Ca2+ signaling in BRAF mutant tumors: therapy resistance and drug combinations  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
91249
Type ANN
Principal investigator Enyedi, Ágnes
Title in Hungarian Ca2+ szignalizáció BRAF-mutáns daganatokban: terápia rezisztencia és gyógyszer kombinációk
Title in English Ca2+ signaling in BRAF mutant tumors: therapy resistance and drug combinations
Keywords in Hungarian Ca2+ szignál, Ca2+ ATPáz, BRAF, vastagbél daganat, melanóma, kombinált terápia
Keywords in English Ca2+ signaling, Ca2+ ATPase, BRAF, colorectal cancer, melanoma, combinational therapy
Discipline
Cell differentiation, physiology and dynamics (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: General pathology
Cancer and its biological basis (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Anticancer therapy
Panel Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent Országos Vérellátó Szolgálat (Hungarian National Blood Transfusion Service)
Participants Csókay, Katalin
Garay, Tamás Márton
Hegedus, Balázs
Padányi, Rita
Tímár, József
Starting date 2014-04-01
Closing date 2017-03-31
Funding (in million HUF) 1.257
FTE (full time equivalent) 3.90
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 BRAF mutáns inhibitorai alapjaiban változtatták meg a melanóma terápiáját. A BRAF mutáns melanómák között azonban egyesek eleve BRAF inhibitor rezisztensek, mások kezdetben reagálnak a terápiára, de a kezelés során rezisztenssé válnak. Miközben egyre több rezisztencia mechanizmus kerül azonosításra, a Ca2+ jelátvitel szerepét a rezisztenciában – ami a migráción keresztül a daganat progressziónak fontos szabályozója – még nem vizsgálták. Nem vizsgálták ezen kívül a BRAF gátlás hatásait más BRAF mutáns (pl. vastagbél) daganatokban sem. Előzetes eredményeink alapján a BRAF mutáns melanómák speciális plazmamembrán Ca2+ATP-áz (PMCA) expressziós mintázatot mutatnak, ami vemurafenib kezelés hatására megváltozik, módosítva ezzel a Ca2+ jelet is. Ezért vizsgáljuk a PMCA expressziót ismert BRAF mutációs státuszú melanóma és vastagbél tumorsejteken és szövetmintákon. Meghatározzuk a Ca2+ jeleket, a migrációs és proliferációs paramétereket is ezekben a daganatsejtekben. Vizsgáljuk a mutáns BRAF gátlása mellett a Ca2+ ki- és beáramlási útvonalakat megcélzó kombinációs terápiák hatásait a BRAF mutáns sejtek és daganatok növekedésére. Elemezzük klinikopatológiai jelentőségét a megváltozott PMCA expressziós mintázatnak és aktivitásnak mindkét daganattípusban. A Ca2+ jelátvitel átfogó vizsgálata rezisztens sejtekben és tumoros szövetekben segíthet a szenzitivitást vagy a terápiával szemben mutatott rezisztenciát előrejelző biomarkerek azonosításában. A tervezett nemzetközi együttműködés a sejtbiológia, a patológia és a preklinikai rákkutatás területéről fog össze szakértőket, ami új kombinációs terápiák kidolgozását teheti lehetővé a jövőben.

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 BRAF mutáns tumorok Ca2+ homeosztázisát, illetve annak szerepét a BRAF inhibitorokkal történő kezelés során az alábbi kérdések megválaszolásával vizsgáljuk: Előzetes méréseink során BRAF mutáns sejtekben specifikus PMCA expressziós mintázatot és megváltozott Ca2+ jelátvitelt azonosítottunk. Vizsgáljuk, hogy ez az expresszós mintázat kimutatható-e melanóma szövettani mintákból is illetve hasonló mintázat található-e a BRAF mutációt hordozó kolorektális daganatokban. Továbbá vizsgáljuk az előbb említett expressziós és szignalizációs változások klinikopatológiai következményeit melanóma és kolorektális daganatos betegekben. Feltárjuk azokat a mechanizmusokat, melyekkel a BRAF mutáció megváltoztatja a Ca2+ jelet és a hozzá kapcsolódó jelátvitelt (pl. NFAT és c-fos fehérjék szabályozása). Emellett vizsgáljuk, hogy BRAF mutáns tumorokban a megváltozott Ca2+ jelátvitel milyen hatással van a sejt működésére. Vizsgáljuk mutáns BRAF inhibítorok és a Ca2+ jelátvitelt szabályozó anyagok együttes hatását ezekre a folyamatokra. Mivel előzetes eredményeink azt mutatják, hogy a BRAF inhibítor rezisztens sejtekre fokozott migrációs aktivitás jellemző, vizsgáljuk a BRAF mutáns tumorok BRAF gátlásra illetve PMCA szintet befolyásoló anyagokra – mint a hiszton dezacetiláz gátlók – adott migrációs és apoptotikus válaszát. Vizsgáljuk olyan kombinációs kezelések hatásait, melyekben a mutáns BRAF gátlása mellett befolyásoljuk az egyes Ca2+ szignál útvonalakat, a Ca2+ beáramlásra szolgáló csatornák és a kiáramlásért felelős PMCA fehérjék szabályozásán keresztül. Ezen kezelések együttes hatását vizsgáljuk BRAF mutáns vastagbél daganat és vemurafenib-érzékeny és rezisztens melanóma xenograftokon.

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!

Molekulárisan célzott terápiák esetén alapvető fontosságú annak a betegcsoportnak meghatározása, amelyben az adott szerrel történő kezelés hatékony. Számos kritikus onkogén gátlása hosszabb túlélést biztosít az adott mutációt hordozó betegek számára. Ugyanakkor előfordul, hogy az adott mutációt hordozó betegek mégsem reagálnak az adott kezelésre vagy a kezdeti javulás után a kezelés későbbi fázisában a betegség előrehaladása újra felgyorsul. A Ca2+ jelátvitel az egyik legfontosabb faktor, amely meghatározza a sejtek túlélését. Meglepő módon a BRAF mutáns tumorok BRAF inhibitor kezelésre adott válaszában a Ca2+ homeosztázis szerepét még alig vizsgálták. Projektünk célja, hogy BRAF mutáns tumorokban vizsgáljuk a Ca2+ homeosztázis szabályozó elemeinek expresszóját és funkcióját, illetve ezek változásait BRAF inhibitorokkal történő kezelés során. Vizsgálataink preklinikai adatokat is szolgáltatnának a BRAF gátlás lehetőségeiről egy másik BRAF mutációt tartalmazó daganattípusban, a vastagbél daganatokban. Kutatásaink lehetővé teszik gyógyszerfejlesztési szempontból ígeretes célmolekulák azonosítását a mutáns BRAF jelpálya és a Ca2+ jelátvitel komponensei között. Eredményeink BRAF mutáns és vemurafenib rezisztens sejteken hozzájárulhatnak a rezisztencia folyamatának megértéséhez. Továbbá a Ca2+ ki-és beáramlását szabályozó molekulák mintázatának átfogó vizsgálata rezisztens sejtekben és BRAF mutáns tumorszövetekben új biomarkerek azonosítását teheti lehetővé, melyekkel kiszűrhetőek lennének azok a betegek, akiknél a terápia során kialakuló vagy eleve jelenlévő rezisztenciára számíthatunk. A tervezett együttműködés lehetőséget kínál gyakorlati technikák és háttértudás kölcsönös cseréjére az intézmények között; lehetővé téve élősejtes képalkotó rendszer használatát az osztrák fél számára, míg a magyar résztvevők a transzlációs daganat kutatási módszereit ismerhetik meg.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A molekulárisan célzott terápiák bevezetése új fejezetet nyitott a daganatellenes kezelések történetében. A melanóma leggyakoribb genetikai elváltozását, a BRAF onkogén mutációját célzó terápiák megnövekedett túlélést biztosítottak melanómás betegeknek. Ugyanakkor bizonyos esetekben az adott mutációt hordozó betegek mégsem reagálnak a kezelésre vagy a terápia kezdetén tapasztalható javulás csak átmenetinek bizonyul. Rendkívüli jelentőségű, hogy megértsük a kezelésekkel szemben már kezdetben meglévő, vagy a kezelés során kialakuló rezisztencia mechanizmusait és meghatározzunk olyan kombinált terápiákat, melyekkel a rezisztens esetekben is javulást lehet elérni. A tervezett nemzetközi együttműködés, ami összefogja a sejtbiológia, a patológia és a preklinikai rákkutatás szakértőit, ezt a még kevéssé ismert oldalát vizsgálná ennek a súlyos betegségnek. Projektünkben egy speciális jelátvivő rendszert, a Ca2+ jelátvitelt vizsgáljuk, amely egyike lehet a BRAF inhibitorokkal szemben mutatott rezisztenciáért felelős mechanizmusoknak. Továbbá megvizsgálnánk egy másik rosszindulatú betegséget, a vastagbél daganatokat, melyekben szintén található BRAF mutáció, de a melanómák kezelésében alkalmazott célzott terápia még nem került bevezetésre. Eredményeink nagyban hozzájárulhatnak új terápiás alkalmazások bevezetéséhez és a terápiás szerekkel szembeni rezisztencia lekűzdéséhez.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Therapeutic targeting of mutant BRAF fundamentally changed melanoma therapy. Nevertheless, BRAF mutant melanomas often show limited response due to intrinsic resistance and initially responding patients frequently relapse due to acquired resistance. While a number of resistance mechanisms have been identified, the role of Ca2+ signaling – a critical regulator of migration and thus tumor progression - as well as BRAF inhibition in other BRAF mutant malignancies is rather unexplored. Our preliminary data suggest that BRAF mutant melanomas demonstrate a unique plasma membrane Ca2+ ATPase (PMCA) expression and that vemurafenib alters this pattern and hence, produces distinct alterations of Ca2+ signals. Accordingly, we plan to determine the PMCA expression pattern in melanoma, as well as, colon cancer cells and tissues with known BRAF status. We will investigate Ca2+ signaling, migration and proliferation of BRAF mutant melanoma and colon cancer cells. Combination treatments aiming at both the Ca2+ entry and extrusion pathways together with BRAF inhibition will be studied on cellular and tumor growth of BRAF mutant melanoma and colorectal cancer. We will analyze the pathological consequences of changes in the PMCA expression and activity in these tumor types. The comprehensive analysis of Ca2+ signaling components in resistant cells and tumor tissues may identify biomarkers that could predict response or indicate the appearance of therapeutic resistance. The proposed international collaboration will combine expertise from the fields of cell biology, pathology and preclinical cancer research that may lead to new combination therapies in the future.

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 order to establish the role of Ca2+ homeostasis in the response of BRAF mutant tumors to inhibitors of BRAF and other factors affecting Ca2+ levels we will answer the following specific questions:
In our preliminary experiments we identified a specific PMCA expression pattern and altered Ca2+ signaling in BRAF mutant melanomas. We will explore whether this pattern is reflected in melanoma tissue specimens and if similar patterns in BRAF mutant colorectal cancer can be identified. Furthermore, we are going to explore the clinicopathological relevance of this molecular pattern in the aforementioned cancer patients. Our aims are to identify the mechanisms by which BRAF mutation alters the Ca2+ signal and its downstream events, NFAT and c-fos, as well as the mechanisms how Ca2+ signal changes are translated to cellular functions in these BRAF mutant tumors. We will test the effect of mutant BRAF inhibitors in combination with regulators of Ca2+ signaling on these mechanisms. Also, according to our preliminary data that BRAF inhibitor resistant cells possess increased migratory activity, we want to establish the migratory and apoptotic response of BRAF mutant tumor cells to BRAF inhibition and other modulators of the PMCA expression pattern such as the histone deacetylase inhibitors (HDACis). Combination treatments using effectors of the Ca2+ signaling pathways, Ca2+ entry channels and Ca2+ extrusion through the PMCAs, and BRAF inhibitors will be explored using xenografts of BRAF mutant colorectal cancer and vemurafenib-sensitive and -resistant melanoma cells.

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.

Molecularly targeted therapy requires the identification of patient populations who are likely to benefit from specific treatment modalities. Targeting of critical oncogenic alterations resulted in increased survival of patients carrying the specific molecular factors. Nevertheless, patients who are expected to benefit from therapy fail to respond to it and also initially responding patients often relapse during therapy. Ca2+ signaling is one of the most important factors that determine cell fate. Surprisingly, the role of Ca2+ homeostasis in the response of BRAF mutant tumor cells to BRAF inhibition has hardly been studied. Our project is specifically investigating the expression and function of regulators of Ca2+ homeostasis in BRAF mutant tumors and during BRAF inhibitor treatment. Our studies will also provide preclinical data for the targeted therapy of other major BRAF mutant tumors such as colorectal cancer. Our studies will further explore the opportunities of targeting components of mutant BRAF signaling, as well as elements of the Ca2+ signaling machinery. Our study on BRAF mutant and vemurafenib resistant cells will contribute to the understanding of this resistance phenomenon. Furthermore, the thorough analysis of the Ca2+ entry and extrusion mechanisms and their patterns in resistant cells and BRAF mutant tumor tissues may provide biomarkers that could identify patients with limited response or indicate the appearance of therapeutic resistance during treatment. The proposed collaboration will provide a platform to exchange methodology and knowledge between the Institutions; it will allow to transfer the live cell imaging measurements to the Austrian partner while the translational preclinical cancer research methodology will be introduced in the participating Hungarian Institutions.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Molecularly targeted therapy opened a new era in anticancer treatment. The targeting of the most frequent genetic alteration, oncogenic BRAF mutation, in melanoma resulted in increased survival of patients suffering from this malignancy. Nevertheless, certain groups of patients who are expected to benefit from therapy fail to respond and initially responding patients often relapse during therapy. It is of outmost importance to understand the underlying resistance mechanisms and to identify combination therapies that break resistance. An international collaboration using expertise from the fields of cell biology, pathology and preclinical cancer research will study as yet unidentified aspects of this deadly disease. In our project we are exploring a specific cell signaling process namely the Ca2+ signaling that may be one of the resistance mechanisms in BRAF inhibitor resistance. Furthermore, we are going to investigate another major malignant disease, colorectal cancer in which BRAF mutation is also present but the targeted therapy applied in melanoma has not been introduced. Our results will hopefully contribute to the introduction of novel therapeutic modalities and to diminish therapeutic resistance against targeted treatment.




Back »