A YAP-fehérje szerepe a tumorok terápiarezisztenciájának kialakulásában

A kutatók a mostani vizsgálat során azt mutatták ki, hogy a rákos sejtek túlélésében fontos szerepet játszó YAP fehérje nagyon eltérően viselkedik a sejtkultúra-modellekben attól függően, hogy a laboratóriumban sík monolayerben (2D), vagy háromdimenziós (3D) szferoidkultúrában tenyésztik a sejtmodelleket. Az eredmények felhasználásával biológiailag relevánsabb sejtkultúra-modellrendszerek dolgozhatók ki a gyógyszerrezisztencia kialakulásában fontos biokémiai útvonalak tanulmányozására.

A nem kissejtes tüdőrák (NSCLC) a tüdőrák leggyakoribb formája az Egyesült Államokban, az összes eset mintegy 85%-át teszi ki. Az NSCLC progressziójának két gyakori genetikai mozgatórugója a KRAS gén mutációja, amely normális esetben segít a sejtnövekedés szabályozásában, de mutáció esetén a növekedési szignálokat állandóan bekapcsolva hagyja; valamint az EGFR gén mutációja, amely normális esetben a növekedési jelekre reagál, de mutáció esetén túlműködhet. Az EGFR aktivitását blokkoló gyógyszerek forradalmasították az EGFR-mutáns NSCLC kezelését, de a daganatok gyakran egy éven belül kiújulnak. Hasonlóképpen, a KRAS-aktivitást gátló új gyógyszerek ígéretesnek bizonyultak a korai klinikai vizsgálatokban, de a betegek általában csak körülbelül hat hónapig maradnak progressziómentes állapotban. A szerzett genetikai mechanizmusok, amelyek lehetővé teszik, hogy az NSCLC sejtek túléljék a kezelést, kiterjedt kutatások célpontjai, amelyek magukban foglalják az EGFR további mutációit vagy a mutáns KRAS amplifikációját. Kevesebbet tudunk azonban arról, hogyan válnak ezek a sejtek nem genetikai úton - azaz új mutációk nélkül - terápiarezisztenssé.

Az NSCLC sejtek a környezetükből érkező mechanikai behatásokat egy sűrű, rostos kollagénhálózaton, az úgynevezett extracelluláris mátrixon keresztül érzékelik. A megnövekedett környezeti merevség a YAP fehérjét a sejtmagba kényszerítheti, ami itt olyan géneket aktivál, amelyek segítik a rákos sejtek növekedését és fennmaradását. A gyógyszer-toleráns perzisztens sejtek (DTP-k) egy kis csoportja még akkor is képes túlélni, amikor a kezelés után a daganat nagy része elpusztul, és a DTP-kben a YAP aktivitását a kezeléssel szembeni rezisztencia hátterében álló mechanizmusként azonosították sejttenyésztési modellek segítségével.

Ezeket az eredményeket gyakran kétdimenziós, egyrétegű tenyészetekben érték el, amelyek nem tükrözik a tumor valódi háromdimenziós környezetét – nyilatkozta a cikk első szerzője, Rachel Nakagawa. – Ennek a problémának a megoldására a kutatók olyan háromdimenziós szferoidkultúrákat fejlesztettek ki, amelyek jobban reprodukálják a sejt-sejt kölcsönhatásokat, a sejt-extracelluláris mátrix kölcsönhatásokat és a tápanyaggradienseket – amelyek kulcsfontosságúak a tumorszöveti viselkedés és a gyógyszerre adott válaszok megértéséhez.

Nakagawa és munkatársai azt tűzték ki célul, hogy pontosabban leírják a YAP szerepét a terápiarezisztencia kialakulásában, illetve összehasonlítsák aktivitását a monolayerekben és a szferoidokban növesztett tumorokban. Először emberi EGFR-mutáns NSCLC-sejteket ültettek egér modellszervezetekbe, majd öt napig az EGFR-gátló afatinib hatóanyaggal kezelték őket. A kezelés után a tumorok körülbelül 90%-kal zsugorodtak. Ezután immunfluoreszcens mikroszkópiával követték nyomon a YAP helyzetét a megmaradt DTP-sejtekben.

Kezelés hiányában a YAP jellemzően a citoplazmában található, ami arra utal, hogy ez az útvonal a gyógyszer beadása előtt nem aktív. A kutatócsoport azonban azt találta, hogy a túlélő DTP-sejtek nagyjából 60%-ánál a YAP a sejtmagban volt, ahol a túlélési géneket aktiválhatja, míg a kezeletlen NSCLC-sejteknél ez az arány csak 10%. Ez azt jelzi, hogy a gyógyszeradagolás képes kiválasztani azokat a sejteket, amelyekben a YAP áthelyeződése és aktiválódása az NSCLC tumorsejtekben megtörtént.

Ezután a kutatók ugyanazokat az EGFR-mutáns NSCLC-sejtvonalakat tenyésztették tovább a laboratóriumban mind merev műanyag monolayereken, mind ultra-alacsony adhéziós lemezeken, szferoidokban. Mindkét tenyészetet afatinibbel kezelték, és felmérték a túlélő sejtek arányát. A monolayerben tenyésztett NSCLC sejtek nagyrészt túlélték a kezelést, de leálltak az osztódással, míg a szferoidokban tenyésztett sejtek tömegesen elpusztultak, tükrözve az egerekben tapasztalt eredményeket. A kutatócsoport elemzése kimutatta, hogy a monolayerben lévő sejtek megtartották az aktív EGFR-szignalizációt, és a YAP-ot a sejtmagban lokalizálták. Ezzel szemben a szferoidokban növesztett tumorsejtek elvesztették az EGFR jelátviteli aktivitását, és a YAP-ot a kutatók a citoplazmában mutatták ki, ami ezeket a sejteket sokkal érzékenyebbé tette a gyógyszer okozta sejthalálra. E felismerés alapján a csapat kiterjesztette tesztjeit más rákmutációkra és gyógyszerekre is. Egy második EGFR-mutáns vonalat egy másik EGFR-gátlóval, az osimertinibbel, két KRAS-mutáns vonalat a célzott KRASG12C-gátlóval, az ARS-1620-mal, egy melanómát okozó BRAF-mutáns vonalat pedig a BRAFV600E-gátlóval, vemurafenibbel kezeltek. Hatból öt esetben a háromdimenziós szferoidkultúrák szignifikánsan gyógyszerérzékenyebbek voltak, mint monolayer társaik.

Ezenkívül azt is megfigyelték, hogy ezekben a vonalakban a YAP a sejtmagba lokalizálódott, amikor a sejteket monolayerben tenyésztették, a szferoidokban pedig a citoplazmába. Érdekes módon a fennmaradó vonal, egy KRAS mutáns sejtvonal, amely nem mutatott eltérő érzékenységet az ARS-1620-ra szferoidokban és monolayerekben, úgy találták, hogy a YAP mindkét kontextusban túlnyomórészt a citoplazmában lokalizálódott. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a YAP lokalizációja kritikus lehet a daganatok gyógyszerérzékenysége szempontjából.

Végül, hogy bizonyítsák a YAP terápiarezisztenciában betöltött ok-okozati szerepét, a kutatók szferoidokban növesztett sejteket úgy alakították ki, hogy a YAP egy olyan mutáns formáját felülexpresszálják, amely fokozott képességgel rendelkezik arra, hogy a sejtmagban lokalizálódjon. Ezek a sejtek jóval nagyobb arányban élték túl az afatinib-kezelést, mint a normál szferoidokban lévő sejtek, ami megerősítette, hogy a nukleáris YAP önmagában is képes nem genetikai rezisztenciát kialakítani a rövid távú gyógyszeres kezeléssel szemben.

Eredményeink megerősítik, hogy a YAP a terápiarezisztencia nem-genetikai eredetű kiváltója az NSCLC sejtekben, és hogy a két- és háromdimenziós tenyészet közötti különbség a tumorok laboratóriumi modellezésekor megváltoztathatja a YAP aktivitását – fejtette ki a cikk társszerzője, Andrei Goga.

A standard monolayerek a betegeknél megfigyelhető kis DTP-sejtpopulációt modellezik, míg a szferoidok jobban tükrözik a valódi tumorkörnyezetet és a kezelés utáni kezdeti, drámai zsugorodást. Ez a munka aláhúzza annak fontosságát, hogy a hagyományos monolayereken túl változatos sejtkultúra-modelleket vegyünk figyelembe a gyógyszerérzékenységre és -rezisztenciára gyakorolt, a YAP-pal kapcsolatos, előre nem látható hatások mérséklése érdekében. Az eredmények arra is utalnak, hogy az EGFR-gátlók és az azt követő YAP-gátlók kombinált terápiája szinergikus előnyöket biztosíthat a DTP-sejtek kezdeti kezelés utáni eliminálásában – összegzett Nakagawa. – További munkára van szükség a YAP-gátlók beadásának optimális időzítésének meghatározásához, mivel eredményeink arra utalnak, hogy a YAP-gátlás kevésbé lehet hatékony a kezdeti EGFR-gátló kezelés során, amikor a YAP-aktivitás még csekély.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Algorithm analyzes multiple mammograms to improve breast cancer risk prediction

Tumor Cell Spatial Organization Directs EGFR/RAS/RAF Pathway Primary Therapy Resistancethrough YAP Signaling

Irodalmi hivatkozás:

Rachel Nakagawa et al, Tumor Cell Spatial Organization Directs EGFR/RAS/RAF Pathway Primary Therapy Resistancethrough YAP Signaling, (2025). DOI: 10.7554/eLife.105719.1