ESCRT-dependent YAP degradation by AKT blockade overcomes adaptive resistance to RAS(ON) inhibition in pancreatobiliary cancer

Kankercellen zijn meesters in overleving; ze herprogrammeren voortdurend hun interne machinerie om te ontsnappen aan de medicijnen die bedoeld zijn om hen te doden. In agressieve kankers van de pancreas en de galwegen is een veelvoorkomende strategie voor resistentie betrokken bij een eiwit genaamd YAP. Dit eiwit fungeert als een hoofdschakelaar die genen aanzet die helpen de tumor te laten groeien en behandelingen te negeren. Jarenlang wisten wetenschappers dat een ander eiwit, AKT, helpt om YAP actief te houden, maar ze begrepen het volledige plaatje van hoe zij met elkaar interageren niet. De heersende opvatting was dat cellen ongewenste eiwitten afvoeren door ze te versnipperen in een cellulair recyclingcentrum dat het proteasoom wordt genoemd. Deze visie liet echter een gat in het begrip over hoe men YAP permanent kan stoppen wanneer kankercellen besluiten terug te vechten.

Een team onderzoekers van de Mayo Clinic heeft nu een andere, verborgen route ontdekt die cellen gebruiken om YAP te vernietigen, en ze hebben een manier gevonden om kankercellen te dwingen deze te gebruiken. Door het AKT-eiwit te blokkeren met een medicijn dat al is goedgekeurd voor borstkanker, ontdekten ze dat de kankercellen niet alleen stoppen met het maken van YAP, maar het bestaande eiwit actief naar een ander verbrandingssysteem leiden, het lysosoom, waar het wordt opgelost. Deze ontdekking is significant omdat het een nieuwe kwetsbaarheid onthult in hoe deze dodelijke tumoren overleven. De onderzoekers toonden aan dat het combineren van deze AKT-blokker met een medicijn dat zich richt op het RAS-eiwit, een veelvo']] voorkomende drijfveer van deze kankers, de resistentie die normaal gesproken de behandeling blokkeert, kan overwinnen. In laboratoriummodellen vertoonde deze combinatie niet alleen een vertraging van de tumorgroei; het leidde tot bijna volledige tumorresolutie in vier van de zes muizen in een specifiek orthotopisch model.

De studie begon met het bekijken van de complexe signaalnetwerken binnen menselijke galwegtumoren. De onderzoekers analyseerden de activiteit van honderden verschillende enzymen, bekend als kinasen, die fungen als de interne boodschappers van de cel. Ze vonden dat AKT een van de meest actieve en belangrijke drijvers in deze tumoren was. Wanneer ze kankercellen in een schaal behandelden met capivasertib, een medicijn dat AKT blokkeert, verwachtten ze dat de cellen simpelweg zouden stoppen met groeien. In plaats daarvan observeerden ze iets verrassends: de niveaus van het YAP-eiwit daalden drastisch binnen enkele uren. Dit kwam niet doordat de cellen stopten met het maken van het eiwit; de instructies voor het maken ervan waren nog steeds aanwezig. Het eiwit zelf werd vernietigd.

Om te begrijpen hoe deze vernietiging plaatsvond, onderzocht het team de cellulaire machinerie die verantwoordelijk is voor de afbraak van eiwitten. Ze controleerden eerst het proteasoom, de standaardversnipperaar van de cel voor ongewenste eiwitten. Ze stelden vast dat het blokkeren van het proteasoom de afname van YAP niet stopte, wat bewees dat dit niet de gebruikelijke afvoerroute was. In plaats daarvan wees het bewijs naar het lysosoom, een ander deel van de cel dat materialen verteert met krachtige enzymen. Wanneer de onderzoekers medicijnen gebruikten om het lysosoom te blokkeren, bleef het YAP-eiwit veilig, wat bevestigde dat de cel het YAP naar dit specifieke verteringssysteem voor vernietiging routeert.

De onderzoekers identificeerden vervolgens de specifieke gids die YAP naar deze lysosomale vuilnisbak leidt. Ze ontdekten dat een eiwit genaamd AMOTL2 fungeert als de essentiële brug. Onder normale omstandigheden houdt het actieve AKT-eiwit AMOTL2 in toom, waardoor wordt voorkomen dat het YAP grijpt. Wanneer de onderzoekers AKT blokkeerden, werd AMOTL2 vrijgelaten en bond het zich onmiddellijk aan YAP, waarbij het YAP naar het lysosoom begeleidt. Om te bewijzen dat dit de cruciale stap was, verwijderden ze het gen voor AMOTL2 uit de kankercellen. Zonder deze gids konden de cellen YAP niet meer vernietigen, zelfs niet wanneer AKT werd geblokkeerd. Dit bevestigde dat AMOTL2 de noodzakelijke sleutel is die de deur naar de vernietiging van YAP ontgrendelt.

Dit mechanisme bood een krachtige nieuwe strategie voor de behandeling van kankers die resistent zijn geworden tegen standaardtherapieën. De onderzoekers wisten dat veel van deze tumoren uiteindelijk stoppen met reageren op medicijnen die gericht zijn op het RAS-eiwit, een veelvoorkomende mutatie in deze kankers. Ze vermoedden dat deze resistentie werd gedreven door YAP die bijspringt om de cellen in leven te houden. Ze testten dit door kankercellen te creëren die hadden geleerd om een krachtig RAS-blokkerend medicijn te negeren. Deze resistente cellen vertoonden hoge niveaus van actief AKT en lage niveaus van YAP-fosforylering, een chemische markering die eiwitten normaal gesproken voor afbraak markeert. Wanneer ze deze resistente cellen behandelden met de AKT-blokker, werden de cellen zeer gevoelig voor het medicijn en werd het YAP-eiwit snel afgebroken.

De meest overtuigende resultaten kwamen voort uit tests in levende dieren. De onderzoekers gebruikten een muismodel dat menselijke galwegkanker nauwgezet nabootst, waarbij tumoren direct in de lever werden gekweekt. Ze behandelden de muizen met het RAS-blokkerende medicijn alleen, het AKT-blokkerende medicijn alleen, of een combinatie van beide. De muizen die alleen het RAS-medicijn kregen, zagen hun tumoren groeien en de meesten overleefden het niet lang. De muizen die alleen het AKT-medicijn kregen, hadden enig voordeel, maar de tumoren bleven bestaan. Echter, de muizen die beide medicijnen samen kregen, vertoonden een dramatische respons. In de groep die met de combinatie werd behandeld, waren vier van de zes muizen nog steeds in leven aan het einde van de studie, terwijl slechts één van de zes overleefde in de groep die met het RAS-medicijn alleen werd behandeld. In deze overlevende dieren waren de tumoren bijna volledig verdwenen, waarbij gezond leverweefsel achterbleef.

Om te zien of deze ontdekking ertoe deed voor menselijke patiënten, bekeken het team gegevens van grote groepen mensen met galwegkanker. Ze vonden dat patiënten wier tumoren hoge niveaus hadden van de machinerie die nodig is voor dit lysosomale afvoersysteem, specifiek een component genaamd PDCD6IP, een slechtere prognose hadden. Dit suggereert dat hoewel deze tumoren agressief zijn, ze ook geprimed zijn om kwetsbaar te zijn voor de AKT-blokkerende strategie. De onderzoekers stelden voor dat de zeer machinerie die deze tumoren gevaarlijk maakt, tegen henzelf gekeerd kan worden. Als een tumor een hoog niveau heeft van dit afvoersysteem, kan het blokkeren van AKT een massale, zelfvernietigende schoonmaak van het YAP-eiwit triggeren, waardoor de resistentie van de kanker effectief wordt ontwapend.

De studie verduidelijkte ook wat er niet gebeurt. De onderzoekers toonden expliciet aan dat de vernietiging van YAP niet afhankelijk is van het autofagieproces van de cel, een andere methode van zelfreiniging waar sommige andere studies op hadden gewezen. Ze spraken ook de gedachte tegen dat het medicijn simpelweg stopt met het maken van nieuw YAP; het eiwit was er al en werd actief verwijderd. De bevindingen bieden een duidelijke, stapsgewijze kaart van een nieuw biologisch proces: het blokkeren van AKT laat de rem op AMOTL2 los, die vervolgens YAP naar het lysosoom begeleidt voor vernietiging.

Dit werk gaat verder dan alleen observeren dat een medicijn werkt; het legt het fysieke mechanisme uit van hoe de kankercel wordt gedemonteerd. Door het specifieke gids-eiwit en de afvoerroute te identificeren, hebben de onderzoekers een nieuw pad voor combinatietherapie geopend. De resultaten suggereren dat voor patiënten met deze moeilijk te behandelen kankers, het toevoegen van een AKT-blokker aan bestaande behandelingen de tumor kan voorkomen dat deze zich aanpast en overleeft. De studie concludeert dat dit endogene pad van eiwitvernietiging een echt, actiegericht doel is dat kan helpen de adaptieve resistentie te overwinnen die de successen van kankertherapie in de pancreas en de galwegen al lang beperkt.