miR-200 Modulates EMT in Colorectal Cancer via ZEB1, BBC3, SMAD, and NRAS: Implications for Metastasis through E-Cadherin Suppression and MMP-9 Activation

Darmkanker is een ziekte waarbij cellen in de bekleding van de dikke darm ongecontroleerd groeien. In de vroege stadia klonteren deze cellen stevig aan elkaar en vormen ze een solide, georganiseerd weefsel. Echter, om naar andere delen van het lichaam te kunnen verspreiden, moeten deze cellen van aard veranderen. Ze moeten hun grip op hun buren versoepelen, mobieler worden en het omliggende weefsel binnendringen. Deze transformatie staat bekend als de epitheliale-mesenchymale transitie. Denk erbij aan een cel die besluit een druk appartementengebouw te verlaten om alleen over straat te dwalen; het verliest zijn gevoel van gemeenschap en krijgt het vermogen om vrij te bewegen. Dit proces wordt gedreven door een complexe reeks moleculaire signalen. Sommige signalen werken als remmen, die de cellen in hun georganiseerde staat houden, terwijl andere als versnellers fungeren, die de cellen richting beweging en invasie duwen. Het begrijpen van hoe deze signalen met elkaar interageren is cruciaal, omdat de verspreiding van kanker, in plaats van de oorspronkelijke tumor zelf, verantwoordelijk is voor het overgrote deel van de sterfgevallen door deze ziekte.

Een team onderzoekers van de Tehran University of Medical Sciences en de Universiteit van Pavia zette zich schouder aan schouder om deze signalen in menselijke darmkanker in kaart te brengen. Ze richtten zich op een specifieke groep piepkleine moleculen genaamd microRNA's, die fungeren als volumeknoppen voor genen, waardoor de productie van bepaalde eiwitten wordt opgevoerd of verlaagd. Specifiek keken ze naar een familie van deze moleculen bekend als miR-200. In gezond weefsel houdt miR-200 een eiwit genaamd ZEB1 in toom. ZEB1 is een hoofdschakelaar die cellen vertelt om te stoppen met aan elkaar plakken en te beginnen met bewegen. De onderzoekers vermoedden dat in kanker deze volumeknop wordt lager gedraaid, waardoor ZEB1 ongecontroleerd kan rondwaren en de verspreiding van de kanker aanstuurt. Om dit te testen, onderzochten zij vijftig monsters van darmkankercellen afgenomen van patiënten, waarbij zij deze vergeleken met gezond weefsel afgenomen van dezelfde individuen. Zij maten de niveaus van miR-200 en verschillende andere belangrijke spelers, inclusief ZEB1, eiwitten betrokken bij celsterfte en moleculen die groei signaleren. Ze keken ook naar het fysieke bewijs van deze transitie: de aanwezigheid van een plakkerig eiwit genaamd E-cadherine, dat cellen bij elkaar houdt, en een destructief enzym genaamd MMP-9, dat cellen helpt om barrières door te bijten om te bewegen.

De resultaten schetsen een duidelijk beeld van wat er gebeurt naarmate de kanker agressiever wordt. In de kankercellenheden vonden de onderzoekers dat de niveaus van miR-200 aanzienlijk lager waren dan in het gezonde weefsel. Naarmate de tumoren gevorderder werden, van vroege stadia naar latere stadia, bleef de hoeveelheid miR-200 dalen. Tegelijkertijd stegen de niveaus van ZEB1 scherp. Dit bevestigde het idee dat wanneer de beschermende miR-200 verloren gaat, ZEB1 vrij is om toe te nemen. De studie onthulde ook dat deze verschuiving niet in isolatie plaatsvond. Naast de stijging van ZEB1 zagen de onderzoekers een toename van andere moleculen die beweging en overleving bevorderen, waaronder een eiwit genaamd vimentine, dat cellen helpt van vorm te veranderen, en een signaalmolecuul genaamd NRAS. Ze vonden ook hogere niveaus van een eiwit genaamd BBC3, dat gewoonlijk geassocieerd wordt met celsterfte maar blijkbaar verhoogd was in het kankercelweefsel, wat wijst op een complexe rol in hoe deze cellen met stress omgaan.

De fysieke veranderingen in de cellen kwamen overeen met deze moleculaire verschuivingen. De onderzoekers ontdekten dat de kankercellen veel minder E-cadherine hadden, wat betekent dat de cellen hun vermogen verloren om aan elkaar te plakken. Daartegenover stonden de niveaus van MMP-9 veel hoger, wat aangeeft dat de cellen actief hun omgeving afbreken om een pad voor invasie te maken. Deze veranderingen waren niet willekeurig; ze correleerden direct met hoe ernstig de kanker was. Patiënten met meer gevorderde tumoren, geclassificeerd als graad twee of drie, vertoonden een veel sterkere afname van miR-200 en een veel sterkere stijging van de agressieve markers dan patiënten met kanker in een vroeg stadium. De onderzoekers keken ook naar een ander signaalmolecuul, SMAD2, dat betrokken is bij hoe cellen reageren op groeisignalen. Ze vonden dat de niveaus ervan stegen in de middelste stadia van de kanker, maar dat het geen simpel recht lijntje volgde, wat suggereert dat de rol ervan verandert naarmate de ziekte vordert.

Om te begrijpen hoe deze stukjes in elkaar passen, gebruikten het team computermodellen om te zien hoe deze genen met elkaar interageren. De modellen lieten zien dat deze moleculen deel uitmaken van een nauw verbonden netwerk, waarbij veranderingen in één deel effect hebben op de anderen. Ze controleerden ook grote publieke databases met kankergegevens om te zien of hoge niveaus van deze moleculen het leven van patiënten voorspelden. Hoewel de gegevens geen statistisch significant verband lieten zien tussen deze specifieke moleculen en overleving in de grote database, waren de patronen waargenomen in hun eigen vijftig patiënten consistent en sterk. De studie concludeert dat het verlies van miR-200 een centrale gebeurtenis is die de deur opent voor de verspreiding van darmkanker. Door de remmen op ZEB1 en andere agressieve signalen los te laten, ondergaan de kankercellen een transformatie die hen in staat stelt om los te laten, te infiltreren en te reizen. Deze bevinding benadrukt een potentiële nieuwe manier om de ziekte te bestrijden: als wetenschappers de niveaus van miR-200 kunnen herstellen of de activiteit van ZEB1 kunnen blokkeren, kunnen zij wellicht voorkomen dat de kanker van vorm verandert en zich verspreidt, wat een nieuwe strategie biedt om de resultaten voor patiënten met metastatische ziekte te verbeteren.