miR-1-3p targets GLIS1 to reverse epithelial-mesenchymal transition (EMT) and inhibit invasion and metastasis in breast cancer

Borstkanker is een ziekte waarbij cellen in de borst ongecontroleerd groeien, maar het gevaarlijkste aspect is niet de initiële groei; het is het vermogen van die cellen om te verspreiden, of te metastaseren, naar andere delen van het lichaam. Deze verspreiding vindt vaak plaats omdat kankercellen een transformatie ondergaan die de epitheliale-mesenchymale transitie wordt genoemd. In eenvoudige termen is dit een proces waarbij cellen die normaal gesproken stevig aan elkaar kleven in een gestructureerd weefsel, hun verbindingen verliezen, mobieler worden en het vermogen krijgen om nieuwe gebieden te infiltreren. Om deze verspreiding te stoppen, zoeken wetenschappers naar de moleculaire schakelaars die deze transitie controleren. Een dergelijke schakelaar is een klein stukje genetisch materiaal genaamd microRNA, dat fungeert als een dimschakelaar voor andere genen door hun activiteit omlaag te brengen. Een andere belangrijke speler is een eiwit genaamd GLIS1, dat functioneert als een meesterregulator die cellen vertelt hoe ze zich moeten gedragen. Het begrijpen van hoe deze twee met elkaar interageren, zou nieuwe manieren kunnen onthullen om kankercellen ervan te weerhouden te bewegen en te verspreiden.

Een team onderzoekers van ziekenhuizen in Ningxia, China, heeft een specifieke keten van gebeurtenissen ontdekt die deze gevaarlijke verspreiding in borstkanker aanstuurt. Ze ontdekten dat een beschermend molecuul, bekend als miR-1-3p, ontbreekt in borstkankertumoren. Wanneer dit molecuul aanwezig is, werkt het als een rem op een eiwit genaamd GLIS1. In gezond weefsel houdt miR-1-3p de niveaus van GLIS1 laag, maar in borstkanker zorgt het gebrek aan miR-1-3p ervoor dat GLIS1 zich opbouwt. Dit overschot aan GLIS1 triggert vervolgens een cascade die kankercellen glad en mobiel maakt, waardoor ze kunnen losraken en naar andere organen kunnen reizen. De onderzoekers ontdekten dat door het ontbrekende miR-1-3p te herstellen, zij het tijdschema konden omdraaien, waardoor de kankercellen werden gedwongen te stoppen met bewegen en weer aan elkaar te blijven plakken.

Om tot deze conclusie te komen, keken de wetenschappers eerst naar echte gegevens. Ze onderzochten weefselmonsters van 60 vrouwelijke patiënten die een operatie voor borstkanker hadden ondergaan. Door het kankercellenweefsel te vergelijken met het gezonde weefsel ernaast, bevestigden ze dat het beschermende miR-1-3p significant lager was in de kankermonsters. Hoe minder van dit molecuul ze vonden, hoe geavanceerder de kanker leek te zijn. Ze testten dit ook in het laboratorium met borstkankercellen die bekend staan als zeer agressief. Wanneer ze deze cellen dwongen om meer miR-1-3p te produceren, stopten de cellen met zo snel groeien en verloren ze hun vermogen om door barrières te kruipen, een cruciale stap in het verspreiden.

Het team stelde vervolgens een cruciale vraag: hoe doet miR-1-3p dit? Ze gebruikten computermodellen om te voorspellen welk gen miR-1-3p zou kunnen targeten en vonden een sterke overeenkomst met het gen voor GLIS1. Om deze connectie te bewijzen, voerden ze een directe test uit waarbij ze het miR-1-3p met het GLIS1-gen mengden in een schaal. De resultaten toonden aan dat miR-1-3p fysiek bindt aan GLIS1 en het uitschakelt. Wanneer de onderzoekers de hoeveelheid miR-1-3p verhoogden, daalden de niveaus van het GLIS1-eiwit. Omgekeerd, wanneer ze GLIS1 uit de kankercellen verwijderden, gedroegen de cellen zich meer als normale, stationaire cellen en verloren ze hun vermogen om te infiltreren en te migreren. Dit bevestigde dat GLIS1 het directe doelwit is dat miR-1-3p gebruikt om het gedrag van de kanker te controleren.

De studie ging dieper in om het mechanisme achter deze controle te begrijpen. Ze ontdekten dat GLIS1 werkt door een specifieke signaalroute te activeren die betrokken is bij een eiwit genaamd bèta-catenine. Wanneer GLIS1 hoog is, duwt het bèta-catenin om genen aan te zetten die cellen mobiel en minder plakkerig maken. De onderzoekers observeerden dat wanneer miR-1-3p werd toegevoegd aan de kankercellen, het GLIS1 verlaagde, wat op zijn beurt bèta-catenin verlaagde. Deze verandering veroorzaakte dat de cellen terugschakelden naar een stationaire staat, waarbij ze meer van een "lijm"-eiwit genaamd E-cadherine produceerden en minder van de "losse" eiwitten die beweging mogelijk maken. Om er zeker van te zijn dat dit de juiste route was, voerden ze rescue-experimenten uit. Ze voegden extra GLIS1 toe aan de cellen die al hoge niveaus van miR-1-3p hadden. Dit extra GLIS1 slaagde erin om de miR-1-3p te overstemmen, waardoor de cellen weer mobiel werden. Dit bewees dat miR-1-3p specifiek werkt door GLIS1 te onderdrukken.

Ten slotte testten de onderzoekers deze bevindingen in levende dieren om te zien of de resultaten standhielden in een complex biologisch systeem. Ze injecteerden borstkankercellen in de oksel van muizen. Eén groep muizen kreeg cellen die waren aangepast om hoge niveaus van miR-1-3p te produceren, terwijl de controlegroep normale cellen kreeg. Over een periode van drie weken groeiden de tumoren in de controlegroep groot en verspreidden ze zich. In tegenstelling hiertoe bleven de tumoren in de muizen met het extra miR-1-3p klein en vertoonden ze duidelijke grenzen, met zeer weinig invasie in het omliggende weefsel. De tumoren waren ook aanzienlijk lichter van gewicht. Deze resultaten bevestigden dat het moleculaire mechanisme dat in het laboratorium werd waargenomen, effectief werkt in een levend lichaam.

Dit onderzoek biedt een duidelijke kaart van een specifieke route die borstkanker gebruikt om te verspreiden. Het laat zien dat het verlies van miR-1-3p een kritieke gebeurtenis is die het GLIS1-eiwit laat stijgen en de epitheliale-mesenchymale transitie in gang zet. Door deze keten van gebeurtenissen te identificeren, suggereert de studie dat therapieën die gericht zijn op het herstellen van miR-1-3p of het blokkeren van GLIS1 potentieel de kankercellen kunnen stoppen om mobiel te worden en te verspreiden. Hoewel de studie geen genezing claimt, biedt het een precies doelwit voor toekomstige behandelingen, waarbij de focus verschuift van algemene chemotherapie naar specifieke moleculaire interventies die metastase kunnen voorkomen.