Apoptosis and tumor cell death pathways in response to HAMLET

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Celldöd är en lika viktig process som celldelning. Under hela ens liv måste vävnadens storlek regleras och gamla eller skadade celler förnyas. Detta styrs av en process som kallas programmerad cell död. Denna process är noggrant reglerad så att enbart oönskade celler tas bort. Om regleringen sätts ur funktion leder detta till ohämmad celldelning och cancer. Ett problem med befintliga cancermediciner är att de inte är selektiva för tumörceller utan även dödar friska celler i den omgivande vävnaden. Vi har upptäckt en molekyl från bröstmjölk som selektivt dödar tumörceller men inte friska celler. Molekylen har vi döpt till HAMLET (Human alpha-lactalbumin made lethal to tumor cells). Molekylen är ett komplex av ett protein, alfa-laktalbumin, och en fettsyra, oleinsyra. Alfa-laktalbumin är ett kalciumbindande protein som normalt har en kompakt struktur. Tar man däremot bort kalciumjonen öppnas strukturen upp. Vi tillverkar HAMLET just genom att ta bort kalciumjonen, men för att stabilisera och låsa fast proteinet i den öppna strukturen tillsätter vi fettsyran. Det är först när vi har bildat komplexet som molekylen kan inducera celldöd i tumörceller. Denna avhandling hade som syfte att försöka utreda hur HAMLET inducerar celldöd i tumörceller. I studie I undersökte vi hur HAMLET inducerar celldöd i förhållande till den vanligaste formen av celldöd, apoptos. När en cell dör av apoptos så aktiveras en grupp av nedbrytande proteiner som kallas caspaser. Man har sett att många av de förändringar som sker vid apoptos kan härledas just till caspaser. HAMLET aktiverade flera olika caspaser men nivåerna var låga jämfört med andra stimuli. När vi blockerade aktiviteten hos caspaserna påverkade vi inte celldöden, vilket visar att HAMLET aktiverar andra celldödsvägar parallellt. En vanlig egenskap hos tumörceller är att kontrollproteiner som reglerar celldöd förlorar sin normala funktion genom mutationer. Detta är en av anledningarna till att tumörceller blir resistenta mot cancerbehandling. Vi undersökte därför hur två av dessa kontrollproteiner, p53 och Bcl-2, med förändrad funktion, påverkade celldöd inducerad av HAMLET. Vi såg ingen skillnad i känslighet mellan celler som hade dessa proteiner och kontrollceller, vilket visar att HAMLET kan kringgå de normala kontrollmekanismerna. Studie II undersökte om HAMLET aktiverar en alternativ celldödsväg, autofagi, vilken inte är beroende av caspaser. HAMLET behandlade celler uppvisade alla de morfologiska förändringar som man förväntar sig vid denna form av celldöd. När vi blockerade denna form av celldöd dog cellerna i alla fall, vilket visar att HAMLET måste döda tumörceller via en annan celldödsväg. Celldelning är också en mycket noggrant reglerad process. Celler går igenom olika cellcykelfaser där cellens innehåll dubbleras för att den sedan skall kunna dela sig. Ett särdrag hos tumörceller är att de kan dela sig hämningslöst. I studie III undersökte vi hur HAMLET påverkar celler i olika cellcykelfaser. När vi använde en dos som normalt dödar 50 % av cellerna dog celler i en viss fas, G1, mer än celler i de andra faserna, men då vi höjde dosen dödade HAMLET alla celler oberoende av cellcykelfas. De flesta celler i den mänskliga kroppen har en mycket specialiserad funktion vilket också kallas för att de är högt differentierade. Dessa celler delar sig inte speciellt ofta. Tumörceller däremot är ofta lågt differentierade och har en högre celldelningstakt. Vi undersökte därför hur känsliga tumörceller med olika differentieringsgrad var för HAMLET. Det visade sig att differentierade tumör celler var mindre känsliga för HAMLET. Denna studie visade att HAMLET till skillnad från andra celldödsstimuli dödar celler oberoende av cellcykelfas och att lågt differentierade tumör celler är känsligare för HAMLET än tumör celler som har en högre differentieringsgrad. Studie IV undersökte om det är den strukturella förändringen i alfa-laktalbumin som är orsak till HAMLETs biologiska aktivitet. Alfa-laktalbumin i den öppna strukturen återgår normalt till den kompakta formen under de förhållanden som vi måste använda när vi behandlar tumörceller. Vi använde därför mutanter av alfa-laktalbumin som är fastlåsta i den öppna strukturen. Mutanterna hade ingen biologisk aktivitet på egen hand vilket visar att både proteinet och fettsyran behövs för den biologiska funktionen.