Targeting the USP14/Anillin Axis Enhances Radiosensitivity by Inactivating the Wnt/β- Catenin Pathway in Esophageal Squamous Carcinoma

Slokdarmkanker is een vormtochtige ziekte, vooral in de gevorderde stadia wanneer de buis die de keel met de maag verbindt geblokkeerd raakt, waardoor slikken moeilijk of onmogelijk wordt. Voor patiënten die geen operatie kunnen ondergaan, wenden artsen zich vaak tot een behandeling genaamd brachytherapie. Dit houdt in dat een stent wordt geplaatst die geladen is met minuscule radioactieve zaadjes direct in de blokkade. Deze zaadjes zenden gedurende een bepaalde tijd een constante, lage dosis straling uit om de tumor te laten krimpen en de doorgang open te houden. Hoewel deze aanpak verlichting biedt, werkt het niet voor iedereen. Een aanzienlijk deel van de patiënten merkt dat hun tumoren niet goed reageren op de straling, of dat ze na verloop van tijd niet meer reageren, wat leidt tot een terugkeer van de kanker. De reden voor deze resistentie bleef een mysterie, maar het begrijpen ervan is de sleutel om meer mensen te helpen overleven.

In het hart van dit mysterie ligt een complex systeem binnen onze cellen dat beslist welke eiwitten behouden blijven en welke worden vernietigd. Stel je een cel voor als een drukke fabriek waar eiwitten de arbeiders zijn. Om de fabriek soepel te laten draaien, markeert de cel voortdurend beschadigde of niet langer benodigde arbeiders met een klein moleculair label genaamd ubiquitine. Dit label fungeert als een "vernietig"-signaal, dat het eiwit naar een cellulair recyclingcentrum genaamd het proteasoom stuurt om te worden afgebroken. Er zijn echter ook enzymen die deze labels kunnen verwijderen, waardoor het eiwit effectief wordt gered van vernietiging. Wanneer dit systeem fout gaat, kunnen gevaarlijke eiwitten zich ophopen en de kankercellen helpen groeien of behandelingen te weerstaan. Wetenschappers hebben lang vermoed dat een specifiek eiwit genaamd Anilline, dat helpt bij het delen van cellen, betrokken zou kunnen zijn bij dit proces, maar de exacte rol van Anilline in radiostraalresistentie was onduidelijk.

In een nieuwe studie probeerden onderzoekers te ontdekken hoe Anilline de effectiviteit van brachytherapie bij slokdarmplaveiselcelcarcinoom beïnvloedt, de meest voorkomende vorm van slokdarmkanker in Azië. Ze begonnen door weefselmonsters te onderzoeken van patiënten die radioactieve stents hadden ontvangen. Ze ontdekten dat bij patiënten wier tumoren niet goed reageerden op de straling, de niveaus van Anilline ongewoon hoog waren. Om te testen of dit eiwit daadwerkelijk de resistentie veroorzaakte, gebruikten het team laboratoriumexperimenten. Ze namen slokdarmkankercellen die bekend stonden als resistent tegen straling en gebruikten genetische hulpmiddeling om de hoeveelheid Anilline in deze cellen te verminderen. Wanneer ze deze gemodificeerde cellen blootstelden aan dezelfde dosis straling als bij de patiënten, stierven de cellen met lage Anilline-niveaus veel gemakkelijker dan de ongemodificeerde cellen. Ze vormden minder kolonies, vertoonden meer tekenen van DNA-schade en waren veel minder in staat om naar andere gebieden te verspreiden. Dit suggereerde dat Anilline fungeerde als een schild dat de kankercellen beschermde tegen de straling.

De onderzoekers gingen dieper in op de vraag hoe dit schild werkte. Ze ontdekten dat Anilline niet alleen werkt; het functioneert als een steiger, een structureel platform dat andere eiwitten bij elkaar brengt. Specifiek ontdekten ze dat Anilline een enzym genaamd USP14 rekruteert. Dit enzym fungeert als een label-verwijderaar, in staat om de "vernietig"-signalen van andere eiwitten af te strippen. In dit geval brengt Anilline USP14 dicht bij een eiwit genaamd bèta-catenine. Normaal gesproken wordt bèta-catenine gemarkeerd voor vernietiging, maar wanneer Anilline en USP14 samenwerken, verwijderen zij de labels, waardoor bèta-catenine kan accumuleren en overleven. Hoge niveaus van bèta-catenine activeren een signaalroute die bekend staat als Wnt, die de cel vertelt te groeien en zichzelf te herstellen. Door bèta-catenine veilig te houden, zet Anilline in feite een overlevingsschakelaar aan die de kankercellen helpt de schade door de straling te herstellen en te blijven gedijen.

Om deze keten van gebeurtenissen te bevestigen, voerden de wetenschappers een reeks rigoureuze tests uit. Ze toonden aan dat wanneer Anilline werd geblokkeerd, het bèta-catenine-eiwit niet langer beschermd was; het werd gemarkeerd voor vernietiging en afgebroken door het recyclingsysteem van de cel. Ze demonstreerden ook dat de interactie tussen Anilline en USP14 direct en fysiek was. In experimenten met computermodellering visualiseerden ze hoe deze eiwitten in elkaar passen en berekenden ze de sterkte van hun binding om te verzekeren dat de verbinding plausibel was. Bovendien testten ze of het heractiveren van de overlevingsroute de voordelen van het verwijderen van Anilline kon ongedaan maken. Wanneer ze een chemische stof gebruikte om de Wnt-route kunstmatig te stimuleren in cellen waar Anilline was verwijderd, herwonnen de cellen hun resistentie tegen straling. Dit bewees dat het gehele mechanisme rust op deze specifieke route: Anilline rekruteert USP14 om bèta-catenine te redden, wat op zijn beurt de resistentie aanstuurt.

De studie keek ook naar wat er gebeurt in levende dieren om te zien of deze bevindingen standhielden in een complexere omgeving. Het team implanteerde menselijke slokdarmkankercellen in muizen en behandelde hen met brachytherapie-zaadjes die vergelijkbaar zijn met die gebruikt worden bij mensen. Muizen met tumoren met normale niveaus van Anilline vertoonden slechts een matige verbetering na de behandeling. Echter, in muizen waarbij de onderzoekers de Anilline-niveaus genetisch hadden verlaagd, krompen de tumoren aanzienlijk meer, en de verspreiding van kanker naar de longen werd sterk verminderd. De combinatie van het verlagen van Anilline en het toepassen van straling was veel effectiever dan straling alleen, zonder extra schade toe te brengen aan de muizen. Deze resultaten bevestigden dat het targeten van Anilline de radiotherapie veel krachtiger kon maken.

Dit werk biedt een duidelijke verklaring voor waarom sommige slokdarmkankers resistent zijn tegen brachytherapie en wijst op een nieuwe manier om ze te behandelen. De onderzoekers ontdekten dat Anilline fungeert als een meesterorganisator, die de instrumenten verzamelt die nodig zijn om een cruciaal overlevings eiwit te beschermen tegen vernietiging. Door deze samenwerking te verstoren, is het mogelijk om de defensies van de kanker weg te nemen en haar weer kwetsbaar te maken voor straling. Hoewel deze studie in het laboratorium en in diermodellen werd uitgevoerd, bieden de bevindingen een veelbelovende richting voor toekomstige behandelingen. Als artsen medicijnen kunnen ontwikkelen om de interactie tussen Anilline en USP14 te blokkeren, zouden ze het tij kunnen keren voor patiënten die momenteel niet reageren op standaard radiotherapie, wat een nieuwe hoop biedt om een van de meest hardnekkige vormen van slokdarmkanker te overwinnen.