USP7 represents a therapeutic target for EGFR-driven and EGFR-TKI–resistance to EGFR mutations in lung cancer

Longitudinale longkanker blijft een van de meest vechtbare uitdagingen in de moderne geneeskunde, met name een type dat bekend staat als niet-kleincellige longkanker. Voor veel patiënten wordt deze ziekte gedreven door een specifiek eiwit op het oppervlak van hun cellen, genaald EGFR genoemd. Dit eiwit werkt als een schakelaar die, wanneer deze vastzit in de "aan"-positie, de cel vertelt om ongecontroleerd te groeien en te delen. Artsen hebben krachtige medicijnen ontwikkeld om deze schakelaar uit te zetten, maar de kanker vindt vaak een manier om de blokkade te omzeilen, waardoor de groei voortduurt ondanks de behandeling. Om te begrijpen waarom dit gebeurt en hoe dit te stoppen, moeten wetenschappers dieper kijken dan alleen naar de schakelaar zelf. Ze moeten de machinerie begrijpen die de schakelaar stabiel houdt en de verborgen paden begrijpen die de kanker in staat stellen te overleven wanneer de hoofdroute geblokkeerd is.

Een team van onderzoekers heeft nu een cruciaal onderdeel van deze machinerie geïdentificeerd. Ze ontdekten dat een specifiek enzym, dat ze USP7 noemen, fungeert als een meesterregulator voor het overleven van de kanker. In gezonde cellen worden eiwitten constant opgebouwd en afgebroken in een gecontroleerde cyclus. De onderzoekers ontdekten dat USP7 deze cyclus verstoort door de moleculaire labels te verwijderen die eiwitten markeren voor vernietiging. Door dit te doen, stabiliseert het twee belangrijke eiwitten: de EGFR-schakelaar en een ander eiwit genaamd c-Abl, dat de kankercel helpt communiceren en bewegen. Wanneer USP7 aanwezig is, blijven deze eiwitten stabiel en actief, wat de groei van de tumor aanjaagt. De studie toont aan dat wanneer wetenschappers USP7 verwijderen, de kankereiwitten uit elkaar vallen en het vermogen van de tumor om te groeien en te verspreiden instort.

Het onderzoek begon met het bekijken van weefselmonsters van drieënveertig patiënten met longkanker. De onderzoekers vergeleken de genetische activiteit in het tumorweefsel met het gezonde weefsel van dezelfde patiënten. Ze ontdekten dat in bijna drie kwart van de gevallen het gen voor USP7 veel hoger werd geactiveerd dan normaal. Dit hoge niveau van activiteit was geen toevallige gebeurtenis; het was nauw verbonden met tekenen van agressieve ziekte, zoals het verspreiden van de kanker naar andere delen van het lichaam en een slechtere prognose voor de patiënt. De gegevens suggereerden dat tumoren met hoge niveaus van USP7 een gevaarlijker programma draaiden, een programma dat zwaar leunde op de EGFR- en c-Abl-eiwitten om te overleven.

Om te bewijzen dat USP7 daadwerkelijk het probleem veroorzaakte in plaats van slechts een toeschouwer te zijn, maakten de wetenschappers gebruik van laboratoriumexperimenten. Ze gebruikten een nauwkeurige genetische tool om het USP7-gen te verwijderen uit longkankercellen die in een schaal werden gekweekt. Zonder dit enzym verloren de kankercellen hun vermogen om te vermenigvuldigen en te bewegen. Ze konden geen kolonies meer vormen of groeien in driedimensionale sferen, wat modellen zijn van hoe tumoren zich in het menselijk lichaam gedragen. Wanneer de onderzoekers deze gemodificeerde cellen in muizen plaatsten, groeiden de tumoren aanzienlijk langzamer en waren ze veel kleiner dan de tumoren gevormd door normale kankercellen. Dit bevestigde dat USP7 essentieel is voor de kanker om te gedijen.

Het team zocht vervolgens naar de moleculaire details om precies te zien hoe dit enzym werkt. Ze ontdekten dat USP7 fysiek grip krijgt op zowel het EGFR-eiwit als het c-Abl-eiwit. Eenmaal bevestigd, verwijdert het de ubiquitineketens die normaal gesproken de cel zouden signaleren om deze eiwitten te recyclen. Het is als een arbeider die de "verwijder"-labels van een machine verwijdert, om ervoor te zorgen dat de machine in bedrijf blijft. Omdat de eiwitten niet langer worden vernietigd, accumuleren ze en vormen ze een krachtig complex dat constante groeisignalen naar de cel stuurt. De onderzoekers toonden aan dat dit complex verschillende downstream-paden activeert, waaronder die welke de celdeling en het overleven controleren. Wanneer zij het USP7-gen herstelden in de cellen waar het was verwijderd, herwonnen de kankercellen onmiddellijk hun agressieve gedrag, wat bewees dat het enzym de ontbrekende schakel was.

Misschien wel de meest significante bevinding was dat dit mechanisme zelfs werkt wanneer de kanker resistent is geworden tegen standaardbehandelingen. Veel patiënten met longkanker hebben mutaties in hun EGFR-gen die de kanker laten groeien op zichzelf, en ze gebruiken vaak medicijnen die ontworpen zijn om deze gemuteerde schakelaars te blokkeren. Echter, de kanker leert uiteindelijk resistent te worden tegen deze medicijnen. De onderzoekers testten hun theorie op cellijnen die deze specifieke, moeilijk te behandelen mutaties bevatten, inclusief een complexe mutatie bekend als L858R/T790M/C797S. Ze ontdekten dat zelfs in deze resistente cellen USP7 nog steeds de EGFR- en c-Abl-eiwitten bij elkaar hield. Wanneer ze een chemische inhibitor gebruikten om USP7 te blokkeren, destabiliseerden en braken de gemuteerde eiwitten af, net als de normale eiwitten. De kankercellen stopten met groeien en verloren hun vermogen om te verspreiden, ongeacht de specifieke mutatie die ze droegen.

De studie testte ook een specifiek medicijn genaamd P5091, dat ontworpen is om USP7 te remmen. In het laboratorium slaagde dit medicijn erin om de niveaus van EGFR en c-Abl in zowel normale als gemuteerde kankercellen te verminderen. Het onderdrukte de groei van tumoren op een manier die de genetische verwijdering van het enzym nabootste. Het medicijn was effectief bij concentraties die de cellen niet onmiddellijk doodden, wat suggereert dat het een specifieke kwetsbaarheid aanvalt in plaats van algemene toxiciteit te veroorzaken. De onderzoekers berekenden dat het medicijn effectief was bij zeer lage concentraties, waarbij sommige cellijnen reageerden op niveaus zo laag als één micromolair. Dit geeft aan dat het targeten van USP7 een levensvatbare strategie kan zijn voor patiënten wiens kanker niet meer reageert op huidige therapieën.

De implicaties van deze bevindingen zijn aanzienlijk voor de toekomst van de behandeling van longkanker. Het onderzoek suggereert dat de stabiliteit van de groeiproteïnen van de kanker een kritiek zwak punt is dat over het hoofd is gezien. Door te focussen op het enzym dat deze eiwitten stabiel houdt, kunnen artsen mogelijk de motor van de kanker uitschakelen, zelfs wanneer de gebruikelijke schakelaars geblokkeerd zijn. De studie vestigt dat USP7 een centraal knooppunt is dat de capaciteit van de kanker om zich aan te passen en te overleven coördineert. Hoewel het werk in cellen en muizen werd uitgevoerd, bieden de resultaten een sterke basis voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen die patiënten kunnen helpen die geen opties meer hebben. De onderzoekers stellen voor dat het blokkeren van dit enzym een mutatie-onafhankelijke strategie zou kunnen zijn, wat betekent dat het effectief kan zijn bij verschillende soorten longkanker, en daarmee een nieuwe weg biedt voor een ziekte die al lang moeilijk te genezen is.