Az activin jelátvitel szerepe kissejtes tüdőrákban
Title in English
The role of activin signaling in small cell lung cancer
Keywords in Hungarian
activin A, kissejtes tődőrák
Keywords in English
Activin A, small cell lung cancer
Discipline
Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)
60 %
Public health, health services, environmental and occupational medicine, epidemiology, medical ethics
(Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Ortelius classification: Oncology
Panel
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent
Dept. of Pathology and Experimental Cancer Research (Semmelweis University)
Participants
Bárány, Nándor Horváth-Rózsás, Anita Lang, György Lohinai, Zoltán Moldvay, Judit Tisza, Anna
Starting date
2017-12-01
Closing date
2021-11-30
Funding (in million HUF)
35.424
FTE (full time equivalent)
8.32
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 kissejtes tüdőrák (small cell lung cancer, SCLC) egy rendkívül agresszív - kb. az összes tüdőrákos eset 15%-áért felelős - daganat. Szemben a tüdőrákok másik fő csoportját képező ún. nem kissejtes tüdődaganatokkal, SCLC esetében egyelőre nem állnak rendelkezésre a betegek túlélését javító ún. molekulárisan célzott gyógyszerek. Bár az activin-ek több fontos sejtfunkció szabályozásában is szerepet játszó jelátvivő molekulák, SCLC-ban még nincsen e molekulacsaláddal kapcsolatban publikált adat. Munkacsoportunk előzetes eredményei ugyanakkor arra utalnak, hogy: 1./ humán SCLC sejtek activin-A (ActA) overexpressziója fokozza az egerek tüdejébe oltott SCLC daganatok lymphatikus terjedését 2./ a kissejtes tüdőrákos betegek vérében mérhető emelkedett ActA szintek fokozott szervi áttétképzéssel és rövidebb túléléssel párosulnak. Jelen pályázat segítségével szeretnénk kiterjeszteni munkacsoportunk ezen előzetes tanulmányait az ActA molekula SCLC-ben betöltött biológiai és klinikopatológiai szerepét részleteiben is elemző vizsgálatokká. Tervezzük tehát: 1./ további betegek vér- illetve daganatszövet mintáiban az ActA és/vagy activin receptor expressziók meghatározását és klinikopatológiai jellemzőkkel és túlélési adatokkal történő összevetését; 2./ genetikailag manipulált (ActA overexpresszáló/csendesített) SCLC sejtek felhasználásával az activin jelátvitel hatásának vizsgálatát a SCLC viselkedésére és terápiával szembeni érzékenységére/ellenállására különböző - a kutatási tervben részletesen is ismertetett - in vitro vizsgálatokban, illetve egerek tüdejébe orthotopikusan oltott humán SCLC xenograft daganatokban.
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. Számos daganattípusban leírták már az ActA jelátvitel szabályozási zavarait. Legfontosabb feltételezésünk tehát, hogy az activin jelátvitelnek kissejtes tüdőrákban is fontos - a daganatos progressziót elősegítő - funkciója van. Jelen pályázat segítségével részleteiben tervezzük tisztázni az activin jelátviteli rendszer prognosztikus, diagnosztikus és terápiás jelentőségét humán kissejtes tüdőrákban.
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 nem kissejtes tüdőrákoktól mind biológiailag, mind klinikopatológiailag eltérő SCLC az összes tüdőrákos eset 15%-áért felelős. Mivel SCLC esetében jelenleg nem áll rendelkezésre hatékony terápiás eljárás, a daganattípussal kapcsolatos további kutatómunka szükséges. Bár más daganatok esetében ismertek az activin jelátviteli rendszer szabályozási zavarai és a daganatos progressziót elősegítő funkciói, SCLC-ban még nincsen ezekre vonatkozó adat. Vizsgálataink nem csak az activin rendszer tagjainak biomarker funkcióját fedhetik fel SCLC-ban, de igazolhatják munkahipotézisünket, azaz, hogy az activin jelátvitel kissejtes tüdőrákban is fontos - a daganatos progressziót elősegítő - funkcióval bír. Ez utóbbi feltételezés igazolása klinikailag is jelentős, a betegség jelenleg rendkívül rossz prognózisát javítani képes, terápiák fejlesztéséhez vezethet.
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 kissejtes tüdőrák egy agresszív - korán áttéteket képző és a kemoterápiára adott kezdeti válasz után gyorsan újra növekedésnek induló - daganat. Az activin-ek több fontos sejtfunkció szabályozásában is szerepet játszó jelátvivő molekulák. Előzetes vizsgálataink alapján a kissejtes tüdőrákos betegek vérében mérhető emelkedett activin-A (ActA) szintek fokozott szervi áttétképzéssel és a betegek rövidebb túlélésével párosulnak. Szintén fontos - a jelen projektet megalapozó - előzetes megállapításunk, hogy kísérleti egerekben az ActA fokozza a kissejtes tüdődaganatok nyirokereken át történő terjedését. Tervezett munkánk során szeretnénk jellemezni az ActA SCLC-ben betöltött biológiai szerepét, illetve megismerni a molekulával kapcsolatos, a diagnosztikában vagy a kezelések során potenciálisan alkalmazható lehetőségeket.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Small cell lung cancer (SCLC; comprising approx. 15% of all lung cancers) is an aggressive tumor characterized by rapid growth and early metastatization. In contrast to the other main lung cancer category (non-SCLC), unfortunately, targeted anticancer drugs have all been unsuccessful in providing a survival advantage in SCLC. Activins are signaling molecules which regulate a number of important cell functions. An involvement of activin signaling in SCLC has to date not been documented. Preliminary observations from our collaborative group, however, suggest that 1./ transfection of human SCLC cells with activin-A (ActA) expression constructs results in an increase in lymphatic metastasis in mice bearing orthotopically growing human SCLC xenografts and 2./ that high circulating ActA levels of SCLC patients correlate with metastasis and shortened survival time. Here, we intend to expand these pilot studies of our group to better understand the biological and clinicopathological functions of ActA in SCLC. To this end, ActA and activin receptor expressions will be further evaluated in the blood and/or tumor tissue of SCLC patients and correlated to clinicopathological parameters and disease outcome. The influence of activin signaling on SCLC behavior and therapy sensitivity/resistance will also be in-depth investigated in appropriate in vitro models of human SCLC as well as in human SCLC xenografts growing orthotopically in mice. These approaches will utilize genetically manipulated (i.e. ActA overexpressing or silenced) SCLC cells. The results of this study may establish ActA as a marker or molecular target for improving the therapy of this devastating malignancy.
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. ActA signaling has been shown to be dysregulated in different tumor types. Accordingly, and based on our preliminary results, our central hypothesis is that the ActA machinery has a significant pro-tumorigenic function also in human SCLC. Here, we propose to fully explore the prognostic, diagnostic and/or therapeutic potential of the activin system in human SCLC.
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. SCLC, an aggressive lung tumor with biological and clinicopathological features distinct from those of non-SCLC, accounts for approx. 15% of all lung cancers. Because SCLC remains a frustrating tumor type to treat, further investment in its research is warranted. Although the deregulation and pro-tumor potential of activin signaling was described in various malignancies, the role of this molecular machinery in SCLC has not been investigated. In the proposed studies, we may identify molecular members of activin signaling as novel biomarker(s) of human SCLC. More importantly, the demonstration of a significant pro-tumorigenic potential of ActA in SCLC would be especially intriguing, as targeting such effects in the clinical setting could potentially offer therapeutic benefits to patients with this devastating disease.
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. Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive lung tumor prone to metastasize and with frequent relapse after initial response to chemotherapy. Activins are signaling molecules which regulate a number of important cell functions. Preliminary results from our collaborative group suggested that high activin A (ActA) levels in the blood of SCLC patients correlate with metastasis and shortened survival time. In our pilot studies, we also found that activin A (ActA) overexpression promotes lymphatic spread of human SCLC cells in mice. In the current project, we plan to investigate the exact biological role of ActA in the malignant behavior of human SCLC and, moreover, to determine the diagnostic and/or therapeutic significance of ActA in this aggressive lung tumor.
Final report
Results in Hungarian
Klinikai vizsgálataink során kimutattuk, hogy SCLC-ben szenvedő betegek vérplazmájában szignifikánsan magasabb ActA szint figyelhető meg, továbbá bebizonyítottuk, hogy az ActA egy független negatív prognosztikus tényező ebben a betegségben.
Az ActA expresszióját 28 humán SCLC sejtvonalban vizsgálva, mindössze 7 sejtvonal termelt ActA fehérjét, azonban minden sejt kifejezte a jelátviteli útvonalhoz szükséges receptorokat (qPCR).
Az eredményeink alapján a keringő ActA valószínűleg nem a tumorból származik, ugyanis immunfestéssel és in situ hibridizációval sem tudtuk kimutatni humán FFPE mintákon az ActA-t.
Az ActA transzfektált sejtvonalak eltérő növekedési dinamikát mutattak in vivo. A GLC4-ActA xenograft hamarabb eredt meg (tapintható tumor), míg a Crl-2066-ActA megeredése késleltetett volt a kontroll sejtvonalakhoz képest SCID egerekben. Bár ez a különbség a tumorok megeredésében eltűnt NSG egérben (NK sejt hiányos) a GLC4 esetén, a Crl-2066-ActA tumorok ebben az esetben is később jelentek meg a kontroll tumorokhoz képest. Immunohisztokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy a Crl-2066-ActA tumorsejtek által létrehozott tumorokat sokkal nagyobb számban infiltrálták NK sejtek és M1 makrofágok a tumornövekedés korai fázisában, ami az élő tumorsejtek számának gyors csökkenésében mutatkozott meg.
A proteomikai analízis alapján az ActA transzfektált Crl-2066 sejtvonal olyan citokineket termel, melyeknek szerepe lehet a tumor-ellenes immunválasz kialakulásában.
Results in English
Patients with SCLC tumors showed significantly higher circulating plasma ActA which was an independent negative prognostic factor in this disease.
When ActA expression was investigated in 28 human SCLC cell lines by qPCR and ELISA, no statistical difference in ActA expression was detected between SCLC subtypes. Only seven cell lines expressed ActA at protein level. All cell lines had intact signal transduction pathway for ActA measured by qPCR (receptors) and Western blot (pSmad2/3). Our results suggested that the source of circulating ActA might not the tumor tissue, since we failed to detect ActA on human tissue samples.
ActA transfected cell lines from different subtypes showed different growth dynamics in vivo. GLC4-ActA xenografts grew out earlier whilst Crl-2066-ActA grew out later in SCID mice compared to their controls. However, control and transfected GLC4 cells showed similar growth rate when inoculated into NSG mice lacking NK cells. Crl-2066-ActA xenografts still showed a growth delay compared to controls in NSG mice. Immunohistochemical analysis of NK-cells and M1 macrophages revealed that high number of these cells infiltrated Crl-2066-ActA xenografts in the very early phase of tumor development which led to a drastically reduced living tumor cell count. Proteomic analysis demonstrated that ActA overexpressing cells secreted cytokines which have role in anti-tumorigenic immune response.
Bugyik E, Szabo V, Dezso K, Rokusz A, Szucs A, Nagy P, Tovari J, Laszlo V, Dome B, Paku S: Role of (myo)fibroblasts in the development of vascular and connective tissue structure of the C38 colorectal cancer in mice, CANCER COMMUNICATIONS 38: (1) p. 46., 2018
Nandor Barany, Anita Rozsas, Zsolt Megyesfalvi, Michael Grusch, Balazs Hegedus, Christian Lang, Kristiina Boettiger, Anna Schwendenwein, Anna Tisza, Ferenc Renyi-Vamos, Karin Schelch, Konrad Hoetzenecker, Mir Alireza Hoda, Sandor Paku, Viktoria Laszlo, Balazs Dome: Clinical relevance of circulating activin A and follistatin in small cell lung cancer, Lung Cancer, 2021
