Targeting therapy resistance in prostate cancer

Terapiresistens i prostatakreft: hvem vil ikke respondere på behandlingen og hvordan hindrer vi resistensutvikling?Den vanligste behandlingsformen for menn med metastatisk prostatakreft innebærer i dag bruk av hormonbehandling enten i kombinasjon med eller etterfulgt av med androgenreseptor-målrettet terapi. All slik behandling medfører resistensutvikling, som sterkt bidrar til at prostatakreft er en ledende kreftspesifikk dødsårsak i den vestlige verden.Den veldokumenterte rollen til sympatiske nerver i utvikling og progresjon av prostatakreft har ført til et økende antall prekliniske og epidemiologiske studier. Signalering gjennom β-adrenerge reseptorer er vist å fremme metastasering, dannelse av blodkar og nevroendokrin differensiering, samt hemme apoptose, som alle representerer viktige mekanismer i kreft. I den siste perioden av Braadlands doktorgradsprosjekt, har en preklinisk studie og undersøkelse av genuttrykk i tumorvev fra pasienter gitt ny informasjon om rollen til β2-adrenerg reseptor (ADRB2) i prostatakreft. I august 2019 publiserte (Molecular Cancer Research) vi at høyt nivå av ADRB2 var nødvendig for at prostatakreftcellene utviklet nevroendokrin differensiering da de ble behandlet med androgendeprivasjon. Celler med lavt nivå av ADRB2 opprettholdt sine luminale karakteristika, som basert på vår tidligere studie kan knyttes opp mot disse cellenes evne til å motstå androgendeprivasjon gjennom å bedre opprettholde aktiv androgenreseptoraktivitet. I musemodeller utsatt for kastrasjon kunne vi vise at et høyt ADRB2-nivå var nødvendig for å få nevroendokrin differensiering, som er første steg mot utvikling av svært aggressiv og androgenreseptor-uavhengig nevroendokrin prostatakreft. I den tredje artikkelen vedlagt Braadlands doktoravhandling identifiserte vi retrospektivt 71 menn som var blitt radikaloperert for det man antok var lokalisert sykdom, men som senere ga opphav til avansert kreft som ble behandlet med hormonbehandling. Flertallet av pasientene ble behandlet med Casodex (anti-androgen) og/eller strålebehandling før de startet opp med hormonbehandling, mens et mindretall startet direkte opp med hormonbehandling da de fikk tilbakefall. Vi observerte vi at pasienter som ble behandlet med Casodex/stråling raskere fikk tilbakefall på hormonbehandling enn pasienter som ikke var behandlet med Casodex/stråling. Dette indikerer at Casodex/stråling induseres resistens mot hormonbehandling Foruten å innhente kliniske og patologiske data, analyserte vi genuttrykket i indextumor fra samtlige pasienter. I samsvar med våre tidligere funn, observerte vi at lavt ADRB2 nivå var assosiert med rask tilbakefall ved Casodexbehandling. Videre oppdaget vi at ADRB2 var en uavhengig markør for hvorvidt radikalopererte pasienter responderte på hormonbehandling når de fikk tilbakefall av sykdommen. ADRB2-uttrykket var positivt korrelert med uttrykk av målgener for androgenreseptor, og stimulering av ADRB2 induserte androgenreseptoraktiviteten i flere prostatakreftcellelinjemodeller. Dette samsvarer med at disse pasientene hadde en mindre aggressiv sykdom og følgelig var igjennom flere behandlingstyper, som induserte resistens mot hormonbehandling, før de startet hormonbehandling. Overordnet tyder funnene i doktorarbeidet på at ADRB2-nivået i hormonnaive prostatakreftsvulster er assosiert med behandlingsrespons, og kan derfor potensielt representere en prediktiv biomarkør. Prostatakreftceller med lavt ADRB2-nivå assosierer med utvikling av konvensjonell kastrasjonsresistent prostatakreft, mens celler med høyt ADRB2-nivå er mer tilbøyelige for å utvikle nevroendokrin differensiering som kan disponere for nevroendokrin prostatakreft. Studiene indikerer at hemming av sympatisk signalering via β2-adrenerg reseptor hos pasienter med høyt nivå av reseptoren, ved f.eks. beta-blokkere, kan hindre androgenreseptor-uavhengighet og dermed promotere fortsatt behandlingsrespons.

Targeting therapy resistance in prostate cancerTil tross for at de fleste menn med metastatisk prostatakreft har effekt av hormonbehandling og 2. generasjonsbehandling, er utvikling av behandlingsresistens fortsatt vanlig. Mekanismene bak resistensutvikling er mange og sammensatte, men de senere års økte forståelse kan bane vei for en bedre og mer persontilpasset behandling av disse pasientene.De siste årene har det vært et særlig økt fokus på det sympatiske nervesystemets rolle i kreftdannelse og progresjonen. Både prekliniske observasjoner samt epidemiologiske studier på prostatakreft har vist en sammenheng mellom katekolaminer sekretert fra bl.a. sympatiske nerver, katekolaminenes mål-reseptorer (ß-adrenerge reseptorer) og prostatakreft. ß2-adrenerg reseptor (ADRB2) er høyt uttrykt hos prostatakreftpasienter og cellelinjer, og våre studier har vist at ADRB2 er i stor grad nedregulert både hos pasienter, i dyremodeller, og i cellelinjer ved behandling med hormoner. Samtidig har vi sett at pasienter med lavt nivå av ß2-adrenerg reseptor (ADRB2) i tumor raskere utvikler kastrasjonsresistens etter oppstart av hormonbehandling. Hos om lag 25% av pasienter med progredierende, metastatisk prostatakreft som behandles med hormonbehandling med eller uten andregenerasjons androgenreseptor (AR) signalveihemmere sees det uttalt nevroendokrin differensiering (NED) etter utvikling av CRPC. Disse tumorene karakteriseres som nevroendokrin prostatakreft (NEPC), som er den mest dødelige typen av prostatakreft. Ettersom flere prostatakreftcellelinjer også responderer med å utvikle NED som følge av behandling, anses disse som gode modellsystemer for å studere utvikling av NEPC. Vi har tidligere studert LNCaP celler med eller uten genetisk nedregulering av ADRB2, og sett at celler med lavt ADRB2 nivå, i motsetning til celler med høyt ADRB2 nivå, i mindre grad utvikler NED, både i form av utvekst av neurites og uttrykk av nevroendokrinmarkører) ved hormonbehandling. Samtidig så vi at stimulering av ADRB2 førte til uttalt NED. I 2018 har vi støttet opp under våre tidligere observasjoner ved å vise at flere nevroendokrinmarkører er nedregulert i lav-ADRB2 celler, og at overuttrykk av ADRB2 fører til uttalt NED selv uten hormonbehandling. Flere analyser av offentlig tilgjengelige kliniske datasett har vist oss at ADRB2 er sterkt nedregulert i NEPC, og at reguleringsmekanismen er kompleks og ikke nødvendigvis avhengig av androgener. Vi har re-analysert en tidligere musestudie, og funnet ut at høy-ADRB2 tumorer implantert i mus responderte ved å utvikle mer uttalt NED ved kastrasjon enn lav-ADRB2 celler. Studien ble sendt til et fagfellevurdert tidsskrift, og er per nå i en revisjonsprosess. Studien planlegges å bli publisert på våren 2019. Videre i 2018 har vi ferdiggjort innhenting av kliniske data på 35 pasienter med metastatisk prostatakreft der vi har kunnet befeste grad av respons på hormonbehandling. Dette arbeidet har blitt gjort i samarbeid med urologene S. Sivanesan (OUS) og V. Berge (OUS). Genuttrykksanalyser fra pasientene har blitt koplet opp mot deres respons på behandlingen, og har vist i retrospekt at få markører var prognostiske. Til tross for dette, viste dataene at ADRB2 var blant de mest lovende genene (pasienter med høyt genuttrykk av ADRB2 hadde dårligere effekt av hormonbehandlingen). På våren 2019, skal NED-gensignaturer testes for hvorvidt de kan forutse behandlingsrespons i vårt datasett, ettersom NED er foreslått som en markør for behandlingsresistens. Vi planlegger å validere genuttrykksfunnene ved immunhistokjemisk analyse (våren 2019) med et ADRB2-antistoff i en valideringskohort bestående av paraffininnstøpt vev fra de ovennevnte 35 pasientene i tillegg til ytterligere 20 pasienter. Dette arbeidet skal sammenskrives til et innsendingsklart manuskript i løpet av Juli 2019.

Targeting Therapy Resistance in Prostate CancerMenn med metastatisk prostatakreft behandles vanligvis med hormonbehandling. Til tross for at de fleste pasientene har effekt av behandlingen, får nesten alle tilbakefall over tid med kastrasjonsresistent prostatakreft. Vi ønsker å forstå de molekylære mekanismene for resistensutvikling, og dermed åpne for å forbedre persontilpasset behandling.Vi har tidligere vist at prostatakreftpasienter med lavt nivå av ß2-adrenerg reseptor (ADRB2) i tumor raskere utvikler kastrasjonsresistens etter oppstart av hormonbehandling. Cellelinjestudier viste at prostatakreftceller med lavt ADRB2 nivå har lavere utskillelse av, og dermed bedre opprettholdelse av mannlige kjønnshormoner (androgener). Til sammen pekte dataene (publisert våren 2016, paper I) mot at bedre opprettholdelse av androgener kan forklare hvorfor menn med lavt nivå av ADRB2 i tumor raskere utvikler kastrasjonsresistens. Adrenerg signalering er tidligere vist å regulere syntesen av kolesterol og steroider, og vi har sett at LNCaP celler med lavt ADRB2 nivå har høyere kolesterolnivåer enn celler med høyt ADRB2 både i kultur og etter implantasjon i NSG mus. Vi hypotetiserte at lav-ADRB2 celler ville være mer sensitive for behandling mot kolesterolsyntese og steroidogenese. Vi fulgte opp disse observasjonene, og fant at dette ikke var tilfellet, men at det heller var den bedre opprettholdelsen av androgen som kunne forklare funnene. Genuttrykksanalyser av LNCaP celler med lavt og høyt ADBR2 nivå viste at en gruppe gener involvert i nevrondifferensiering var nedregulert i lav-ADRB2 celler. Gruppen vår har tidligere vist at stimulering av ADRB2 fører til utvekst av nevritter (axonogenese) og en såkalt nevroendokrin differensiering. Antallet nevroendokrine celler øker i pasienter som går på hormonbehandling, og mellom 13-25% av pasienter med kastrasjonsresistent prostatakreft er vist å ha utartert nevroendokrin differensiering. I denne studien har vi sett at celler med lavt ADRB2 nivå danner kortere nevritter enn høy-ADRB2 celler, og effekten av isoproterenol (en norepinephrin-analog som stimulerer ADRB2) faller bort i celler med lavt ADRB2 nivå. Funnene er klinisk relevante, ettersom funnene våre peker mot at pasienter med lavt ADRB2 nivå kan være mindre utsatt for nevroendokrin differensiering. Vi har også undersøkt de underliggende molekylære mekanismene bak nevrondifferensiering i vårt system. Funnene i denne studien er sammenskrevet i et manuskript som skal sendes til et vitenskapelig tidsskrift i løpet av Februar 2018 (paper II). På bakgrunn av funnene i paper II og tilgjengelig litteratur, hypotetiserer vi at nevrondifferensiering er en pådriver for kastrasjonsresistensutvikling. I samarbeid med urologer ved OUS, har vi igangsatt en studie der vi skal undersøke hvorvidt ADRB2 og flere forskjellige nevrondifferensieringsmarkører (IHC), samt proteinuttrykket (LC-MS/MS), kan predikere effekt av hormonbehandling. Vi skal analysere radikalprostatektomipreparater fra 45 pasienter, og retrospektivt undersøke sykdomsforløpet til pasientene frem til utvikling av kastrasjonsresistens. Ved siden av å gi svar på om ADRB2 er assosiert med nevrondifferensering og resistensutvikling, vil proteinanalysene kunne identifisere biomarkører for behandlingsrespons. Avslutningsvis er innervering av prostatakjertelen vist å være essensiell for utvikling og progresjon av prostatakreft. Videre, ettersom nevroendokrine celler er foreslått å kunne tiltrekke seg nerver (nevrogenese), ønsker vi å undersøke hvorvidt vi kan se mer innervering i tumorer med høyt ADRB2 nivå, samt forekomst av perinevral invasjon i vevssnittene. Arbeidet i paper III skal utgjøre et manuskript klart til innsending i løpet av høsten 2018.

Targeting therapy resistance in prostate cancerÅrlig diagnostiseres 5000 norske menn med prostatakreft. Det er idag mye fokus på overdiagnostiseringen og -behandlingen av denne pasientgruppen. Vår målsetningen i dette prosjektet er å forstå hvorfor noen utvikler resistens mot behandlingen, fordi dette er årsaken til at over 1000 menn årlig dør av sykdommen.Vi har vist at prostatakreftpasienter med lavt nivå av ß2-adrenerg reseptor (ADRB2) i tumor raskere utvikler kastrasjonsresistens etter oppstart av hormonbehandling. Vi gjorde funksjonelle forsøk med cellelinjer med hhv. lavt og høyt nivå av ADRB2, og fant at celler med lavt nivå innehar høyere nivåer av androgener. Proteinanalyser viste at en gruppe proteiner i familien UDP-glukuronosyltransferase 2B (UGT2B) var sterkt nedregulert i disse cellene. Disse proteinene er involvert i metabolisme og utdrivning av kjønnshormoner fra prostatacellene. Gjenopprettelse av ADRB2-nivået senket nivået av testosteron i lav-ADRB2 prostatakreftceller. Reduksjon av glukuronideringsaktiviteten i celler med høyt ADRB2 økte cellenes testosteronnivå. Til sammen pekte dataene mot at pasienter med lavt nivå av ADRB2 i tumor raskere utvikler behandlingsresistens på grunn av høyere steroidenivåer og dermed mindre effekt av hormonbehandling. Dette arbeidet ble publisert våren 2016. Som en oppfølging av dette prosjektet, kontakter vi ulike nasjonale og internasjonale studier/biobanker for å identifisere hvilke prøver som som er best egnet til å verifisere om lavt ADRB2-nivå er assosiert med høyt testosteronnivå og redusert glukuronideringsaktivitet hos menn med prostatakreft. Videre vil undersøke ADRB2-nivået kan predikere ADT-responsivitet ved diagnosetidspunktet ved å analysere diagnostiske biopsier. Adrenerg signalering er tidligere vist å regulere syntesen av kolesterol og steroider. Vi er derfor i gang med å undersøke om økt syntese av kolesterol- og mannlig kjønnshormoner bidrar til å øke testosteronnivå i kreftceller med lavt ADRB2-nivå (i tillegg til mekanismen beskrevet ovenfor). Vi har nylig observert at nivået av kolesterol, en sentral forløper til testosteron og andre mannlige kjønnshormoner, er forhøyet i celler med lavt nivå av ADRB2. Da vi implanterte disse prostatakreftcellene i NSG-mus så vi de samme effektene. Dersom kreftcellene benytter de forhøyede kolesterolnivåene til å produsere testosteron, kan behandling med statiner være et klinisk behandlingsalternativ for pasienter med lave nivåer av ADRB2 for å hindre egenproduksjon av testosteron. Vi behandler derfor nå cellene med statiner for å se om dette påvirker kreftcellenes nivå av mannlige kjønnshormoner. Vi har også upubliserte data som viser at lav-ADRB2 celler foretrekker glukose som primær næringskilde fremfor glutamin. Vi hypotetiserer at lav-ADRB2 celler er avhengige av glukose som næringskilde til steroidogenese, og undersøker dette ved å behandle celler med 2-deoksyglukose (en glykolysehemmer) og måle nivåene av androgener ved LC/MS i celleekstrakter. Denne studien vil vise hvorvidt lav-ADRB2 celler er mer sensitive til glykolysehemmere enn høy-ADRB2 celler, noe som kan utnyttes klinisk ved at pasienter med lavt nivå av ADRB2 i tumor kan tilbys drugs målrettet mot glykolyse.