Effects of PI3K/AKT/mTOR and VEGFR pathway inhibitors on liver cancer stem cells and bioactivities of novel pyrazolic chalcone derivatives on liver cancer
PI3K/AKT/mTOR ve VEGFR sinyal yolakları inhibıtörlerin karaciğer kanseri kök hücreleri üzerindeki etkileri ve pirazolik kalkon türevlerinin karaciğer kanseri üzerindeki biyoaktiviteleri
- Tez No: 486743
- Danışmanlar: DOÇ. DR. IŞIK YULUĞ, PROF. RENGÜL ATALAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Moleküler Tıp, Biology, Molecular Medicine
- Anahtar Kelimeler: Hepatoselüler karsinom, PI3K/Akt/mTOR sinyal yolağı, Sorafenib, karaciğer kanseri kök hücresi, ilaç direnci, VEGFR2 TK inhibitörleri, quinoid, pirazolik kalkon türevleri, biyoaktivite, hücre döngüsü, apoptoz, Hepatocellular carcinoma, PI3K/Akt/mTOR, pathway, Sorafenib, liver cancer stem cells, drug resistance, VEGFR-TKI, quinoids, pyrazolic chalcone derivatives, bioactivity, cell cycle, apoptosis
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 193
Özet
Hepatoselüler karsinom (HSK) kansere bağlı ölüm nedenlerinde en ön sıralarda yer almaktadır. Dünyada meydana gelen kanser ölümleri arasında ikinci sırada yer almaktadır. Heterojen yapısı ve agresif davranışı sebebiyle, kemoterapötik ilaçlara ve FDA onaylı, çoğalma ve anjiyojenez yolaklarını hedef alan, multikinaz inhibitörü Sorafenib ve Regorafinibe karşı dirençlidir. Sorafenibe karşı gelişen direncin arkasında yer alan mekanizmalar, PI3K/Akt/Mtor, JAK/STAT gibi dengeleyici yolakların aktivasyonu, epitelyal mesenkimal geçiş (EMG), mikroçevre ve kanser kök hücrelerinin varlığı olarak açıklanmaktadır. Karaciğer kanser kök hücreleri (KKKH) hasara uğramış ve değişime uğramış hepatik öncü hücrelerden meydana gelmişlerdir ve bu hücreler kemoterapi direnci, tümörün nüksetmesi ve metastazı gibi olaylardan sorumludurlar. Bu sebeple, PI3K/Akt/mTOR yolağı inhibitörleri, Sorafenib ve DNA interkalatörlerinin KKKH üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu inhibitörler ile muamele edilmiş HSK hücre hatlarındaki CD133+/EpCAM+ popülasyonu akış sitometrisi ile analiz edilmiş, KKKH'lere karşı etkili olabilen inhibitörler Sorafenib ile kombinasyon deneylerindeki potansiyelleri belirlenmek üzere test edilmiştir. Sonuçlar göstermiştir ki, Sorafenib veya DNA interkalatörleri ile muamele edilen hücrelerde KKKH'leri zenginleşirken, Rapamisin (mTOR inhibitörü), LY294002 (PI3K inhibitörü) CD133+/EpCAM+ popülasyonu oranını düşürüp KKKH zenginleşmesine engel olmuştur. Kombinasyon çalışmaları ile hücrelerin öncelikle Rapamisin ile daha sonra ise Sorafenib ile muamele edilmeleri ile , hem KKKH oranının hem de küre oluşturma kapasitlerinin yalnızca Sorafenib ile muamele edilen hücrelere göre azaldığı gösterilmiştir. İnhibitörlerin hücrelerdeki gen ifade seviyelerinde sebep oldukları değişimleri anlamak için, Nanostring nCounter teknolojisinden faydalanarak, kanser yolaklarını regüle eden genlerin analizi yapılmıştır. Cytoscape Score Flow algoritması uygulaması ile gerçekleştirilen sistemik yolak analizi, kök hücreleşme ile ilgili genlerdeki ifade farklılıklarının belirlenmesine yardımcı olmuştur. Rapamisin veya DAPT (Notch yolağı inhibitörü) ile muamele sonrası kök hücrelerin regülasyonunda yer alan genlerin (Wnt ve Notch yolakları) ifadelerinin azaldığı gösterilmiş, fakat Sorafenib ile muamele sonucunda bu yolaklardaki genlerin ifadelerinde farklılıklar (örn. JAG1 geninde artış) gözlemlenmiştir. İlginç bir şekilde, IL-8 ifadesi Sorafenib ile muamele sonucu artış göstermiş, fakat DAPT veya Rapamisin ile muamele sonucu düşüş göstermiştir. IL-8 yolağının inhibe edilmesi, hem KKKH oranında hem de HSK hücrelerinin sfer oluşturma kapasitelerinde azalmaya sebep olmuştur. Bu da IL-8 yolağının KKKH'ların kök hücre özelliklerini koruyucu bir rölü olduğunu işaret ediyor olabilir. Bu sebeple, IL-8 sinyal yolağının bloke edilmesinin HSK terapisi için umut verici bir yaklaşım olduğu belirtilmiştir. Bu tezde ayrıca, VEGFR2 tirozin kinaz (TK) inhibitörlerinin ve quinoidlerin karaciğer kanseri hücreleri ile beraber KKKH'lerini de inhibe edebilme potansiyelleri ile ilgili çalışmalara odaklanılmıştır. Sorafenib gibi diger VEGFR TK inhibitörleri çoğu kanser çeşidinin tedavisi için yaygın olarak çalışılmaktadır. Fakat, daha önce de belirtildiği üzere, klinik çalışmalar anti-VEGF veya anti-VEGFR terapilerinin farklı kanser türlerinde hastalığı stabile edip daha sonra ilerlemesine sebep olduğu bulguları içermektedir. Son yıllarda anti-anjiyojenik ajanların tümörde hipoksi oluşturarak kanser kök hücre popülasyonunu arttırdığı gösterilmiştir. Buna karşılık olarak, quinoidlerin hipoksik ortama duyarlı ve seçici aktif bileşiklerdir. Bu sebeple, bu çalışmadaki temel amacımız, bu iki grup bileşiklerin HSK hücreleri üzerindeki biyoaktivitelerini belirlemek ve aynı zamanda KKKH'lerinin zenginleşmesi üzerindeki etkilerini analiz etmektir. Sonuçlar göstermiştir ki, VEGFR2 TK inhibitörleri quinoidlere göre çok daha düşük konsantrasyonlarda sitotoksik etkilerini göstermektedir. Buna rağmen, VEGFR2 TK inhibitörlerinin KKKH hücrelerini zenginleştirdiği, quinoidlerin bazılarının ise bu oranı azaltabildiği gösterilmiştir. Bu veriler ile, bir bileşiğin daha agresif bir kansere sebep olma potansiyelini tanımlayan ve“agresiflik faktörü”adı verilen yeni bir kavram ortaya konulmuştur. Tezin son bölümünde ise pirazolik kalkon türevlerinin HSK hücre hatları üzerindeki biyoaktiviteleri ve etki mekanizmaları araştırılmıştır. Kalkonlar ve pirazolik yapılar anti-kanser özellikleri ile bilinen bileşikleridir. Yeni sentezlenmiş 41 adet pirazolik kalkon türevleri ilk önce farklı kanser hücreleri üzerinde test edilmiş, ve aralarından IC50 değerlerine bağlı olarak seçim yapılarak, bileşiklerin etkileri HSK hücre paneli üzerinde test edilmiştir. Sonuçlar, 39, 42, 49 ve 52 bileşiklerinin 5 µM dan küçük konsantrasyonlarda anti-proliferatif etkilerini göstermesi ile en etkili türevler olduğunu göstermiştir. Hücre döngüsü ve hücre ölümü mekanizmalarının araştırılması ile 42 ve 52 bileşiklerinin G2/M fazında areste ve apoptotik hücre ölümüne sebep olduğu ortaya çıkmıştır. Buna ek olarak, bileşikler iler muamele sonucunda p21, CDK1 ve fosforile-CyclinB1 gibi hücre döngüsünde yer alan proteinlerin seviyelerinin azaldığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the leading causes of cancer-related mortality, such that it the second most frequent cause of cancer death worldwide. Due to its heterogeneous composition and aggressive behavior, it is resistant to conventional therapies and also Sorafenib and Regorafenib which are FDA-approved multikinase inhibitors targeting pathways involved in angiogenesis and proliferation. The mechanisms behind the acquired resistance to Sorafenib were described as activation of compensatory pathways such as PI3K/Akt/mTOR, JAK-STAT, epithelial to mesenchymal transition (EMT), microenvironment and presence of cancer stem cells. Liver cancer stem cells originate from damaged and transformed hepatic progenitor cells (HPCs) which are found responsible for chemo-resistance, tumor relapse, and metastasis. For this reason, the effects of PI3K/Akt/mTOR inhibitors, Sorafenib and DNA intercalators on the enrichment of LCSCs were investigated. CD133+/EpCAM+ population from HCC cells were analyzed by flow cytometry after treatment with inhibitors, and effective inhibitors against LCSCs were further tested for their potential combinatorial effects together with Sorafenib. It was shown that upon treatment with Sorafenib or DNA intercalators the LCSCs were enriched, whereas Rapamycin (mTOR inhibitor), LY294002 (PI3K inhibitor) were able to inhibit the enrichment of LCSCs and reduced the CD133+/EpCAM+ population ratio. Combination studies revealed that when cells are treated initially with Rapamycin and then with Sorafenib, both the LCSC ratio and the sphere formation capacity of cells were reduced compared to cells treated with Sorafenib alone. To understand the alterations in gene expression induced by the inhibitors, a large panel of genes involved in regulation of cancer pathways were analyzed using Nanostring nCounter Technology. Systematic pathway analysis using Cytoscape Score Flow algorithm application allowed us to identify differential response genes involved in stemness. It was shown that genes involved in regulation of stem cells (Wnt and Notch pathway) were downregulated upon treatment with Rapamycin and DAPT (Notch pathway inhibitor), yet Sorafenib treatment resulted in differential regulation of these pathways, where JAG1 gene was found to be up-regulated. Interestingly, IL-8 expression was upregulated dramatically upon treatment with Sorafenib, but downregulated upon DAPT or Rapamycin treatment. Inhibition of IL-8 signaling resulted in reduction in both LCSC ratio and sphere formation capacity of HCC cells, which could be indicating the role of IL-8 signaling in the conservation of stemness features of LCSCs. For this reason, blockade of IL-8 signaling was suggested to be a promising therapeutic approach for HCC. Another topic in this thesis focuses on the potential of VEGFR2 TKIs and quinoids to inhibit both liver cancer cells and liver cancer stem cells. VEGFR TKIs such as Sorafenib, are widely studied for the treatment of many cancers, yet as mentioned above, there are many clinical studies providing the evidence that anti-VEGF or anti-VEGFR therapies lead to stable disease, which is then followed by disease progression in different cancer types. In recent years it has also been shown that antiangiogenic agents are increasing cancer stem cell population via generation of tumor hypoxia. Quinoids, on the other hand, are compounds that are selectively active in hypoxic conditions. Thus, the main aim of this study was to evaluate the bioactivities of compounds from each group on liver cancer cells and also to analyze their effects on the enrichment of LCSCs. Our results have shown that VEGFR2 TKIs were cytotoxic at lower concentrations compared to quinoids. However, it was shown that VEGFR2 TKIs are more likely to enrich LCSC population whereas some of the quinoids were able to reduce this ratio. With this information, a new concept called“aggressiveness factor”, which defines the potential of a compound to cause more aggressive cancer, was introduced. In the last part of this thesis, bioactivities of pyrazolic chalcone derivatives on HCC cell lines and their mechanism of action were investigated. Chalcones and pyrazolic structures are well known for their anti-cancer activities. Newly synthesized pyrazolic chalcone derivatives were tested against different cancer cells, and selection based on the IC50 values of compounds was made to analyze their effect on a panel of HCC cells. Results have shown that, compounds 39, 42, 49 and 52 were the most effective derivatives which had anti-proliferative activities in less than 5 µM concentrations. Further investigation of cell cycle progression and cell death mechanisms have revealed that compounds 42 and 52 caused cell cycle arrest at the G2/M phase and induced apoptotic cell death. Also, levels of cell cycle proteins, p21, CDK1, and phospho-CyclinB1 were shown to decrease upon treatment with these compounds.
Benzer Tezler
- Systems biology approach for targeted therapy of liver cancer pi3k/akt/mtor pathway inhibitors: an ally or rival for sorafenib
Karaciğer kanseri tedavisine sistem biyolojisi yaklaşımı pı3k/akt/mtor sinyal yolağı inhibitörleri: sorafenib'e müttefik veya rakip
TÜLİN ERŞAHİN
Doktora
İngilizce
2014
Biyolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RENGÜL ÇETİN ATALAY
- Kukurbitasin D ve I'nın sorafenib ile kombinasyonunun hepatoselüler karsinoma hücre hattında RAS/RAF/MEK/ERK sinyal yolu aracılı apoptotik etkilerinin araştırılması
Investigation of Ras/Raf/MEK/ERK signaling-mediated apoptotic effects of combination of cucurbitacin D and i with sorafenib in hepatocellular carcinoma cell line
NURAY ÜREMİŞ
- CRİSPR/CAS9 ile FOXA1 geni knock-out edilen prostat kanseri hücrelerinde anti-kanserojen ajanların PI3K/AKT/MTOR sinyal yolağına etkileri
Effects of anticancer agents in PI3K/AKT/MTOR signalling pathway on prostate cancer cells that foxa1 gene knocked out via CRİSPR/CAS9
GÜLŞAH ALBAYRAK
Doktora
Türkçe
2017
Tıbbi BiyolojiGazi ÜniversitesiTıbbi Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ECE KONAÇ
- In vitro yaşa bağlı makula dejenerasyonu modelinde bevacizumab ve miRNa-184'ün anjiyogenez yolağında etkinliğinin karşılaştırılması ve AnjiyomiRNA-155'in biyomarker özelliğinin araştırılması
Comparison of the effectiveness of bevacizumab and miRNa-184 in the angiogenesis pathway of the in vitro age related macula degeneration model and the investigation of the biomarker feature of AngiomiRNA-155
MERVE ŞAMBEL AYKUTLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2020
Göz HastalıklarıTrakya ÜniversitesiGöz Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDE GÜÇLÜ
- Glioblastoma multiforme kanser kök hücrelerinde PI3K/AKT/mTOR dual inhibisyonu ve düşük yoğunluklu darbeli ultrason uygulamasının F-aktin ve otofaji özelinde araştırılması
An investigation of PI3K/AKT/mTOR dual inhibition and low intensity pulsed ultrasound application on F-actin and autophagy in glioblastoma multiforme cancer stem cells
IRMAK TUTAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Bilim ve TeknolojiEge ÜniversitesiKök Hücre Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL UYSAL