Tie1 sebagai target aksi obat antiangiogenik kanker

Pada pekan ketiga Januari ini, JCI mempublikasikan penemuan suatu target potensial untuk penghambatan angiogenesis kanker yaitu Tie1, suatu reseptor tirosin kinase endothelial. Pencarian target baru ini dikarenakan pengobatan dengan target VEGF/VEGFR yang selama ini digunakan masih belum memuaskan hasilnya.

Apakah angiogenesis? 

Angiogenesis (Greek: Angêion, berarti vessel) adalah pertumbuhan pembuluh darah dari pembuluh darah yang ada. Sel tumor memerlukan oksigen dan nutrisi dalam jumlah besar, sehingga ketika massa tumor semakin besar dan keadaan hipoksia merangsang perekrutan pembuluh darah melalui produksi terus menerus molekul proangiogenik di lingkungan tumor (Jain 2013).

Ketergantungan pertumbuhan tumor pada persediaan pembuluh darah yang memadai telah mendorong pengembangan obat antiangiogenik, terutama senyawa yang menargetkan jalur VEGF/VEGFR (Ivy 2009). Namun, kemanjuran dari agen ini terbatas sehingga peneliti ingin mencari target yang lain, dan angiopoietin/Tie ligan-reseptor sudah lama dilirik untuk tujuan tersebut.

Pensinyalan Ang/Tie

Pensinyalan Ang/Tie mengendalikan langkah selanjutnya dari kaskade angiogenik yang terkait dengan pematangan vaskular dan perolehan fenotip sel endotelial (EC) quiescent/diam (Augustin 2009). Angiopoietin-1 (Ang1) beraksi parakrin dan merupakan ligan agonis utama dari Tie2 (Davis 1996). Struktur multimeriknya dapat mengikat homodimer ekstraseluler Tie2 untuk aktivasi Tie2 yang kuat (Leppänen 2017).

Pensinyalan Ang/Tie. ASPET

Di sisi yang lain, Ang2 diproduksi oleh EC dan bertindak secara autokrin sebagai agonis Tie2 parsial, yaitu Ang2 memadamkan sinyal Tie2 dengan adanya Ang1 dan dengan lemah menstimulasi Tie2 tanpa adanya Ang1 (Daly 2013, Yuan 2009).

Memang, karena konformasi dimeriknya, Ang2 gagal untuk menjembatani Tie2 homodimer domain ekstraselular, membatasi dimerisasi dan aktivasi reseptor (Leppänen 2017).

Sebagai antagonis sinyal Ang1/Tie2 konstitutif, Ang2 beraksi secara kontekstual, memungkinkan angiogenesis dengan adanya faktor pertumbuhan angiogenik atau menggerakkan pembuluh ke dalam regresi tanpa adanya rangsangan angiogenik (Lobov 2002).

Ang2 meningkat secara kuat selama tumor angiogenesis dan akibatnya sangat dikejar sebagai target antiangiogenik (Holopainen 2012, Kienast 2013, Koh 2010).

Namun, studi klinis baru-baru ini telah mengidentifikasi manfaat klinis yang terbatas dari penargetan Ang2 dengan VEGF pada tumor kolorektal stadium lanjut, yang mungkin sesuai dengan penelitian praklinis sebelumnya yang menunjukkan bahwa Ang2 hanya aktif sementara selama tahap awal pertumbuhan tumor (Reuters 2017, Nasarre 2009).

Sedangkan Tie2 dikarakterisasi dengan baik sebagai reseptor sinyal Ang/Tie utama, fungsi reseptor Tie kedua, Tie1, jauh kurang dipahami. Tie1 tidak mengikat ligan angiopoietin dan sampai sekarang dianggap sebagai reseptor orphan (Eklund 2017).

Namun, Tie1 sangat penting untuk pengembangan vaskular: tikus defisien Tie1 tidak memiliki kekurangan angiogenetik yang mencolok, namun pembuluh darah mereka gagal matang dan embrio mati saat usia gestasi lanjut (Puri 1995, Sato 1995).

Secara fungsional, Tie1 bertindak sebagai pengatur kontekstual Tie2, karena Tie1 melawan Tie2 di sel ujung angiogenik dan penjagaan sinyal Tie2 dalam remodelling (perombakan) sel batang pembuluh darah (Savant 2015).

Akibatnya, delesi postnatal kondisional dari Tie1 di EC menyebabkan vaskularisasi retina berkurang, dengan apoptosis EC meningkat dan menginduksi regresi vaskular (Savant 2015, D’Amico 2014).

Pada tikus dewasa, ektodomain Tie1 dibelah selama inflamasi, menyebabkan fosforilasi Tie2 berkurang dan ekspresi Tie2 yang diregulasi dengan cara tergantung Ang2. Tie1 meluruh sehingga berkontribusi pada peran antagonis sinyal Ang2 on Tie2 (Korhonen 2016, Kim 2016).

Tie1 secara fungsional terlibat dalam patologi vaskular yang penting, termasuk aterosklerosis dan tumor angiogenesis (D’Amico 2014, Woo 2011). Sudah lama diketahui bahwa Tie1 secara mencolok diregulasi dalam pembuluh darah intratumoral (Kaipainen 1994, Hatva 1995, Hatva 1996, Lin 1999, Aguayo 2001), namun kontribusi fungsionalnya terhadap perkembangan tumor baru saja dieksplorasi.

Delesi kondisional EC Tie1 pada tikus dewasa terbukti menghambat angiogenesis, sehingga mengurangi pertumbuhan tumor. Hal ini terkait dengan aktivitas jalur Notch yang meningkat dan menghasilkan terapi antagonis angiopoietin yang meningkat (D’Amico 2014).

Dengan membangun karya sangat berpengaruh ini, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui secara mekanis peran Tie1 selama pertumbuhan tumor primer dan menjelaskan kontribusinya terhadap perkembangan metastatik.

 

 

 

Diseminasi didorong Twist mempertahankan identitas epitelial dan memerlukan E-cadherin (J Cell Biol, 2014)

Rekomendasi 1

Artikel ini luar biasa karena menjungkirbalikkan dogma tentang metastasis kanker epitel, setidaknya dalam konteks kelenjar susu. Gambaran lazim adalah bahwa metastasis mengikuti transisi epitelial ke mesenkhim (EMT) yang didorong oleh faktor transkripsi twist1. Ciri EMT adalah hilangnya E-cadherin dan adhesi sel-sel, yang diperkirakan dapat memfasilitasi diseminasi sel.

Namun, dengan menggunakan kombinasi manipulasi genetik dan teknik pencitraan yang luar biasa, Shamir dkk meyakinkan bahwa hal tersebut tidak terjadi pada eksplan kelenjar susu. Hilangnya E-cadherin menyebabkan gagalnya polaritas epitel dan organisasi jaringan, namun sel tidak menyebar. Sebaliknya, aktivasi twist1 menyebabkan diseminasi sel besar-besaran. Ajaibnya, sel yang menyebar tidak hanya tidak kehilangan semua E-cadherin (atau penanda epitel lainnya) tetapi juga tampaknya bergantung pada E-cadherin untuk migrasi mereka. Meskipun sel-sel itu bermigrasi secara terpisah, hilangnya E-cadherin menghambat penyebaran sel-sel yang diaktifkan twist1, sangat berbeda dengan dogma.

Penulis berhipotesis bahwa twist1 mengaktifkan program migrasi epitel dan bukan EMT, dan penulis menggunakan transkriptomik untuk mendukung klaim mereka. Penting untuk meniru hasil ini pada model epitel lainnya. Jika reprodusibiltasnya bagus, temuan ini akan mengubah cara kita memahami metastasis kanker dan mungkin menunjuk pada strategi baru untuk melawannya.

 

Rekomendasi 2

Artikel ini menantang pandangan yang dipegang luas bahwa EMT adalah penting, atau setidaknya pada penyebaran karsinoma {1}. Berfokus pada Twist1, faktor transkripsi yang dapat menginduksi EMT, para penulis menunjukkan bahwa ekspresi faktor ini pada epitel payudara tikus primer menginduksi diseminasi sel positif sitokeratin yang mempertahankan E-cadherin. Dengan kata lain, diseminasi dimediasi Twist1 terjadi tanpa adanya EMT. Temuan yang sangat signifikan ini harus merangsang evaluasi ulang yang ketat terhadap peran EMT dalam penyebaran karsinoma.

Referensi

Shamir ER, Pappalardo E, Jorgens DM, Coutinho K, Tsai WT, Aziz K, dkk. Twist1-induced dissemination preserves epithelial identity and requires E-cadherin. J Cell Biol. 2014 Mar 3;204(5):839-56. doi: 10.1083/jcb.201306088.

 F1000Prime Recommendations, Dissents and Comments for [Shamir ER et al., J Cell Biol 2014, 204(5):839-56]. In F1000Prime, 05 Jul 2017; F1000Prime.com/718297809

Bacaan lebih lanjut

{1} Epithelial-mesenchymal transitions in development and disease. Thiery JP, Acloque H, Huang RY, Nieto MA. Cell 2009 Nov 25; 139(5):871-90. PMID: 19945376 DOI: 10.1016/j.cell.2009.11.007

Snail2 adalah mediator penting dari EMT diinduksi Twist1 dan metastasis (Cancer Res, 2011)

Rekomendasi 1

Studi yang dirancang dengan baik ini membahas interaksi faktor transkripsi yang mengatur transisi epitel ke mesenkim (EMT).

EMT ditandai dengan hilangnya sifat epitel, seperti ekspresi E-cadherin dan adhesi sel, dan perolehan sifat mesenkim, seperti ekspresi N-cadherin dan migrasi seluler. EMT adalah proses penting dalam perkembangan, namun bila diaktifkan secara tidak tepat selama karsinogenesis, EMT menyebabkan peningkatan invasi jaringan, metastasis dan prognosis pasien yang buruk. Penggunaan protein fusi reseptor estrogen-Twist1 yang dapat diaktivasi, menunjukkan bahwa ekspresi Snail2 secara langsung diinduksi oleh Twist1. Pada gilirannya, Snail2 menurunkan ekspresi E-cadherin. Knock-down dari Snail2 mencegah hilangnya ekspresi E-cadherin dan progresi melalui EMT. Konsisten dengan data ini, hilangnya ekspresi Snail2 secara in vivo cukup untuk mencegah metastasis pada model tikus. Secara keseluruhan, temuan ini membentuk hirarki peristiwa selama EMT.

Rekomendasi 2

Ini adalah makalah menarik yang memberikan lebih banyak bukti untuk memahami mekanisme bagaimana faktor transkripsi helix-loop-helix (bHLH) Twist1 mendorong EMT dan metastasis. Yang dan kolaboratornya memusatkan perhatian pada potensi interaksi antara Twist1 dan Snail2, faktor transkripsi pro-EMT zinc finger lainnya, dan menemukan bahwa Snail2 adalah mediator penting dalam proses EMT dan metastasis yang diinduksi Twist1 pada sel epitel mammae manusia dan sel kanker payudara. Penulis juga menemukan bahwa Snail2 adalah target transkripsi langsung Twist1, namun deplesi Snail2 tidak mempengaruhi ekspresi Twist1. Memang, penekanan ekspresi E-cadherin pada sel yang mengekspresikan Twist1 terjadi melalui Snail2, yang telah diregulasi oleh Twist1. Ini kemudian mengubah motilitas sel, sehingga mengarah pada pembentukan tumor sekunder pada organ jauh yang diperiksa pada model xenograft.

Karena Twist1 ditemukan sebagai regulator pusat selama progresi EMT dan metastasis {1}, beberapa target downtream langsung potensial Twist1 telah dilaporkan. Meskipun sering ditunjukkan bahwa ekspresi menyimpang dari Twist1 pada sel epitel berkorelasi erat dengan penekanan faktor junction interselular seperti E-cadherin, catenin dan sitokerin, peningkatan ekspresi protein pro-migrasi seperti vimentin, fibronektin, dan juga pembentukan tumor metastatik di organ jauh, mekanisme yang mendasarinya masih belum jelas.

Di sisi lain, beberapa faktor transkripsi embrionik pro-EMT/metastasis telah ditemukan berkaitan secara langsung dengan perkembangan kanker {2}. Namun, apakah mereka dapat berfungsi secara independen atau kolaboratif belum dikarakterisasi. Para penulis menunjukkan bahwa penekanan E-cadherin disebabkan oleh induksi Snail2 sebagai respons terhadap ekspresi Twist1, dan deplesi Snail2 dengan kehadiran Twist1 mengeblok metastasis paru dengan sangat kuat dalam model tikus, yang menunjukkan bahwa ekspresi Snail2 yang diinduksi Twist1 sangat diperlukan dalam konteks ini.

Menariknya, penulis juga mengamati bahwa induksi Snail2 dengan tidak adanya Twist1 tidak dapat mengaktifkan program EMT, yang menunjukkan bahwa EMT dan metastasis secara kolektif dipengaruhi melalui beberapa perubahan seluler secara serentak melalui jalur sinyal multipel. Faktor transkripsi mana yang secara langsung menargetkan molekul pro-motilitas selama EMT? Jalur pensinyalan apa yang mengendalikan aktivasi ulang Twist1 selama pengembangan tumor? Inilah pertanyaan kunci yang harus dijawab di masa depan. Karena penulis menunjukkan bahwa Twist1 dan Snail2 sering diekspresikan bersama dalam tumor payudara manusia, akan sangat berguna untuk menyelidiki apakah ekspresi mereka berkorelasi dengan subtipe kanker payudara manapun. Sementara itu, penting dicatat bahwa di sistem lain, memeriksa Twist1 dan Snail2 memainkan peran berlebihan di sepanjang jalur NF-kappaB {3}. Penting untuk menyelidiki perbedaan mendasar dalam multi tahap perkembangan kanker.

Referensi

Casas E, Kim J, Bendesky A, Ohno-Machado L, Wolfe CJ, Yang J. Snail2 is an essential mediator of Twist1-induced epithelial mesenchymal transition and metastasis. Cancer Res. 2011 Jan 1;71(1):245-54. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-2330.

F1000Prime Recommendations, Dissents and Comments for [Casas E et al., Cancer Res 2011, 71(1):245-54]. In F1000Prime, 05 Jul 2017; F1000Prime.com/8085962

Bacaan lebih lanjut

1. Twist, a master regulator of morphogenesis, plays an essential role in tumor metastasis. Yang J, Mani SA, Donaher JL, Ramaswamy S, Itzykson RA, Come C, Savagner P, Gitelman I, Richardson A, Weinberg RA Cell 2004 Jun 25; 7(117):927-39. PMID: 15210113

2. Transitions between epithelial and mesenchymal states: acquisition of malignant and stem cell traits. Polyak K, Weinberg RA Nat Rev Cancer 2009 Apr; 4(9):265-73. PMID: 19262571.

3. Unexpected functional redundancy between Twist and Slug (Snail2) and their feedback regulation of NF-kappaB via Nodal and Cerberus. Zhang C, Klymkowsky MW Dev Biol 2009 Jul 15; 2(331):340-9PMID: 19389392

Twist, master regulator morfogenesis, memainkan peran penting dalam metastasis tumor (Cell, 2008)

Rekomendasi 1

Laporan bahwa Twist, faktor transkripsi penting selama perkembangan embrio, berperan dalam metastasis tumor. Tiga bukti mendukung kesimpulan ini yaitu:

(i) siRNA terhadap Twist tikus mengurangi metastasis tumor dari kelenjar susu ke paru-paru.

(ii) korelasi yang signifikan secara statistik disajikan antara ekspresi Twist dan kejadian karsinoma lobular invasif.

(iii) pada sel normal, Twist mempromosikan transisi dari epitel ke mesenkim (EMT). Hasil ini semakin memperkuat keberadaan dasar molekuler umum antara perkembangan normal dan pembentukan tumor dan penyebarannya.

Rekomendasi 2

Dengan menerapkan analisis DNA microarray ke model orthotopik perkembangan mammae, laboratorium Weinberg mengidentifikasi faktor transkripsi Twist sebagai promotor penting metastasis.

Fungsi twist sebelum langkah intravasasi yaitu dengan menekan ekspresi E-cadherin dan menginduksi gen lain yang terlibat dalam transisi epitelial mesenkim (EMT), seperti fibronektin dan vimentin.

Karsinoma payudara manusia dari subklas invasif lobular ditunjukkan untuk mengekspresikan tingkat tinggi Twist.

Rekomendasi 3

Studi ini menarik dari sudut pandang bahwa faktor transkripsi Twist, yang terlibat dalam proses transisi epitelial mesenkim (EMT) dan metastasis, diidentifikasi sebagai bagian dari analisis profil gen yang tidak bias terhadap tumor mammae yang berasal dari tumor dengan empat fenotip yang berbeda, semakin agresif.

Twist hanya diekspresikan pada tumor yang lebih agresif, dan ditunjukkan bahwa KD dengan siRNA mencegah tumor dari bermetastasis ke paru-paru dari kelenjar susu.

Twist, yang telah terbukti memainkan peran kunci selama EMT dalam perkembangan, memicu hilangnya marker epitelial seperti E-cadherin dan marker mesenkimal yang diinduksi, namun hal ini tampaknya tidak bergantung dari Snail, yang sebelumnya ditunjukkan untuk menekan E-cadherin. Menariknya, re-introduksi E-cadherin tidak cukup untuk membalikkan perubahan tergantung-Twist pada fenotipe dalam kasus ini.

Rekomendasi 4

Studi ini menggambarkan sebuah gen, Twist, menyebabkan promosi transisi epitelial mesenchymal (EMT). Selain itu, hasil dari penelitian ini dengan sangat baik menunjukkan hubungan mekanistik antara gen Twist, EMT dan metastasis tumor.

Temuan yang paling signifikan adalah bahwa Twist adalah pengatur utama morfogenesis embrio dan memainkan peran kunci dalam metastasis.

Rekomendasi 5

Ini adalah temuan pertama yang melaporkan bahwa faktor transkripsi Twist, yang biasanya dipandang sebagai pengatur utama morfogenesis embrionik, juga diambil oleh sel tumor untuk memediasi kejadian spesifik selama metastasis tumor.

Telah banyak penelitian mengidentifikasi bahwa EMT adalah peristiwa fenotipik yang terkait dengan lepasnya sel kanker epitel primer dari lingkungannya. EMT ini menyerupai banyak cara transisi epitel ke mesodermal dalam perkembangan embrio.

Para penulis menunjukkan bahwa Twist, satu faktor transkripsi yang berperan dalam EMT, diambil oleh sel kanker epitel untuk mentransisikan sel menjadi sel mesenkim invasif yang sangat motil, yang dapat melepaskan diri dari sel sekitarnya, dan menganggapnya sebagai fenotipe invasif yang dibutuhkan untuk intravasasi, sirkulasi sistemik, dan ekstravasasi ke situs sekunder. Upregulasi twist menyebabkan menurunnya E-cadherin, hilangnya adhesi sel-sel, dan ekspresi penanda seluler lainnya yang diketahui berkorelasi dengan EMT.

Ref.

F1000Prime Recommendations, Dissents and Comments for [Yang J et al., Cell 2004, 117(7):927-39]. In F1000Prime, 05 Jul 2017; F1000Prime.com/1019750

Yang J, Mani SA, Donaher JL, Ramaswamy S, Itzykson RA, Come C, dkk. Twist, a master regulator of morphogenesis, plays an essential role in tumor metastasis. Cell. 2004 Jun 25;117(7):927-39.

Hilangnya E-cadherin mempromosikan metastasis melalui jalur transkripsi beberapa jalur hilir (Cancer Res, 2008)

Makalah ini menarik karena menunjukkan sifat kompleks dari sinyal yang dikirimkan oleh gangguan pensinyalan yang diperantarai E-cadherin yang mendorong EMT dan metastasis sel kanker payudara.

Penulis menggunakan dua cara yang berbeda untuk mengganggu aktivitas E-cadherin (yang melibatkan penekanan level E-cadherin, sementara yang lainnya mengganggu aktivitas ekor sitoplasma dari E-cadherin).

Eksperimen menyingkap bahwa kedua metode tersebut mengganggu adhesi sel-sel, respons seluler terhadap gangguan ini berbeda. Pasangan sitoplasma utama E-cadherin, beta-catenin, terbukti penting namun tidak mencukupi untuk EMT dan metastasis. Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa ekspresi sejumlah besar faktor transkripsi dipengaruhi oleh penurunan level E-cadherin, yang menunjuk pada mekanisme kompleks dimana E-cadherin menyampaikan sinyal yang mempromosikan EMT dan metastasis sel tumor.

Ref.

Onder TT, Gupta PB, Mani SA, Yang J, Lander ES, Weinberg RA. Loss of E-cadherin promotes metastasis via multiple downstream transcriptional pathways. Cancer Res. 2008 May 15;68(10):3645-54. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-07-2938.

F1000Prime Recommendations, Dissents and Comments for [Onder TT et al., Cancer Res 2008, 68(10):3645-54]. In F1000Prime, 05 Jul 2017; F1000Prime.com/1116227

Aktivitas snail tergantung pada Wnt (J Biol Chem, 2005)

Snail memainkan peran kunci dalam regulasi transisi epitelial mesenkim (EMT). Snail adalah represor untuk transkripsional E-cadherin. Studi ini menunjukkan bahwa, seperti beta-catenin, Snail juga berfungsi sebagai substrat glikogen sintase kinase 3 beta (GSK3beta), menghasilkan ubiquitination dan degradasi.

Aktivasi pensinyalan Wnt menstabilkan Snail, selain beta-catenin, yang menghasilkan aktivasi program transkripsi snail dan EMT yang didorong snail.

Referensi

Yook JI, Li XY, Ota I, Fearon ER, Weiss SJ. Wnt-dependent regulation of the E-cadherin repressor snail. J Biol Chem. 2005 Mar 25;280(12):11740-8. Epub 2005 Jan 11.

F1000Prime Recommendations, Dissents and Comments for [Yook JI et al., J Biol Chem 2005, 280(12):11740-8]. In F1000Prime, 05 Jul 2017; F1000Prime.com/1024787

Reseptor DDR2 dan metastasis kanker payudara

DDR2 (discoidin domain receptor 2) adalah subklas baru dari reseptor tirosin kinase (RTK). Bedanya dia memiliki region ekstraseluler yang berbeda mencakup sebuah factor VIII-like domain. Ligan untuk reseptor ini adalah kolagen fibrillar, lalu terjadi autofoforilasi dan transduksi sinyal. DDR2 telah dikaitkan dengan penyakit kanker dan fibrosis.

DDR1 ada pada epitelial, tapi tidak ada pada mesenkimal, sedangkan DDR2 terekespresi pada sel mesenkimal tapi tidak pada epitelial. DDR2 menunjukkan keselektifan ligan yang lebih, dan diaktifkan oleh kolagen I dan III yang melimpah di ECM. DDR1 selektivitasnya lebih luas, diaktifkan oleh kolagen IV yang banyak terdapat pada basement membran.

Biomarker metastasis

Metastases are responsible for the majority of cancer fatalities. The molecular mechanisms governing metastasis are poorly understood, hindering early diagnosis and treatment. Previous studies of gene expression patterns in metastasis have concentrated on selection of a small number of “signature” biomarkers.