Metastatic cancer - biomarkers and targets for person-adapted treatment
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 2014088
- Ansvarlig person
- Gunhild Mari Mælandsmo
- Institusjon
- Oslo universitetssykehus HF
- Prosjektkategori
- Postdoktorstipend
- Helsekategori
- Cancer
- Forskningsaktivitet
- 4. Detection and Diagnosis
Rapporter
I dette prosjektet har vi studert exosomer fra melanom- og colorektalceller. Exosomer er små vesikler som produseres av alle typer celler, både friske og syke. De er tilstede i biologiske væsker som blod, spytt, urin, morsmelk og kultivert medium. Exosomer inneholder biologisk aktive molekyler, og dette innholdet kan de overføre til andre celler. Exosomene representerer derfor en avansert kommunikasjonsform mellom celler. Exosomer som skilles ut fra kreftceller spiller en viktig rolle i kreftutvikling, både i forhold til vekst av primærtumor, etablering av metastaser og utvikling av terapiresistens. Exosomene gjør dette ved å overføre noen av kreftcellenes egenskaper til andre kreftceller, til normale celler rundt tumor, eller ved å stimulere proteiner i omgivelsene. Det er derfor en økende interesse for den kliniske anvendelsen av exosomer, og det antas at exosomene vil få betydning som prognostiske og diagnostiske biomarkører, og for valg av terapi.
I den innledende delen av arbeidet undersøkte vi exosomer fra flere kilder, både kultivert medium fra ulike cellelinjer, og plasma og serum fra melanompasienter og colorektalpasienter. En student deltok i prosjektet og leverte en mastergrad der temaet var exosomer fra colorektalkreft.
Mye av arbeidet har fokusert på melanomellelinjene MM1 og MM5 som representerer to ulike fenotyper av melanom. Vi har sett hvordan proteininnholdet i exosomene gjenspeiler melanomcellenes fenotyper, og hvorvidt fenotypene endres når cellene påvirkes av exosomer med en annen fenoype. Detaljene i disse funnene er forklart i tidligere rapporter. Vi fant også at proteiner i exosomer er modifisert i forhold til formen de har i opphavscellene, og denne modifiseringen synes å være særegen for exosomene. Dette kan ha biologisk betydning for exosomenes rolle i kreftutvikling, fordi modfiserte proteiner ofte har andre funksjoner enn fullengde versjonen. Det kan også ha betydning for exosomenes potensiale som prognostiske og diagnostiske markører. Alle data vedrørende melanomer og exosomer er skrevet sammen og vil bli publisert. (Alle deltakere som jobbet med prosjektet har sluttet og begynt i nye jobber, og det gjør sammenskrivingen av artikkelen vanskeligere. Men arbeidet er underveis.)
I et større perspektiv har arbeidet med dette prosjektet gitt avdelingen og forskningsgruppen mye ny kunnskap om exosomer og hvordan de kan analyseres. Cellekommunikasjon via vesikler er fremdeles ganske ukjent territorie, men når protokoller for exosom isolering og flere analysemetoder er etablert på laboratoriet er det enklere å trekke dette perspektivet inn i nye studier.
Exosomer finnes fritt flytende i alle kroppsvæsker og er derfor et lett tilgjengelig materiale for hyppig prøvetaking eller monitorering. Tumor-deriverte exosomer vil inneholde proteiner og nukleinsyrer som kommer fra tumorcellene, og om man kjenner biomarkører som finnes i tumor kan disse gjenfinnes i exosomene. Exosom analyse kan derfor bli et viktig supplement eller substitutt for biopsier av tumor, særlig der denne ligger vanskelig til. I dette arbeidet har vi funnet at proteiner i exosomer ofte er kløyvet mens opphavscellene inneholder en fullversjon av proteinet. Denne kunnskapen kan brukes for å gjenkjenne exosom deriverte proteiner.
Nei
Exosomer er små vesikler som produseres av alle typer celler, både friske og syke. De er tilstede i biologiske væsker som blod, spytt, urin, morsmelk og kultivert medium. Exosomer inneholder biologisk aktive molekyler, og dette innholdet kan de overføre til andre celler. Exosomene representerer derfor en avansert kommunikasjonsform mellom celler.Exosomer som skilles ut fra kreftceller spiller en viktig rolle i kreftutvikling, både i forhold til vekst av primærtumor, etablering av metastaser og utvikling av terapiresistens. Exosomene gjør dette ved å overføre noen av kreftcellenes egenskaper til andre kreftceller, til normale celler rundt tumor, eller ved å stimulere proteiner i omgivelsene. Det er derfor en økende interesse for den kliniske anvendelsen av exosomer, og det antas at exosomene vil få betydning som prognostiske og diagnostiske biomarkører, og for valg av terapi. Proteiner og nukleinsyrer (mRNA, mikroRNA, DNA) er vanlige bestanddeler i exosomer og har evnen til å påvirke andre cellers fenotype. Det er vist at noen proteiner og mikroRNA er unike for kreftcelle-exosomer og ikke påviselige hos friske personer. Økt kunnskap om protein- og nukleinsyreinnholdet i tumor-deriverte exosomer vil kunne bidra til å stille raskere og riktigere diagnose, angi prognose og monitorere respons på behandling. For å øke vår forståelse for exosomers rolle i kreftutviklingen har vi undersøkt exosomer som skilles ut fra to ulike melanom (føflekkreft) cellelinjer. Cellene, kalt MM1 og MM5, er etablert fra pasientvev og er godt karakterisert med hensyn på vekstmønstre og terapirespons. Begge er for eksempel sensitive for den muterte BRAF inhibitoren Vemurafenib, men i ulik grad. I modellforsøk har vi dyrket cellelinjene i nærvær av hverandres exosomer for å se om exosomene alene evner å endre fenotypiske trekk ved den andre cellelinjen. Og det observerer vi at skjer. Når den terapiresistente cellelinjen MM1 dyrkes i vekstmedie tilsatt exosomer fra den mer terapisensitive cellelinjen MM5 øker cellenes respons på Vemurafenib, de blir altså mer sensitive. Den motsatte effekten er også tilstede; de terapisensitive MM5 cellene blir mer resistente etter 3 uker med kontinuerlig tilførsel av MM1 exosomer. For å forsøke å forstå mekanismene bak disse endringene, og for å kartlegge melanom-deriverte eksosomer med tanke på mulige biomarkører for anvendelse i pasientprøver, har vi profilert proteininnholdet i exosomer, cellelinjer og exosombehandlede cellelinjer ved hjelp av massespektrometri. Vi observerer at innholdet av proteiner i celler og deres exosomer ikke er likt fordelt. Dette tyder på at exosomene ikke er tilfeldig lastet, men at det foregår en slags sortering før proteinene skilles ut i vesikler. Vi finner også at flere proteiner opptrer kløyvet i exosomene, uten at de samme endringene kan påvises i proteiner fra cellene. Hvilken funksjonell betydning disse modifikasjonene kan ha er en problemstilling vi stadig jobber med. Vi har foreløpige resultater som tyder på at proteinmodifikasjonene er unike for, eller kraftig anriket i exosompopulasjoner sammenliknet med celler, men selve modifiseringen skjer mens exosomene ennå er i kontakt med cellen.
For å forstå mer av mekanismen bak disse proteinmodifikasjonene har vi i celleforsøk inhibert enkelte proteaser og vist at dette fullstendig hemmer kløyvingen av enkelte proteiner i exosomene.
Parallellt har vi også isolert exosomer fra plasmaprøver fra pasienter med føflekk- og tykktarmskreft, samt fra friske kontrollpersoner. Vi undersøker proteininnholdet i disse prøvene ved hjelp av massespektrometri, for å se om noen av markørene vi har funnet i cellelinjene kan detekteres i plasma. Målet her er å finne gode markørere som kan skille mellom syke og friske.
Resultatene som omhandler melanomceller og melanomexosomer vil bli publisert i nær fremtid.
Nei
Eksosomer er små vesikler som produseres av alle typer celler, både friske og syke. De er tilstede i biologiske væsker som blod, spytt, urin, morsmelk og kultivert medium. Eksosomer inneholder biologisk aktive molekyler, og dette innholdet kan de overføre til andre celler. Eksosomene representerer derfor en avansert kommunikasjonsform mellom celler.I de senere år er det avdekket at eksosomer som skilles ut fra kreftceller spiller en viktig rolle i kreftutvikling, både i forhold til vekst av primærtumor, etablering av metastaser og utvikling av terapiresistens. Eksosomene gjør dette ved å overføre noen av kreftcellenes egenskaper til andre kreftceller, til normale celler rundt tumor, eller ved å stimulere proteiner i ekstracellulær matriks. Det er derfor en økende interesse for den kliniske anvendelsen av eksosomer, og det antas at eksosomene vil få betydning som prognostiske og diagnostiske biomarkører, og for valg av terapi. Proteiner og nukleinsyrer (mRNA, mikroRNA, DNA) er vanlige bestanddeler i eksosomer og har evnen til å påvirke andre cellers fenotype. Det er vist at visse proteiner og mikroRNA er unike for kreftcelle-eksosomer og ikke påviselige hos friske personer. Økt kunnskap om protein- og nukleinsyreinnholdet i tumor-deriverte eksosomer vil kunne bidra til å stille raskere og riktigere diagnose, angi prognose og monitorere respons på behandling. For å øke vår forståelse for eksosomers rolle i kreftutviklingen har vi undersøkt eksosomer som skilles ut fra to ulike melanom (føflekkreft) cellelinjer. Cellene, kalt MM1 og MM5, er etablert fra pasientvev og er godt karakterisert med hensyn på vekstmønstre og terapirespons. Begge er for eksempel sensitive for den muterte BRAF inhibitoren Vemurafenib, men i ulik grad. I modellforsøk har vi dyrket cellelinjene i nærvær av hverandres eksosomer for å se om eksosomene alene evner å endre fenotypiske trekk ved den andre cellelinjen. Og det observerer vi at skjer. Når den terapiresistente cellelinjen MM1 dyrkes i vekstmedie tilsatt eksosomer fra den mer terapisensitive cellelinjen MM5 øker cellenes respons på Vemurafenib, de blir altså mer sensitive. Den motsatte effekten er også tilstede; de terapisensitive MM5 cellene blir mer resistente etter 3 uker med kontinuerlig tilførsel av MM1 eksosomer i mediet. For å forsøke å forstå mekanismene bak disse endringene, og for å kartlegge melanom-deriverte eksosomer med tanke på mulige biomarkører for anvendelse i pasientprøver, har vi profilert proteininnholdet i eksosomer, cellelinjer og eksosombehandlede cellelinjer ved hjelp av massespektrometri. Vi observerer at innholdet av proteiner i celler og deres eksosomer ikke er likt fordelt. Dette tyder på at eksosomene ikke er tilfeldig lastet, men at det foregår en slags sortering før proteinene skilles ut i vesikler. Vi finner også flere modifikasjoner (kløyving, glykosylering) i proteiner isolert fra eksosomene, uten at de samme endringene kan påvises i proteiner fra cellene. Hvilken funksjonell betydning disse modifikasjonene kan ha er en problemstilling vi jobber videre med.
Parallellt har vi også isolert eksosomer fra plasmaprøver fra pasienter med føflekk- og tykktarmskreft, samt fra friske kontrollpersoner. Vi undersøker proteininnholdet i disse prøvene ved hjelp av massespektrometri, for å se om noen av markørene vi har funnet i cellelinjene kan detekteres i plasma. Målet her er å finne gode markørere som kan skille mellom syke og friske.
En stor utfordring ved å karakterisere proteiner i fra pasientderiverte eksosomer er at eksosomene er svært små og mengden protein blir tilsvarende liten. Vi har derfor anskaffet et instrument som muliggjør analyser av små mengder protein. Dette er nyttig når vi nå skal bevege oss fra analyser av cellelinjer til pasientmateriale. Simple western teknologien benytter samme prinsipp som tradisjonelle western blot, men analysen gjøres i tynne glasskapillærere, og ikke på store geler og filtre. Det krever mindre materiale, både av prøvemateriale og antistoff.
Vi har i løpet av året etablert et samarbeid med en dansk gruppe som har utviklet en metode for å karakterisere eksosmale proteinmarkerer direkte fra plasma (EV-array, Malene Jørgensen). EV-arrayet benytter antistoffer festet på små glassplater for raskt å fange vesikler som finnes i en plasmaprøve. Vesiklene som uttrykker proteinene antistoffene gjenkjenner vil binde seg til glassplaten. Derfra kan de registreres og og kvantifiseres. Den danske gruppen har i løpet av året analysert plasma fra 100 pasienter med lokalavansert colorectal cancer (LARC studien), og fra de samme 100 prøvene har vi isolert exosomer og laget proteinlysat. Resultatene fra Danmark skal vi forsøke å validere med andre antistoff baserte teknikker (Simple Western) og målet er å identifisere mulige biomarkører for colorectal kreft.
Eksosomer er små vesikler som produseres av alle typer celler, både friske og syke. De er tilstede i biologiske væsker som blod, spytt, urin, morsmelk og kultivert medium. Eksosomer inneholder biologisk aktive molekyler, og dette innholdet kan de overføre til andre celler. Eksosomene representerer derfor en avansert kommunikasjonsform mellom celler.I de senere år er det avdekket at eksosomer som skilles ut fra kreftceller spiller en viktig rolle i kreftutvikling, både i forhold til vekst av primærtumor, etablering av metastaser og utvikling av terapiresistens. Eksosomene gjør dette ved å overføre noen av kreftcellenes egenskaper til andre kreftceller, til normale celler rundt tumor, eller ved å stimulere proteiner i ekstracellulær matriks. Det er derfor en økende interesse for den kliniske anvendelsen av eksosomer, og det antas at eksosomene vil få betydning som prognostiske og diagnostiske biomarkører, og for valg av terapi. Proteiner og nukleinsyrer (mRNA, mikroRNA, DNA) er vanlige bestanddeler i eksosomer og har evnen til å påvirke andre cellers fenotype. Det er vist at visse proteiner og mikroRNA er unike for kreftcelle-eksosomer og ikke påviselige hos friske personer. Økt kunnskap om protein- og nukleinsyreinnholdet i tumor-deriverte eksosomer vil kunne bidra til å stille raskere og riktigere diagnose, angi prognose og monitorere respons på behandling. For å øke vår forståelse for eksosomers rolle i kreftutviklingen har vi undersøkt eksosomer som skilles ut fra to ulike melanom (føflekkreft) cellelinjer. Cellene, kalt MM1 og MM5, er etablert fra pasientvev og er godt karakterisert med hensyn på vekstmønstre og terapirespons. Begge er for eksempel sensitive for den muterte BRAF inhibitoren Vemurafenib, men i ulik grad. I modellforsøk har vi dyrket cellelinjene i nærvær av hverandres eksosomer for å se om eksosomene alene evner å endre fenotypiske trekk ved den andre cellelinjen. Og det observerer vi at skjer. Når den terapiresistente cellelinjen MM1 dyrkes i vekstmedie tilsatt eksosomer fra den mer terapisensitive cellelinjen MM5 øker cellenes respons på Vemurafenib, de blir altså mer sensitive. Den motsatte effekten er også tilstede; de terapisensitive MM5 cellene blir mer resistente etter 3 uker med kontinuerlig tilførsel av MM1 eksosomer i mediet. For å forsøke å forstå mekanismene bak disse endringene, og for å kartlegge melanom-deriverte eksosomer med tanke på mulige biomarkører for anvendelse i pasientprøver, har vi profilert proteininnholdet i eksosomer, cellelinjer og eksosombehandlede cellelinjer ved hjelp av massespektrometri. Vi observerer at innholdet av proteiner i celler og deres eksosomer ikke er likt fordelt. Dette tyder på at eksosomene ikke er tilfeldig lastet, men at det foregår en slags sortering før proteinene skilles ut i vesikler. Vi finner også modifikasjoner (kløyving, glykosylering) i proteiner isolert fra eksosomene, uten at de samme endringene kan påvises i proteiner fra cellene. Hvilken funksjonell betydning disse modifikasjonene kan ha er en problemstilling vi jobber videre med. Vi observerer videre at celler dyrket i nærvær av eksosomer får endret proteinprofil. Enkelte proteiner øker, kanskje grunnet direkte overførsel fra eksosomene, mens andre reduseres eller forsvinner, noe som kan skyldes endret genregulering i respons til eksosompåvirkningen. I labforsøk med eksosomer og celler observerer vi at eksosomer raskt fusjonerer med cellemembraner og blir tatt opp av celler.
Parallellt har vi også isolert eksosomer fra plasmaprøver fra pasienter med føflekk- og tykktarsmskreft, samt fra friske kontrollpersoner. Vi undersøker proteininnholdet i disse prøvene ved hjelp av massespektrometri, for å se om noen av markørene vi har funnet i cellelinjene kan detekteres i plasma. Målet her er å finne gode markørere som kan skille mellom syke og friske.
Eksosomer er små vesikler som produseres av alle typer celler, både friske og syke. De er tilstede i biologiske væsker som blod, spytt, urin, morsmelk og kultivert medium. Eksosomer inneholder proteiner og nukleinsyrer, og dette innholdet kan de overføre til andre celler. Eksosomene representerer derfor en avansert kommunikasjonsform mellom celler.I de senere år er det avdekket at eksosomer som skilles ut fra kreftceller spiller en viktig rolle i kreftutvikling, både i forhold til vekst av primærtumor, etablering av metastaser og utvikling av terapiresistens. Eksosomene gjør dette ved å overføre noen av kreftcellenes egenskaper til andre kreftceller, til normale celler rundt tumor, eller ved å stimulere proteiner i ekstracellulær matriks. Det er derfor en økende interesse for den kliniske anvendelsen av eksosomer, og det antas at eksosomene vil få betydning som prognostiske og diagnostiske biomarkører, og for valg av terapi. Proteiner og nukleinsyrer (mRNA, mikroRNA, DNA) er vanlige bestanddeler i eksosomer og har evnen til å påvirke andre cellers fenotype. Det er vist at visse proteiner og mikroRNA er unike for kreftcelle-eksosomer og ikke påviselige hos friske personer. Økt kunnskap om protein- og nukleinsyreinnholdet i tumor-deriverte eksosomer vil kunne bidra til å stille raskere og riktigere diagnose, angi prognose og monitorere respons på behandling.
For å øke vår forståelse for eksosomers rolle i kreftutviklingen har vi undersøkt eksosomer som skilles ut fra to ulike melanom (føflekkreft) cellelinjer. Cellene, kalt MM1 og MM5, er etablert fra pasientvev og er godt karakterisert med hensyn på vekstmønstre og terapirespons. Begge er for eksempel sensitive for den muterte BRAF inhibitoren Vemurafenib, men i ulik grad. I modellforsøk har vi dyrket cellelinjene i nærvær av hverandres eksosomer for å se om eksosomene alene evner å endre fenotypiske trekk ved den andre cellelinjen. Og det observerer vi at skjer. Når den terapiresistente cellelinjen MM1 dyrkes i vekstmedie tilsatt eksosomer fra den mer terapisensitive cellelinjen MM5 øker cellenes respons på Vemurafenib, de blir altså mer sensitive. Den motsatte effekten er også tilstede; de terapisensitive MM5 cellene blir mer resistente etter 3 uker med kontinuerlig tilførsel av MM1 eksosomer i mediet. Vi har imidlertid ikke klart å måle noen klar endring i proliferasjonsrate eller evne til invasjon, selv om disse egenskapene også varierer for de to cellelinjene. Vi har også dyrket normale støtteceller, fibroblaster, i nærvær av eksosomer fra MM1 og MM5, og observerer at cellene endrer veksthastighet. Eksosomer fra den hurtig voksende cellelinjen MM5 får fibroblastene til å vokse fortere, mens eksosomer fra den mer langsomt voksende cellelinjen MM1 ikke har denne evnen.
For å forsøke å forstå mekanismene bak disse endringene, og for å kartlegge melanom-deriverte eksosomer med tanke på mulige biomarkører for anvendelse i pasientprøver, har vi profilert proteininnholdet i eksosomer, cellelinjer og eksosombehandlede cellelinjer ved hjelp av massespektrometri. Resultatene fra disse analysene er foreløpig ikke ferdigbehandlet. Vi observerer at alle proteiner som kan detekteres i eksosomene også finnes i opphavscellene, men innholdet er ikke likt fordelt. Dette tyder på at eksosomene ikke er tilfeldig lastet, men at det foregår en slags sortering før proteinene skilles ut i vesikler. Vi jobber videre med å analysere alle proteindata for å avdekke likheter og forskjeller mellom cellene, eksosomene og de ulike cellelinjene. Senere vil vi også inkluder prøver fra flere cellelinjer og fra friske kontrollpersoner, for å finne potensielle melanom-spesifikke markører som er tilstede på eksosomene.
Deltagere
- Birgit Øvstebø Engesæter Prosjektdeltaker
- Kjersti Flatmark Medveileder
- Siri Tveito Postdoktorstipendiat (finansiert av denne bevilgning)
- Gunhild Mælandsmo Forskningsgruppeleder
- Olav Engebråten Prosjektdeltaker
- Galina Pavlova Prosjektdeltaker
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til eRapport