PROTEOMIC, GENOMIC AND FUNCTIONAL ANALYSIS OF THERAPY-RESISTANCE IN PROSTATE CANCER TO FACILITATE TREATMENT DECISIONS  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
124431
Type FK
Principal investigator Szarvas, Tibor Gábor
Title in Hungarian A PROSZTATARÁK TERÁPIA REZISZTENCIÁJÁNAK PROTEOMIKAI, GENOMIKAI ÉS FUNKCIONÁLIS VIZSGÁLATA A TERÁPIÁS DÖNTÉSEK OPTIMALIZÁLÁSA CÉLJÁBÓL
Title in English PROTEOMIC, GENOMIC AND FUNCTIONAL ANALYSIS OF THERAPY-RESISTANCE IN PROSTATE CANCER TO FACILITATE TREATMENT DECISIONS
Keywords in Hungarian prosztatarák, kasztráció rezisztencia, rezisztencia, docetaxel, enzalutamide, abiraterone, szérum, sejtkutúra
Keywords in English prostate cancer, castration resistance, resistance, docetaxel, enzalutamide, abiraterone, serum, cell culture
Discipline
Nephrology, urology (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Ortelius classification: Nephrology, urology
Cancer and its biological basis (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Clinical pharmacology, gene therapy, cell therapy, regenerative medicine (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Dept. of Urology (Semmelweis University)
Starting date 2017-10-01
Closing date 2021-03-31
Funding (in million HUF) 29.994
FTE (full time equivalent) 2.19
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A prosztatarák azon eseteit tekintjük kasztráció-rezisztensnek, melyek kasztrációs tesztoszteron szint ellenére biokémiai (PSA) vagy radiológiai progressziót mutatnak. 2004 óta a docetexel (DOC) kemoterápia jelenti az elsővonalbeli kezelést kasztráció-rezisztens prosztatarákban (KRPR). A KRPR DOC iránti érzékenysége nagy egyéni különbségeket mutat. Az elmúlt években a KRPR szisztémás kezelési lehetőségei új, különböző támadáspontú szerek megjelenésével, jelentősen bővültek. Az abiraterone (ABI) és enzalutamide (ENZA) KRPR-ban mind első, mind másodvonalban alkalmazva szignifikánsan javította a túlélést és az életminőséget. Sajnos azonban e kezelésekkel kapcsolatban is gyakran figyelhető meg rezisztencia. A rendelkezésre álló kezelések optimális megválasztása heves vita tárgyát képezi. Ezért nagy szükség van a DOC, ABI és ENZA-kezelések elleni rezisztenciájáért felelős mechanizmusok molekuláris hátterének mélyebb megismerésére. Tervezett kutatásunkban e három kezelés ellen rezisztenssé tett és parentális prosztatarákos sejtvonal párok összehasonlító proteomikai és genomikai vizsgálatát végezzük el, melynek segítségével a terápiarezisztenciában szerepet játszó fehérjék és mutációk azonosíthatók. Ehhez folyadékkromatográfiával kapcsolt tandem tömegspektroszkópiás (LC-MS/MS) módszert valamint teljes exom-szekvenálást alkalmazunk. Az így azonosított fehérjéket DOC, ABI és ENZA-kezelt betegek szérum mintáiban ELISA módszerrel mérjük és a betegkövetési adatokkal összevetve meghatározzuk az adott kezelésre vonatkozó prediktív értékeit. A kiválasztott fehérjék rezisztenciában betöltött szerepének meghatározása céljából azok expresszióját siRNS technika segítségével manipuláljuk.

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.
A kasztráció-rezisztens prosztatarák (KRPR) kezelésében az elmúlt években a docetaxel (DOC) mellett olyan új hatékony szerek jelentek meg, mint az abiraterone (ABI) és enzalutamide (ENZA). Mindhárom kezelés esetén megfigyelhető mind a kezdeti, mind pedig az adott szer alkalmazás során kialakuló rezisztencia. E rezisztencia molekuláris alapjainak jellemzésére átfogó genomikai és proteomikai vizsgálatot tervezünk, melynek segítségével nem csak prediktív jelzőmolekulákat azonosíthatunk, hanem a rezisztencia kialakulásának molekuláris folyamatába is bepillantást nyerhetünk. Tervezett kutatásunkban a DOC, ABI és ENZA kezelésekre rezisztenssé tett és arra érzékeny sejtvonalpárok genomikai és proteomikai összehasonlítását tervezzük. Az így azonosított fehérjék szérumszintjeinek prediktív értékét ezután olyan betegek mintáiban határozzuk meg, akik az adott DOC, ABI vagy ENZA kezelésben részesültek. Ezen kívül a legígéretesebb fehérjéket funkcionális analízisnek is alávetjük. Azon mutációk vizsgálatára, melyek jellemzően a rezisztens sejtekben fordulnak elő új generációs szekvenáló panelt állítunk össze. Kutatásunk legfőbb célja tehát a terápia rezisztencia molekuláris és funkcionális hátterének megértése és ezáltal az adott beteg számára legmegfelelőbb terápia megválasztása.

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 kasztráció-rezisztens prosztatarák kezelésében az elmúlt években bekövetkezett robbanásszerű fejlődés olyan új hatékony gyógyszerek (abiraterone és enzalutamide) megjelenését eredményezte, melyek valós alternatívát kínálnak a docetaxel kemoterápiával szemben. Ez egyben fontos lépést jelent a személyre szabott terápia régen áhított céljának elérése felé. Megbízható molekuláris markerek hiányában azonban mind a gyógyszer kiválasztása, mind pedig annak adagolása bizonytalan. A tervezett kutatás új prognosztikus és prediktív markerek azonosításán keresztül segítséget nyújthat a beteg számára legkedvezőbb terápia kiválasztásához. Vizsgálataink elvezethetnek eddig ismeretlen docetaxel, abiraterone és enzalutamide elleni rezisztencia mechanizmusok felismeréséhez, melyen keresztül akár újabb terápiás célpontok azonosíhatók lesznek. A terápiarezisztens sejtvonalak létrehozása hosszadalmas - akár egy évet is igénybe vevő - feladat, az abiraterone és enzalutamide pedig új készítmények. Ezért világszerte jelenleg csak néhány laboratórium rendelkezik abiraterone- és enzalutamide-rezisztens sejtvonalakkal, összehasonlító proteomikai és genomikai analízist pedig még egyikük sem végzett. Az elmúlt években a klinikánk által kezdeményezett és fenti kezelésekkel kapcsolatos szisztematikus minta- és adatgyűjtés következtében egyedülálló esélyünk nyílik e pályázatban kitűzött célok elérésre.

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 tervezett kutatás a férfiak körében egyik leggyakrabban előforduló rákos megbetegedés kezelésének optimalizálásához nyújthat fontos támpontokat. A prosztatarák által okozott legnagyobb veszélyt a tumor más szervekre történő átterjedése (áttétképződés) valamint a gyógyszeres terápia iránti rezisztencia kialakulása jelenti. A prosztatarák gyógyszeres kezelésében az elmúlt években végbement fejlődés eredményeképpen azonos stádiumú betegek számára egyszerre többféle, különböző hatásmechanizmusú szer (docetaxel, abiraterone, enzalutamide) is elérhető. Ezen új generációs gyógyszerek költségei olyannyira magasak, hogy az sok országban jelentősen korlátozza alkalmazásukat. A megfelelő szer kiválasztását segíthetik elő azok a tervezett kutatások, melyek a docetaxel kemoterápia elleni rezisztencia mechanizmusát vizsgálják nagy számú betegminta felhasználásával valamint prosztatarákos modellkísérletben. Ehhez teljes fehérje és genetikai vizsgálatot végzünk az adott kezelésre rezisztens és érzékeny prosztatarákos sejteken, aminek eredményeképpen nem csak e három terápia elleni rezisztencia kialakulásának folyamatába kaphatunk bepillantást, hanem új terápiás célpontokat is azonosíthatunk.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Castration-resistant prostate cancer (CRPC) is defined by either PSA or radiological progression, despite castrate levels of testosterone. Docetaxel (DOC) chemotherapy has been the standard treatment for CRPC since 2004. While CRPC is generally a DOC-sensitive disease, there is a large variability in its response due to interindividual differences in chemotherapy resistance. Unfortunately, even the initially docetaxel sensitive patients will develop resistance. In the last few years the therapeutic landscape of CRPC has been changed by the approval of various new treatments with different mechanisms of action. Abiraterone (ABI) and enzalutamide (ENZA) treatments were shown to significantly prolong survival and quality of life in both pre- and post-docetaxel setting. To date the evidence regarding the optimal treatment sequence is limited and represents a matter of intense debate. Therefore, more insight into the molecular background of resistance to DOC, ABI and ENZA is urgently needed. We aim to identify differently expressed proteins in DOC-, ENZA- and ABI-resistant and parental prostate cancer cells preforming proteome analysis using the liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) technique. These proteins will be analyzed for their predictive value in serum samples of DOC/ENZA/ABI-treated CPRC patients by ELISA. Functional analyses will be performed by manipulating the identified protein levels using the siRNA knockdown technique. In addition we will perform whole-exome sequencing in DOC-, ENZA- and ABI-resistant and parental cell lines in order to found genetic mutations potentially involved in treatment resistance.

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.
Currently, docetaxel (DOC), abiraterone (ABI) and enzalutamide (ENZA) represent alternative treatments for castration-resistant prostate cancer (CRPC). Baseline and acquired therapy resistance has been observed for all these therapies. Comprehensive proteomic and genomic characterization of the molecular basis of therapy resistance will identify predictive biomarkers and provide insight into the underlying mechanisms. Therefore, we will compare the protein expression and mutation pattern of DOC-, ABI- and ENZA-resistant and parental cell lines. Differently expressed proteins will be measured in serum samples of CRPC patients to assess their potential role in predicting resistance against DOC, ABI and ENZA. In addition, most promising proteins will be functionally analysed. Mutational patterns associated with resistance will be condensed in a NGS sequencing panel. Our overall goal is the molecular and functional characterization of resistance to DOC, ABI and ENZA in order to improve therapy decisions.

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.
Recent advances in the treatment of CRPC resulted in the development of next-generation therapies such as abiraterone (ABI) and enzalutamide (ENZA), providing reasonable options for those who are resistant to docetaxel (DOC). The proposed translational research project will identify predictive markers in order to optimize therapy decisions between DOC, ABI and ENZA and therefore may improve patient survival and quality of life in CRPC. In addition our comprehensive proteomic and genomic analyses hold the potential to reveal new resistance mechanisms and therefore may help to identify novel therapeutic targets in prostate cancer. Establishing therapy resistant cell lines is largely time-consuming and the ABI and ENZA therapies are new. Therefore, to date, only few laboratories do have access to abiraterone- and enzalutamide-resistant cell lines. None of them performed comprehensive proteomic and genomic analyses for the identification of resistance-specific proteomic and genomic patterns. In addition our large sample collection from patients treated with DOC, ABI or ENZA with detailed clinical and follow-up data provide us a unique potential to fulfil the goals of the proposed research.

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.
Our proposed research aims to provide new information for the optimization of therapy in one of the most frequent cancers in men. The most significant risk for prostate cancer patients is the metastatic dissemination and therapy-resistance. In the last few years, several new live-prolonging next-generation drugs with different mechanisms of action have become available for patients with progressed prostate cancer. The high costs of these new drugs largely limits their use further underlining the unmet need for their prediction in order to personalise patients management. Molecular markers are therefore urgently needed for guiding therapy. The proposed research aims to identify marker proteins in the blood circulation which can be used to identify the most effective therapy for a given patient. In addition, we will identify genetic mutations which may be involved in resistance against docetaxel, abiraterone and enzalutamide therapies. For this purpose we will perform a whole protein (proteomics) and mutation (genomics) analysis in therapy sensitive and resistant cell lines. Provided data will help to better understand the mechanisms involved in therapy-resistance and may identify new targets for therapy.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Jelen transzlációs kutatásunk során a metasztatikus prosztatarákban leggyakrabban használt szisztémás kezelésekre (docetaxel, abirateron, enzalutamid) érzékeny és rezisztens prosztatatrák sejtek összehasonlító protein (LC-MS/MS) és DNS (exom szekvenálás) szintű vizsgálatát végeztük el. Az így azonosított nagy számú fehérje közül több, mint 20 fehérje mennyiségi vizsgálatát végeztük el az adott terápiának alávetett betegek kezelés előtt és alatt vett szérum mintáiban. Ìgy a docetaxel esetében 5, az abirateron és az enzalutamid esetében pedig 3-3 olyan fehérjét találtunk, melyek az adott kezelésre adott terápiás válasz és túlélés független prognosztikai tényezőinek bizonyultak. In vitro vizsgálataink rámutattak, hogy a docetaxel esetében a CD44, míg az enzalutamid esetében az ALCAM funkcionális szerepet tölt be a rezisztencia kialakításában. Összehasonlító exom szekvenálási adataink nagy számú genetiakai eltérést (SNV/CNV) azonosítottak, melyek szerepet játszhatnak a fenti terápiákkal szembeni rezisztencia kialakításában. Amennyiben az itt azonosított eltérések a rezisztenciában történő funkcionális érintettsége későbbi vizsglatokban igazolódik, akkor az érintett gének jól kiegészíthetik azt a génpanelt, melyet a közelmúltban terveztünk a metasztatikus prosztatarák genetikai eltéréseinek rutinszerű vizsgálatára. Összeségében, eredményeink hozzájárulhatnak a metasztatikus prosztatarák kezelésének helyes megválasztásahoz, ezáltal javítva a kezelés hatékonyságát.
Results in English
In the present translational research, we comparatively assessed on the protein (LC-MS/MS) and DNA (whole exome sequencing) level prostate cancer cell lines that are resistant vs. sensitive to the three most commonly used first-line treatments (docetaxel, abiraterone and enzalutamide) in metastatic castration-resistant prostate cancer. From the large number of differentially expressed proteins we selected >20 proteins for quantitative determination in pre- and on-treatment serum samples of patients who underwent respective therapies. Using this approach, we identified proteins independently associated with response and survival under docetaxel- (n=5), abiraterone- (n=3) and enzalutamide-treated (n=3) mCRPC patients. Our in vitro analyses found CD44 and ALCAM to be functionally involved in docetaxel and enzalutamide resistance, respectively. Additionally, our comparative exome sequencing identified a large number of genetic alterations (SNVs, CNVs) potentially involved in resistance to the above three therapies. If their functional involvement could successfully be validated in subsequent analyses, these alterations may ideally supplement sequencing panels that we just developed for routine use for metastatic prostate cancer patients. Overall, our results will potentially contribute to the improvement of therapeutic decision-making regarding the type and timing of systemic treatment of metastatic castration-resistant prostate cancer.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=124431
Decision
Yes





 

List of publications

  
Tibor Szarvas, Sabina Sevcenco, Orsolya Módos, Dávid Keresztes, Péter Nyirády, Anita Csizmarik, Robin Ristl, Martin Puhr, Michèle J. Hoffmann, Christian Niedworok, Boris Hadaschik, Agnieszka Maj-Hes, Shahrokh F. Shariat, Gero Kramer: MMP-7, sFas and FasL serum levels for predicting docetaxel resistance and survival in castration-resistant prostate cancer, British Journal of Urology International, 2018
Szarvas Tibor, Csizmarik Anita, Szűcs Miklós, Nyirády Péter: A prosztatarák molekuláris altípusai és célzott terápiás kilátásai, Orvosi Hetilap, 2018
Dávid Keresztes, Thilo Bracht, Barbara Sitek, Martin Puhr, Orsolya Módos, Anita Csizmarik, Nikolett Nagy, Gero Kramer, Shahrokh Shariat, Péter Nyirády, Tibor Szarvas: Identification of predictive serum biomarkers for chemotherapy resistence in prostate cancer using mass spectrometric proteome analysis, http://phd.kmcongress.com/osszefoglalo/4459, 2018
Darr C, Krafft U, Hadaschik B, Tschirdewahn S, Sevcenco S, Csizmarik A, Nyirady P, Küronya Z, Reis H, Maj-Hes A, Shariat SF, Kramer G, Szarvas T.: The Role of YKL-40 in Predicting Resistance to Docetaxel Chemotherapy in Prostate Cancer, UROL INT 101(1):65-73. (2018), 2018
Szarvas T, Sevcenco S, Módos O, Nyirády P, Kubik A, Romics M, Kovalszky I, Reis H, Hadaschik B, Shariat SF, Kramer G.: Circulating syndecan-1 is associated with chemotherapy-resistance in castration-resistant prostate cancer, UROL ONCOL 36:312.e9-312.e15., 2018
Reis H, Szarvas T, Grünwald V: Predictive biomarkers in oncologic uropathology, Pathologe 40:264-275 (2019), 2019
Maj-Hes A, Sevcenco S, Szarvas T, Kramer G.: Claros System: A Rapid Microfluidics-Based Point-of-Care System for Quantitative Prostate Specific Antigen Analysis from Finger-Stick Blood., ADVANCES IN THERAPY 36(4):916-922 (2019), 2019
Küronya Z, Sükösd F, Varga L, Bíró K, Gyergyay F, Géczi L, Nagyiványi K, Jorgo K, Szarvas T, Kovács A, Varga Z, Kahán Z, Maráz A: ERG Expression and the Efficacy of Docetaxel Combined with Androgen Deprivation Therapy in Metastatic Hormone-Sensitive Prostate Cancer., UROL ONCOL accepted for publication (2019), 2019
D Keresztes, O Módos, M Szűcs, A Hüttl, A Csizmarik, N Nagy, V Kretz, T Bracht, B Sitek, K Witzke, M Puhr, S Sevcenko, G Kramer, S Shariat, P Nyirády, T Szarvas: Comparative proteome analysis identified NAMPT as a potential serum marker for the prediction of docetaxel-resistance in prostate cancer, European Urology Supplements, Volume 18, Issue 1, Page e482, 2019
Szarvas Tibor, Csizmarik Anita, Fazekas Tamás, Hüttl András, Nyirády Péter, Hadaschik Boris, Grünwald Viktor, Püllen Lukas, Jurányi Zsolt, Kocsis Zsuzsa, Shariat Shahrokh F, Sevcenco Sabina, Maj-Hes Agnieszka, Kramer Gero: Comprehensive analysis of serum chromogranin A and neuron-specific enolase levels in localized and castration-resistant prostate cancer., BJU INTERNATIONAL 127: (1) pp. 44-55., 2021
Szarvas T, Csizmarik A, Nagy N, Keresztes D, Váradi M, Küronya Z, Riesz P, Nyirády P: Molecular underpinnings of systemic treatment resistance in metastatic castration-resistant prostate cancer., Orvosi Hetilap, 2020
Szarvas T, Csizmarik A, Váradi M, Fazekas T, Hüttl A, Nyirády P, Hadaschik B, Grünwald V, Tschirdewahn S, Shariat SF, Sevcenco S, Maj-Hes A, Kramer G.: The prognostic value of serum MMP-7 levels in prostate cancer patients who received docetaxel, abiraterone, or enzalutamide therapy., Urologic Oncology, 2020
Csizmarik A, Hadaschik B, Kramer G, Nyirády P, Szarvas T.: Mechanisms and markers of resistance to androgen signaling inhibitors in patients with metastatic castration-resistant prostate cancer., Urologic Oncology, 2021
Nagy D, Fazekas T, Baghy K, Papp G, Csizmarik A, Szucs M, Nyirady P, Szarvas T: Efficacy of carboplatin chemotherapy in a BRCA2 mutation positive metastatic castration-resistant prostate cancer patient., Orvosi Hetilap, 2021



Back »