72 differentially expressed miRNAs was found to provide a molecular signature discriminating the cancer and normal samples. Of these, miR-31 was further functionally studied based on its unique on-off expression pattern. Interestingly, both inhibiting and inducing miR-31 expression decreased the migration of pancreatic cancer cells, indicating that not only the presence but also the amount of miR-31 is important for its function. The role of miR-31 as a regulator of cancer cell mobility has also been established in various other cancers, making it a tempting target for anti-metastasis therapy.

To conclude, three target genes of the 7q21-q22 amplicon, ARPC1A, ARPC1B, and KPNA7 were shown to have oncogenic properties in pancreatic cancer, as they were all overexpressed and promoted the malignant properties of the disease. Furthermore, miR-31 was shown to be overexpressed in a subset of pancreatic cancers and to regulate cancer cell mobility. Overall, this study provides novel information on the genetic background of pancreatic cancer pathogenesis.