Transcriptional Regulation of HIF2A/EPAS1 in Neuroblastoma
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Cancer är den vanligaste dödsorsaken bland barn mellan 1–14 år i Sverige. Neuroblastom, som nästan uteslutande drabbar barn, är en aggressiv cancersjukdom som har sitt ursprung i det sympatiska (icke-viljestyrda) nervsystemet.
I frisk vävnad råder strikt balans mellan celldelning och celldöd, medan cancerceller kännetecknas av en ohämmad celldelning och minskad celldöd vilket efter en tid resulterar i en klump av cancerceller, d.v.s. en tumör. Allteftersom tumören tillväxer hamnar en del av tumörcellerna allt längre bort från de kringliggande blodkärl vilka förser tumören med syre och näring. Eftersom cancerceller, likt kroppens övriga celler, behöver syre för att växa medför syrebristen en påfrestning för den växande tumören. Tumörcellerna har dock utvecklat effektiva mekanismer för att överleva och fortsätta växa när de utsätts för syrebrist, hypoxi.
Anpassningen, som till största del drivs med hjälp av två proteiner – Hypoxia- Inducible Factor; HIF-1α och HIF-2α – innebär dels att spara energi genom att bortprioritera energikrävande aktiviteter och dels att stimulera bildandet av nya blodkärl för att återigen förse alla tumörceller med syre och näringsämnen. Omsättningen av HIF-proteinerna regleras vanligtvis genom att de bryts ner i närvaro av syre och stabiliseras i frånvaro av syre (då de ska ansvara för anpassningen till den nya miljön).
Vår forskargrupp har i tidigare studier visat att HIF-2α proteinet överraskande nog även kan stabiliseras vid högre syretryck, och att neuroblastomceller i anslutning till blodkärl som bildar HIF-2α proteinet är extra omogna och därmed av aggressivare karaktär. För att kunna nyttja dessa fynd till att utveckla bättre behandlingsmetoder för barn med neuroblastom, har jag i detta avhandlingsarbete fokuserat på att kartlägga de molekylära mekanismer som kan tänkas ligga bakom detta egendomliga uttrycksmönster av HIF-2α proteinet.
I Artikel I visar vi hur HIF-2α proteinets uttryck kan påverkas redan på gennivå av tillväxtproteinet Insulin-like growth factor (IGF)-II som även detta uttrycks i höga mängder under hypoxi. Dessutom visar vi att uttrycket av HIF-2α och IGF-II är kopplat till ett väldigt tidigt fosterstadium (vecka 6,5) under utvecklingen av sympatiska nervsystemet, vilket antyder att felsteg under denna del av utvecklingen skulle kunna leda till uppkomsten av neuroblastom. I Artikel II gör vi en djupdykning för att kartlägga signalvägen via vilken IGF-II driver HIF-2α uttrycket på gennivå och identifierar en specifik väg inom PI3K-signaleringsvägen som drivande mekanism. I Artikel III utesluter vi möjliga stabilitetsmekanismer som kan vara orsak till de förhöjda HIF-2α RNA-nivåerna. I jakten på proteiner (transkriptionsfaktorer) som kan tänkas ligga bakom den process som kopierar HIF-2α genen till RNA, så identifierar vi estrogen-related receptor alpha (ERRα) som en kandidat. I Artikel IV använder vi oss av den nyutvecklade metoden enChIP som baseras på CRISPR/Cas9 teknologin för att isolera de regulatoriska elementen i HIF-2α genen samt identifierar proteiner som binder till dessa regioner under hypoxi.
Sammanfattningsvis kan nämnas att avhandlingen innehåller studier som kartlägger HIF-2α-proteinets reglering lite närmare i neuroblastomceller. Vi har specifikt kunnat visa att regleringsproteinet IGF-II kan driva HIF-2α uttryck och att dessa sam-uttrycks under fosterutveckling. Vidare har vi visat att HIF-2α regleras av IGF-II via PI3K-vägen samt identifierat transkriptionsfaktorn ERRα som en möjlig kandidat i regleringen av HIF-2α. Slutligen har vi med hjälp av nyutvecklad metodik identifierat en rad viktiga regleringsproteiner som är involverade HIF-2α-proteinets uttryck på gennivå.
Cancer är den vanligaste dödsorsaken bland barn mellan 1–14 år i Sverige. Neuroblastom, som nästan uteslutande drabbar barn, är en aggressiv cancersjukdom som har sitt ursprung i det sympatiska (icke-viljestyrda) nervsystemet.
I frisk vävnad råder strikt balans mellan celldelning och celldöd, medan cancerceller kännetecknas av en ohämmad celldelning och minskad celldöd vilket efter en tid resulterar i en klump av cancerceller, d.v.s. en tumör. Allteftersom tumören tillväxer hamnar en del av tumörcellerna allt längre bort från de kringliggande blodkärl vilka förser tumören med syre och näring. Eftersom cancerceller, likt kroppens övriga celler, behöver syre för att växa medför syrebristen en påfrestning för den växande tumören. Tumörcellerna har dock utvecklat effektiva mekanismer för att överleva och fortsätta växa när de utsätts för syrebrist, hypoxi.
Anpassningen, som till största del drivs med hjälp av två proteiner – Hypoxia- Inducible Factor; HIF-1α och HIF-2α – innebär dels att spara energi genom att bortprioritera energikrävande aktiviteter och dels att stimulera bildandet av nya blodkärl för att återigen förse alla tumörceller med syre och näringsämnen. Omsättningen av HIF-proteinerna regleras vanligtvis genom att de bryts ner i närvaro av syre och stabiliseras i frånvaro av syre (då de ska ansvara för anpassningen till den nya miljön).
Vår forskargrupp har i tidigare studier visat att HIF-2α proteinet överraskande nog även kan stabiliseras vid högre syretryck, och att neuroblastomceller i anslutning till blodkärl som bildar HIF-2α proteinet är extra omogna och därmed av aggressivare karaktär. För att kunna nyttja dessa fynd till att utveckla bättre behandlingsmetoder för barn med neuroblastom, har jag i detta avhandlingsarbete fokuserat på att kartlägga de molekylära mekanismer som kan tänkas ligga bakom detta egendomliga uttrycksmönster av HIF-2α proteinet.
I Artikel I visar vi hur HIF-2α proteinets uttryck kan påverkas redan på gennivå av tillväxtproteinet Insulin-like growth factor (IGF)-II som även detta uttrycks i höga mängder under hypoxi. Dessutom visar vi att uttrycket av HIF-2α och IGF-II är kopplat till ett väldigt tidigt fosterstadium (vecka 6,5) under utvecklingen av sympatiska nervsystemet, vilket antyder att felsteg under denna del av utvecklingen skulle kunna leda till uppkomsten av neuroblastom. I Artikel II gör vi en djupdykning för att kartlägga signalvägen via vilken IGF-II driver HIF-2α uttrycket på gennivå och identifierar en specifik väg inom PI3K-signaleringsvägen som drivande mekanism. I Artikel III utesluter vi möjliga stabilitetsmekanismer som kan vara orsak till de förhöjda HIF-2α RNA-nivåerna. I jakten på proteiner (transkriptionsfaktorer) som kan tänkas ligga bakom den process som kopierar HIF-2α genen till RNA, så identifierar vi estrogen-related receptor alpha (ERRα) som en kandidat. I Artikel IV använder vi oss av den nyutvecklade metoden enChIP som baseras på CRISPR/Cas9 teknologin för att isolera de regulatoriska elementen i HIF-2α genen samt identifierar proteiner som binder till dessa regioner under hypoxi.
Sammanfattningsvis kan nämnas att avhandlingen innehåller studier som kartlägger HIF-2α-proteinets reglering lite närmare i neuroblastomceller. Vi har specifikt kunnat visa att regleringsproteinet IGF-II kan driva HIF-2α uttryck och att dessa sam-uttrycks under fosterutveckling. Vidare har vi visat att HIF-2α regleras av IGF-II via PI3K-vägen samt identifierat transkriptionsfaktorn ERRα som en möjlig kandidat i regleringen av HIF-2α. Slutligen har vi med hjälp av nyutvecklad metodik identifierat en rad viktiga regleringsproteiner som är involverade HIF-2α-proteinets uttryck på gennivå.
Avdelning/ar
- Avdelningen för translationell cancerforskning
- BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation
Publiceringsår
2016
Språk
Engelska
Publikation/Tidskrift/Serie
Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
Volym
2016:21
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Division of Translational Cancer Research
Ämne
- Cell and Molecular Biology
Nyckelord
- HIF-2α
- enChIP
- ESRRA
- mTORC2
- IGF-II
- Hypoxia
- Cancer
- PI3K
- Transcription
- Neuroblastoma
Status
Published
Handledare
- Sven Påhlman
- Sofie Mohlin
- Caroline Wigerup
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISSN: 1652-8220
- ISBN: 978-91-7619-247-4
Försvarsdatum
4 mars 2016
Försvarstid
09:15
Försvarsplats
Building 302 Lecture hall, Medicon Village, Lund
Opponent
- Frank Speleman