Az EGFR-ellenes terápia hatásfokának befolyásolása a RAS-jelpálya modulációjának segítségével
Title in English
Influencing the efficacy of anti-EGFR therapy by modulating the RAS signaling pathway
Keywords in Hungarian
onkológia, célzott terápia, EGFR, jelátvitel
Keywords in English
oncology, target therapy, EGFR, signal transduction
Discipline
Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Ortelius classification: General pathology
Panel
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent
Dept. of Pathology (Semmelweis University)
Starting date
2013-12-01
Closing date
2016-11-30
Funding (in million HUF)
15.360
FTE (full time equivalent)
2.10
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az epidermális nökedési faktor receptor (EGFR) jelpálya antitestekkel, vagy kis molekulájú tirozin-kináz gátlókkal történő gátlása jelenleg a célzott molekuláris daganatellenes terápia érdeklődésének középpontjában áll. Mivel a leggyakoribb mutációk, például a KRAS, az NRAS vagy a BRAF hibái, a növekedési faktor jelpályát érintik, ezért ezen molekuláris eltérések alapvetően befolyásolhatják az EGFR-ellenes jelpálya hatásfokát, ráadásul maguk a genetikai hibák is beavatkozási lehetőséget teremthetnek újfajta gátlószerek alkalmazására. Ennek megfelelően a jelenség preklinikai modellben való szisztematikus tanulmányozása kiemelten fontos lehet mind a molekuláris patológia, mind az onkológia számára.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Jelen pályázat keretein belül tervezett munkánk során célunk az EGFR-jelpálya egyes elemeit (RAS, RAF) érintő mutációt tartalmazó humán kolorektális daganatos, tüdőrákos, és malignus melanómás sejtvonalakban az EGFR-ellenes kezelés kombinációs kezelés (prenilációgátló stratégia) segítségével történő optimalizálása. Emellett tesztelni tervezzük újonnan fejlesztett gátlószerek (kis molekulájú inhibitorokat tartalmazó könyvtár) mutáns KRAS-t hordozó sejtvonalakra való specificitását is. In vitro körülmények között mérjük a sejtek viabilitását, proliferációs, túlélési és migrációs készségét, valamint a signalizációs kaszkád egyes elemeinek, például a PI3K/Akt/mTOR és a RAF/MEK/ERK jelátviteli útvonal elemeinek aktivációját. In vitro eredményeink megerősítése céljából az EGFR-ellenes kezelés in vivo hatását állatkísérletes xenograft modellben tervezzük vizsgálni.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A tervezett vizsgálatsorozat kísérletes alapot teremthet a jelenleg alkalmazott EGFR-ellenes kezelés optimalizációjához a RAS jelátviteli útvonal célzásával. Ezenfelül lehetőséget teremt arra, hogy a pályázó posztdoktori alkalmazásán keresztül önálló molekuláris patológiai vizsgálatokat folytasson az Intézet keretein belül.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A rosszindulatú daganatok gyakorisága emelkedő tendenciát mutat, csak Magyarországon évente több mint harminc ezren halnak meg daganatos betegség következtében. Az elmúlt években paradigmaváltás történt az onkológiai gyakorlaton belül: az általános méreganyagok helyett olyan új szereket alkalmaznak, melyek a daganat speciális molekuláris hibáit célozzák. Az egyik gyakori molekuláris célpont az EGFR, melyet antitestekkel, vagy kis molekulájú tirozin-kináz gátlókkal lehet gátolni. Azonban a jelátvitel további elemei (pl. KRAS, NRAS és BRAF) gyakorta mutatnak olyan rendellenességet, mely alapvetően befolyásolhatja az EGFR-ellenes kezelés hatásfokát. Számos bizonyíték létezik például arra, hogy a KRAS-mutációt hordozó vastagbélrákos, vagy tüdőrákos (adenokarcinóma) betegek számára nem jelent előnyt EGFR-t gátló terápiás megközelítés. A tervezett munka során humán vastagbélrák, tüdőrák, és malignus melanóma sejtvonalakban kísérletes körülmények között rendszerezetten tanulmányozzuk az EGFR-jelpálya egyes elemeit érintő daganatkeltő mutációk esetén miként lehetne javítani az EGFR-ellenes terápia hatékonyságát, valamint célozzuk a KRAS jelpályát. Ezen preklinikai vizsgálat eredményei a jövőben hozzájárulhatnak az EGFR-ellenes eljárások hatékonyságának növeléséhez, valamint új lehetőségeket teremthet olyan esetekben, amikor jelen ajánlások szerint a nem kombinációban alkalmazott EGFR-gátló kezeléstől nem várható eredmény.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The inhibition of epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling by antibodies or by small molecule tyrosine kinase inhibitors is in the forefront of molecularly targeted anticancer therapy. Since a number of the most common oncogenic mutations, such as mutations in KRAS, NRAS or BRAF are part of the growth factor receptor signaling cascade these mutations can profoundly alter the efficacy of such treatment modalities, moreover this alterations may yield targets for novel inhibitors. Accordingly the systematic preclinical study of this phenomenon is of major importance both in molecular pathology and in oncology.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. In the current proposal we plan to assess the and the alteration in the EGFR pathway signaling to anti-EGFR therapeutic agents and the biological response in combination with inhibitors of downstream effectors (prenylation inhibitors and direct inhibitors of RAS) using human colorectal and lung cancer as well as melanoma cell cultures that carry mutations in the RAS or RAF genes. The in vitro cell viability, proliferation, migration and apoptosis will be measured as well as the activation of the major downstream signaling cascades including the PI3K/Akt/mTOR and BRAF/MEK/ERK pathways. To demonstrate the in vivo relevance of our in vitro findings, the effects of anti-EGFR combinational therapy in xenograft models of human cancer will also be investigated.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The proposed study will provide an experimental setting for the optimization of anti-EGFR therapy through concurrent targeting of the RAS signaling pathway. Furthermore, it will provide the opportunity for the junior post-doctoral pathology fellow to establish an independent translational molecular pathology research platform within the Department.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The incidence of cancer is constantly rising, in Hungary alone more than thirty thousand patients succumb to malignant disease each year. Modern oncology shows a paradigm shift both in research and in clinical practice. Instead of general cytotoxic drugs, novel therapeutic agents are applied that target specific molecular alterations. One of the most frequently targeted molecules is the receptor of the epidermal growth factor that can be inhibited either by antibodies or by small molecule tyrosine kinase inhibitors. Importantly, a number of oncogenic mutations affect the downstream effectors of the EGFR (e.g. KRAS, NRAS, and BRAF) that can profoundly interfere with the efficiency of the anti-EGFR therapy. There is abundant evidence for instance that KRAS mutation carrying colorectal cancer or human lung cancer (adenocarcinoma) patients do not benefit from this treatment. In our proposed project, we provide a systematic preclinical study for increasing the efficacy of anti-EGFR therapy, and test inhibitors of the RAS signaling pathway (the most frequent alteration that attenuates anti-EGFR treatment) in human colorectal and lung cancer as well as in human melanoma. The results of this work will provide preclinical data to improve the efficiency of anti-EGFR treatments. Furthermore it may identify new approaches in the treatment of cancer patients who are not expected to benefit from single-agent anti-EGFR therapy.
Final report
Results in Hungarian
A project során tisztáztuk az epidermális növekedési factor receptor (EGFR) biológiai szerepét ismert genetikai hátterű humán colorectalis, tüdő adenocarcinoma és malignus melanoma sejtvonalakon.
Bizonyítottuk, hogy a BRAF-mutáns melanómasejtek érzékenyen reagálnak az EGFR tirozin-kináz (TKI) kezelésre, míg az NRAS-mutáns és a vad NRAS-BRAF-fal rendelkező vonalak relatív rezisztenciát mutattak. Az EGFR-TKI-stratégia erősítette a vemurafenib hatását.
Megvizsgáltuk a prenilatió-gátló stratégia (zoledronsav) migrációra kifejtett hatását ismert BRAF-, NRAS- és PTEN-státuszú 13 humán melanómavonalon.
Nem kissejtes tüdőrákvonalakon vad típusú KRAS mellett a sejtproliferációt a zoledronsav gátolta, míg a mutáns vonalak rezisztensnek bizonyultak. Ezzel szemben a kezelés migrációt KRAS-státusztól függetlenül gátolta.
A colorectális panellünk alapján vad típusú KRAS-BRAF kivételével minden vonalunknál sikeres volt az EGFR-TKI-kezelés. A hatást kombinációs zoledronsav segítségével fokozni tudtuk.
Szájrákos humán daganatmintákon analizáltuk a p16 expresszióját, és vetettük össze hagyományos klinikopatológiai paraméterekkel, illetve egyéb molekuláris markerekkel (p53, Ki67, EGFR). Megállapítottuk, hogy a hagyományos molekuláris magyar anyagokon nem alkalmazható.
Results in English
We clarified the potential biological role of epidermal growth factor receptor (EGFR) in human colorectal and lung adenocarcinoma as well as in human melanoma. We applied cell lines with different known molecular background.
We served a proof that BRAF-mutant melanoma cells proved to be sensitive against EGFR-specific tyrosine-kinase inhibitor (TKI) treatment, while NRAS-mutant and wild type NRAS-BRAF-expressing showed relative resistance. Moreover, EGFR-TKI-strategy could enhance the effect of vemurafenib.
We investigated the response to prenylation inhibition (zoledronic acid) in thirteen human melanoma cell lines with known BRAF, NRAS and PTEN mutational status.
We examined the potential role of prenylation inhibition in the treatment of non-small cell lung cancer (NSCLC): in proliferation cell lines with wild type KRAS proved to be sensitive, while KRAS-mutant cells were resistant. Nevertheless, zoledronic acid inhibited the migration of all cell line.
In our colorectal panel we tested the in vitro anti-proliferative effect of gefitinib: except one cell line with wild type KRAS-BRAF, significant inhibition was appeared. In combination, zoledronic acid increased the effect of gefitinib.
We analyzed the expression of p16 in 67 oral squamous cancers, and compared to routine clinicopathologic parameters and other molecular markers (p53, Ki67, EGFR). We concluded that traditional molecular categorization of HNSCC could not be completely adaptable to Hungarian samples.
Lohinai Z, Klikovits T, Moldvay J, Ostoros G, Raso E, Timar J, Fábián K, Kovalszky I, Kenessey I, Aigner C, Renyi-Vamos F, Klepetko W, Hegedus B, Dome B.: KRAS-mutation incidence and prognostic value are metastatic site-specific in lung adenocarcinoma: poor prognosis in patients with KRAS-mutation and bone metastasis., Scientific Reports, under publication, 2016
