The mechanism of HAMLET-induced cell death - cellular signalling, oncogenes and clinical perspectives

Sammanfattning: Popular Abstract in Undetermined 1971 förklarade president Richard Nixon, som så många amerikanska presidenter före honom, krig. Nixons fiende var dock något oortodox; Nixon förklarade krig mot cancer. I och med att senaten godkände ”National Cancer Act”, av pressen snabbt döpt till ”War on cancer”, hoppades Nixon att kunna utradera cancer med hjälp av kraftigt ökade anslag till cancerforskning kombinerat med snabba framsteg inom molekylär- och cellbiologi. Självklart har framsteg gjorts, men 40 år senare svårt att se Nixons krig som någon succé. Behandlingsformerna är fortfarande trubbiga och biverkningarna ofta svåra. Så varför är det så svårt att besegra cancer och vad gör en cancercell speciell? Varje cell har en uppsättning med ritningar i sig, cellens genom (som består av DNA). Genomet innehåller instruktioner, gener, för hur kroppens runt 20 000 olika proteiner ska byggas. I en cancercell har dessa gener förändrats genom så kallade mutationer. En mutation kan ge proteinet nya egenskaper eller göra det obrukbart. En tumörcell karaktäriseras av att den har ackumulerat ett flertal felaktigheter i gener, en process som tar många år, därav är cancer vanligare ju äldre man blir. En cancercell har fått genetiska förändringar som ger den ’’överdrivna’’ egenskaper. Den delar sig ohämmat och har nästan oändligt liv då den är okänslig för stoppsignaler och inte kan begå självmord. Dessutom har cancerceller förmågan att undvika immunförsvaret och att sprida sig till andra delar av kroppen. Vägen från en cell som får sin första mutation till en fullt metastaserande tumör är dock lång och vinglig. Varje cancer i varje patient tycks vara i det närmaste unik. Att prata om exempelvis bröstcancer som en sjukdom blir därför felaktigt. Bröstcancer är egentligen en uppsättning av olika cancerformer beroende på vilka gener som förändrats, och varje unik genuppsättning ger en unik sjukdom, med olika svar på behandling och chanser till överlevnad. Inte nog med att samma tumörtyp skiljer mellan olika patienter, den senaste forskningen visar att även tumörceller från samma patient tycks skilja sig mycket åt. Därför det är så svårt att bota cancer. Vi har inte en enskild sjukdom att besegra, utan ett spektrum av sjukdomar som kan ha mycket litet gemensamt. Forskningen skapar ständigt nya idéer och möjligheter för cancerbehandling, och det gäller att utveckla dessa till nytta för patienten. I den här avhandlingen presenterar jag vad som skulle kunna kallas “ett magiskt hagelgevär” för cancerceller. HAMLET är ett humant protein-derivat bestående av två i bröstmjölk rikligt förekommande komponenter; proteinet α-laktalbumin och fettsyran oleinsyra. I HAMLET har dessa förenats och bildat en ny veckningsstruktur stabiliserad av fettsyran. Denna nya veckningsstruktur ger i sin tur HAMLET helt nya funktioner jämfört med α-laktalbumin; HAMLET har förmågan att döda en bred grupp av tumörceller från olika organ, med olika genetiska förändringar och från olika organismer. Till skillnad från tumörceller tycks friska celler inte påverkas nämnvärt av HAMLET. Det första arbetet i denna avhandling besvarar frågan – vad gör en tumörcell känslig för HAMLET? Genom att systematiskt slå ut en rad gener i tumörceller visar vi att ett protein kallat c-Myc är en drivande kraft. En av c-Mycs funktioner är att optimera tumörcellens ämnesomsättning för uppbyggnad av nya celler. Vi visar att denna förändrade ämnesomsättning är en nyckel för HAMLET-känslighet samt att HAMLET tycks stänga av tumörcellsmetabolism genom att direkta binda till ett av nyckel-proteinerna för nedbrytande av socker. HAMLET har tidigare visats påverka en rad viktiga funktioner i cellen men det har tidigare saknats en enhetlig mekanism som förklarar varför och hur HAMLET dödar så många olika typer av tumörceller. I avhandlingens andra arbete studerar vi de första stegen som leder till tumörcellernas död. Vi visar att HAMLET stör tumörcellernas membraner och aktiverar jonkanaler, som ser till att balansen av joner (kalcium, natrium och kalium) hålls på en för cellen hälsosam nivå. HAMLET-behandling leder till att jonkanaler öppnas och obalansen i jonnivåerna drar igång celldödsprogram med proteinet p38 som en viktig komponent. Dessa resultat klarlägger HAMLETs initiala effekter på tumörceller och föreslår också att jonkanaler kan vara attraktiva målmolekyler för cancerterapi. I arbete tre visar vi att både fettsyran och proteinet förklarar HAMLETs egenskaper och att båda är nödvändiga för HAMLETs fulla effekt. Den laddade varianten av fettsyran är också den biologiskt aktiva formen i t.ex. cellupptag, vilket är generellt intressant information kring fettsyrors funktion i celler. Vi har också visat att HAMLET fungerar som terapi mot cancer i tjocktarmen. Möss med en mänsklig genetiska defekt utvecklar spontant tjocktarmscancer. Efter peroral tillförsel av HAMLET kunde vi se en reduktion i antalet tumörer och tumörstorlek. HAMLET var stabilt i tarmen och togs upp i tumörvävnaden. Vi kunde också förebygga tumörutveckling genom att tillföra HAMLET från tidig ålder. Betydelsen av dessa resultat kan inte underskattas. Om resultaten bekräftas i kliniska studier skulle individer genetisk benägenhet för koloncancer kunna erbjudas HAMLET i förebyggande syfte. Är HAMLET därmed det sista skottet i kriget mot cancern som Nixon startade för 40 år sen? Det återstår att se men i denna avhandling har vi lagt viktiga bitar i HAMLET-pusslet genom att visa på mekanismer för tumörcellers död, egenskaper som gör dem känsliga för HAMLET samt visar att HAMLET är effektivt i en tarmcancermodell.