Functional studies of gene products involved in cancer progression and metastasis – possibilities for therapeutic intervention

S100A4 er et protein assosiert med invasive egenskaper hos kreftceller, økt forekomst av metastaser (spredning) og dårlig prognose hos kreftpasienter. Proteinet kan skilles ut fra kreftceller og/eller normalceller og i det ekstracellulære miljø kan S100A4 indusere cytokinproduksjon, angiogenese, migrasjon og invasjon. I dette prosjektet har vi undersøkt hvilke mekanismer som induseres i kreftcellene når de utsettes for ekstracellulær S100A4 og vi har også studert hvordan omkringliggende stromale celler responderer på en slik påvirkning. Vi har vist at S100A4 aktiverer den klassiske NF-kappaB signalveien i kreftcellene, og at dette medfører økt ekspresjon av kjente invasjons-assosierte gener som osteopontin og ephriner (Boye et al, Int J Cancer, 2008; Berge et al, Int. J. Cancer, 2010). Vi har også studert S100A4-indusert signalering oppstrøms NF-kB og funnet økt IKK-aktivering, mens den foreslåtte S100A4-reseptoren RAGE viste seg ikke å være involvert i vårt cellesystem (Grotterød et al, BMC Cancer, 2010). For å identifisere alternative reseptorer benyttet vi oss av et tyrosin kinase arrays (https://www.pamgene.com/en/Tyrosine-PamChip.htm) og fant at EGFR og PDGFRbeta var aktuelle kandidater. I tillegg fant vi aktiverende fosforylering av c-Src, en intracellulær tyrosine kinase som var involvert i signalering fra både EGFR og PDGFRb. S100A4-stimulert aktivering av EGFR ble studert nøyere og vi har vist at en slik påvirkning forårsaker reseptor internalisering og resyklering til celleoverflaten. S100A4 co-lokaliseres med EGFR under internaliseringen (Grotterød et al, submitted). De beskrevne resultatene inngår i PhD-graden til Cand. pharm Ida Grotterød som var stipendiat på dette prosjektet og som disputerte i oktober 2013. EGFR-targeted terapi er i klinisk bruk og en eventuell sammenheng mellom tilstedeværelse av S100A4 i det ekstracellulære miljø og effekt av slik type terapi har vært gjenstand for undersøkelser det siste året av prosjektfinansieringen. Vi har vist at spesifikke EGFR hemmere påvirket S100A4-indusert invasjon og at dette trolig skyldes lavere ekspresjon av proteolytiske enzymer. Dette indikerer at EGFR-hemming kan ha potensial som anti-metastaseterapi i visse kreftformer. I et tilknyttet prosjekt som foregikk parallelt med det omtalte PhD-prosjektet fant vi at ekstracellulær S100A4 induserte sekresjon av proinflammatoriske cytokiner fra kreftcellene og at dette i neste omgang stimulerte endotelcellers evne til å danne karnett (angiogenese) og aktivering av makrofager – alt viktige faktorer for å øke kreftcellenes evne til metastasering (Bettum et al, Cancer Letters, 2014). I tillegg observerte vi at stimulering med S100A4 hadde en autokrin virkning på kreftcellene ved at disse de-differensierte og endret metabolismen til en større grad av aerob glycolyse (Warburg effekt). Parallelt med disse endringene ble kreftcellene mer invasive. Interessant nok observerte vi de samme metabolske og invasive endringene i kreftcellene hvis disse ble dyrket i co-kultur sammen med aktiverte stromale celler. Ved å benytte en hemmer som hindrer slik metabolsk reprogrammering observerte vi en klar induksjon av apoptose, noe som tyder på at invasive/metastatiske celler kan ”tvinges” inn i en ikke-levedyktig tilstand ved å hemme den metabolske reprogrammeringen (Bettum et al, submitted). Dette er et lovende behandlingsalternativ for metastatisk sykdom og vil, i likhet med EGFR-hemming, bli studert nærmere i fremtiden. Studier av S100A4-induserte metabolske effekter inngår i PhD-graden til Cand. pharm Ingrid Bettum som ble innsendt til vurdering til det Medisinske fakultet, Universitetet i Oslo desember 2014. Kreftterapi ved bruk av småmolekylære målrettede hemmere er anerkjent som et supplement til tradisjonell kreftbehandling. Vi har i dette prosjektet vist at i modellforsøk kan effekten av metastasefremmende faktorer hemmes vha godkjente preparater i klinisk bruk. I tillegg kan slike småmolekylære hemmere hindre stromaceller i å hjelpe kreftcellene med å unnvike effekten av målrettet kreftterapi. Vårt prosjekt har på denne måten avdekket et bredere bruksområder for flere målrettede anti-kreft medikamenter, slik at hvis dette bekreftes i fremtidige studier kan en på sikt se for seg at en større pasientgrupper kan dra nytte av denne type terapi. Våre studier av faktorer som bidrar til spredning av kreft har vist at kreftcellenes energimetabolisme er et mulig angrepsmål, og bekrefter muligheten for at metabolisme-hemmere kan brukes som anti-metastase terapi i fremtiden.