Molekylär genetik och cellulära händelser vid k-ras-driven tumorigenes | onkogen

Molekylär genetik och cellulära händelser vid k-ras-driven tumorigenes | onkogen

Anonim

ämnen

  • apoptos
  • Cancergenetik
  • DNA-skada och reparation
  • Genomisk instabilitet

Abstrakt

Cellulär transformation och ackumulering av genomisk instabilitet är de två viktiga händelserna som krävs för tumörgenes. K-Ras (Kirsten-råtta sarkom viral onkogen homolog) är en framträdande onkogen som har visat sig driva tumörigenes. K-Ras modulerar också många genetiska regleringsmekanismer och bildar ett stort tumörgenesnätverk. I denna översikt spårar vi de genetiska aspekterna av K-Ras signalnätverk och samlar sekvensen av cellulära händelser som utgör tumörgenesprocessen, såsom reglering av K-Ras-uttryck (som påverkas av miRNA, liten nukleolär RNA och lncRNA), aktivering av K-Ras (mutationer), generering av reaktiva syrespecies (ROS), induktion av DNA-skada och apoptos, induktion av reparationsvägar för DNA-skador och ROS-avgiftningssystem, cellomvandling efter apoptos genom blödeskyddsprogrammet och ackumulering av genomisk / kromosomal instabilitet som leder till tumörgenes.

Introduktion

Cancer är fortfarande en svår sjukdom att bota och den vanligaste orsaken till sjukdomsassocierad dödlighet. En ofullständig förståelse av tumörigenesprocessen och genereringen av heterogenitet inom tumörer gör terapeutiska åtgärder ineffektiva mot cancer. Samlade bevis pekar på det faktum att klonerna som utvecklar resistens mot terapi är cancerstamceller 1 och ofta har genetiska förändringar i K-Ras. 2 En huvudsaklig orsak till heterogenitet / klonal skillnad är genomisk instabilitet, som genererar cancerceller med strukturella eller numeriska kromosomala förändringar som resulterar i förändringar av kritiska gener som K-Ras 3 som styr cellöverlevnad och immundundation. I denna översikt spårar vi de genetiska aspekterna och sekvensen av cellulära händelser som utgör den K-Ras-driven tumörigenesprocessen som en modell för onkogendriven tumorigenes, med speciellt fokus på rollen för celltransformation och genomisk instabilitet och hur RNA-interferens av K-Ras påverkar tumörgenes.

K-Ras: genetisk reglering av uttryck och aktivering

Ras oncogenes ( HRAS, KRAS och NRAS ) upptäcktes från virus och visade sig ha transformerande (sfär / fokusbildande / förankringsoberoende tillväxt / klonogen tillväxt) egenskaper. 4 KRAS kodar för en 21 kDa proteinprodukt och är en kraftfull medlem av Ras oncogenfamiljen. KRAS har två alternativt skarvade mRNA-varianter, nämligen KRAS4A och KRAS4B. 4 Mänskliga celler har KRAS- genen i kromosomalt band 12p12.1. 5

När KRAS- genen har transkriberats utsätts mRNA antingen för translation eller RNA-interferensmedierad nedbrytning (figur 1 och tabell 1). Let-7 mikro-RNA (miR / miRNA) riktar sig mot K-Ras mRNA för nedbrytning genom LCS (Let-7 komplementära platser) inom K-Ras mRNA. 6, 7 Intressant nog, Chin et al. 8 använde kliniska prover för att identifiera att en LCS6-variantallel med en mutation i den miRNA-bindande regionen var associerad med K-Ras överuttryck. H19 lång icke-kodande RNA (lncRNA) blockerar K-Ras mRNA-nedbrytning genom att antagonisera Let-7-miRNA. 9 Dessutom riktar miR-16 direkt 3 the-UTR för KRAS mRNA för att blockera K-Ras-uttryck 10 (figur 1). I vilken utsträckning miRNA kors reagerar med mRNA från andra ras onkogener är inte väl förstått. Emellertid befanns miRNA-18a specifikt rikta in sig på K-Ras mRNA utan att rikta sig till transkript av N-Ras eller H-Ras 11 (figur 1). Vidare kan miRNA-622, 12 miR-1 / hsa-miR-1, 13 miR-217, 14 miR-143/145 (diskuteras nedan) och små nukleolära RNA (diskuterade nedan) också rikta in sig på K-Ras-uttryck ( Figur 1).

Image

Viktiga genetiska faktorer som reglerar KRAS- uttryck och K-Ras-aktivering. Viktiga miRNA / snoRNA som är inriktade på KRAS- mRNA och hämmar K-Ras-uttryck visas till vänster, och de vanligaste och mest framträdande K-Ras-mutationerna som leder till konstitutiv K-Ras-aktivering visas till höger (se text för referenser).

Bild i full storlek

Full storlek bord

Att helt enkelt uttrycka K-Ras är inte tillräckligt för tumörgenes, eftersom när K-Ras uttrycktes under sin egen endogena promotor med en villkorlig interferoninducerbar switch, kunde den bara inducera transformation och inte akut myelooid leukemi. 15 Således diskuteras de genetiska aspekterna av KRAS- promotorregleringen inte i detalj här. Genomisk instabilitet i kombination med cellulär transformation föreslogs för att möjliggöra K-Ras-driven tumorigenes. 15 Denna kombination av cellulär transformation och genomisk instabilitet gäller också för humant papillomavirusinducerat tumorigenes. 16

Uttrycket av KRAS ensam drev inte tumorigenes eftersom det inte står för aktiveringen av K-Ras. När K-Ras är bundet till guanosindifosfat är det i dess inaktiva form, och när detta guanosindifosfat ersätts med guanosindrifosfat aktiveras K-Ras. 4 Aktiverade cellyteceptorer (vanligtvis receptortyrosinkinaser / RTK) aktiverar K-Ras. RTK och Ras-signalering samarbetar för att utveckla specifika undertyper av cancer och är därför viktiga för cancerterapi. 17 Förutom proteinbaserad aktivering aktiveras K-Ras också konstitutivt av mutationer i kritiska kodoner. Högfrekventa mutationer (i kliniska prover), såsom G12A, G12C, G12D, G12S, G12V, G13C och G13D, förutom många andra lågfrekventa mutationer, är kända för att aktivera K-Ras 18, 19, 20, 21 22, 23 (figur 1 och tabell 1). Dessa mutationer interfererar med guanosintrifosfathydrolys för att göra K-Ras konstitutivt aktiv. 24, 25 Men detta koncept ifrågasattes nyligen eftersom bindningen av guanosintrifosfat till mutant K-Ras kan variera beroende på typen av mutation. 26 K-Ras G13D- mutationen leder ZNF304-DNMT1-medierad förtryck av tumörsuppressorgener genom promotormetylering. 27 K-Ras-mutationer observeras ofta i cancer i bukspottkörteln (57%), tjocktarmen (33%), gallvägarna (31%), tunntarmen (20%), lunga (17%), endometrium (14%), äggstock (14%), prostata (8%), livmoderhalsen (7%), mage (6%), urinvägar (5%), lever (5%), hematopoietiska celler (5%) och andra organ (<5) %). 4 Detta kan emellertid vara en underskattning av den faktiska K-Ras-aktiveringsstatusen i cancer eftersom dessa procentsatser endast står för den mutanta KRAS och inte receptoraktiverade vildtyp K-Ras. Mutationer möjliggör de onkogena egenskaperna hos båda skarvvarianter av KRAS (KRAS4A och KRAS4B). 28 K-Ras aktiveringsmoduler av vildtyp är proteinbaserade modifieringar och kommer inte att diskuteras i detalj här. För mer information om detta och om liten molekylhämning av K-Ras, se den senaste utmärkta översynen. 29

Epidermal tillväxtfaktorreceptor (EGFR), en av de framträdande kandidaterna som är inblandad i cellulär transformation, är tätt kopplad till K-Ras-inducerad pancreatic tumörigen 30 Dessutom visade sig VEGFR2 / KDR-uttryck och PDGFRA-uttryck korrelera med K-Ras kodon 12 och 13-mutationer i kolorektal cancer. 31 K-Ras G12D- mutanta celler reglerar granulocytmonocyt-kolonistimulerande faktor och granulocyt-koloni-stimulerande faktorsekretion genom sonisk igelkorsberoende rekrytering av tumörstroma. 32 Alla dessa faktorer styr cellulär transformation och genomisk instabilitet för att orsaka tumörgenes (figur 2). Sonic hedgehog inducerar IGF1 och GAS6 för att aktivera IGF1R respektive AXL / TYRO3, vilket leder till nedströms AKT (pT308 / pS473), MEK och IRS-1 aktivering. 32 Ofta imiterar K-Ras-mutationer aktiveringen av RTK: er och orsakar således resistens mot de flesta RTK-hämmare eftersom RTK: er är uppströms K-Ras-aktivering. Exempelvis bidrar K-Ras-mutation motstånd mot IGF1R-tyrosinkinashämmare. 33 Å andra sidan undertrycker hämningen av AXL DNA-skadesvar och sensibiliserar cancerceller för PARP-hämmare. 34 K-Ras driver således antingen direkt eller indirekt cancercellernas resistens mot terapeutiska medel som riktar sig till RTK: er (figur 2).

Image

Cellulär transformation och genomisk instabilitet krävs för K-Ras-driven tumorigenes. Viktiga signalvägar från aktiverade K-Ras som leder till celltransformation och genomisk instabilitet i olika cancerformer. EGFR, epidermal tillväxtfaktorreceptor; GM-CSF, granulocytmonocyt-kolonistimulerande faktor; HR, homolog rekombination; IGF, insulinliknande tillväxtfaktor; PKC, proteinkinas-C; ROS, reaktiva syrearter; SHH, sonisk igelkott; TCA-cykel, tri-karboxylsyracykel; VEGF, vaskulär endotel tillväxtfaktor.

Bild i full storlek

K-Ras: induktion av ROS, apoptos och ROS-avgiftning vid celltransformation

När K-Ras har aktiverats har en mängd funktioner; emellertid är induktionen av reaktiva syrespecies (ROS) det viktigaste steget mot cellulär transformation, genomisk instabilitet och tumörgenes. K-Ras orkestrerar ROS-produktion genom att främja lokaliseringen av NOX1-komponent p47- phox till plasmamembranet och underlättar dess interaktion med proteinkinas-C-isoformer (PKC) för att förmedla cellulär transformation 35 (figurerna 2 och 3 och tabell 1). Dessutom är K-Ras-aktivering kopplad till en altruistisk positiv återkopplingsslinga mellan PKC-ζ, p47phox och ROS, där K-Ras underlättar p47- phox för att generera ROS, och ROS erbjuder långvarig aktiveringsstatus för PKC-ζ eftersom PKC-ζ och p47 phox är samverkande partner 36 (figur 2 och 3). PKC: er i sin tur fosforylerar både K-Ras-isoformer (KRAS4A och KRAS4B) vid Ser-181 för att aktivera K-Ras. 37, 38 ROS-produktion är emellertid skadligt för celler eftersom det kan skada DNA genom oxidativ stress och inducera apoptos. Paradoxalt nog kan K-Ras inducera apoptos, samt främja tumörgenes. 39 Även om dessa funktioner är motstridiga till sin natur, används ROS-inducerad apoptos 36, 40 och K-Ras / VEGF / p19-VHL-riktad överlevnadsfunktioner (ROS-neutralisering med IGFBP3, SLC7A5 och SLC3A2 41 ) i sekvens för att fullborda cellulär transformation genom nödsituationen. 42, 43, 44 Pim-kinas-isoformer är instrument för att skydda mitokondrier från skada eftersom förlust av Pim-kinas-isoformer korrelerar med skada på mitokondrier och hämningen av celltransformation. 40 Inhibering av ROS genom att rikta in sig på PKC-ζ och p47- phox upphäver celltransformation. 36 Således behövs persistent altruistisk återkoppling från ROS för att hålla PKC-ζ aktiv för att reglera uttrycket av överlevnadssignaler såsom vaskulär endotelväxtfaktor (VEGF) och c-IAP2 via intern ribosominföringsplats (IRES) -översättning (figur 3).

Image

Cellulär omvandling efter apoptos av blodprogrammet i nödläge. Viktiga signalvägar från aktiverade K-Ras som leder till cellulär transformation genom att främja glykolys, hämma apoptos genom IAP och ROS-avgiftning. IAP: er, hämmare av apoptotiska proteiner (XIAP, cIAP-1/2); IRES, intern ribosominföringsplats; PKC, proteinkinas-C; ROS, reaktiva syrearter; VEGF, vaskulär endotel tillväxtfaktor.

Bild i full storlek

Ihållande ROS-generering kan skada DNA och kan aktivera p53 för att främja fullblåst apoptos. 45, 46 För att förhindra p53-aktivering måste K-Ras antingen kontrollera nivån på ROS-generering eller neutralisera ROS. ROS-avgiftning är ett sätt på vilket K-Ras och K-Ras G12D övervinner ROS: s skadliga effekter. K-Ras reglerar expressionen av en panel med ROS-avgiftningsmedlarare såsom Nrf-2, 47 NQO1, 48 och HMOX-1 för att främja K-Ras-driven tumörigenes 49 (tabell 1). Uttryck av den viktigaste ROS-avgiftningsmedlaren Nrf-2 som svar på ROS är under kontroll av proteinöversättning genom p70S6K, 50 som i sin tur är ett nedströmsmål för PKC-ζ 51 (figur 3). Således leder konstitutiv K-Ras-aktivering till den konstitutiva aktiveringen av en altruistisk återkopplingsslinga för ROS-generering och långvarig PKC-aktivering, i vilken PKC-ζ driver aktiveringen av p70S6K och reglerar uttrycket av Nrf-2 för att neutralisera de toxiska effekterna av ROS (Figur 3).

K-Ras och blebbishield-medierad celltransformation efter apoptos

Analys av mjukagartransformation har varit den metod som valts i decennier för att testa transformationsförmågan hos individuella onkogener. K-Ras knock-in visade sig transformera icke-tumörgena celler. 52 Intressant nog är mjukagartransformation en lång analys och det tar dagar till veckor för att nå ett slutpunkt. Därför doldes de kortvariga händelserna under celltransformation under lång tid. I strävan att förstå cancerstamceller mellan låga och höga tumörgeneriska versioner av cancerceller i urinblåsan konstaterades att sfärbildning (transformation) föregicks av apoptos och ett efterföljande akutprogram för blåsig skärm, som räddar apoptotiska celler och omdirigerar dem mot K-Ras -medierad cellulär transformation 36, 42, 43, 53 (figur 3).

Smac-mimetika i kombination med dödsligander såsom tumörnekrosfaktor-a eller tumörnekrosfaktorrelaterad apoptos-inducerande ligand visade sig effektivt upphäva K-Ras-aktivering, vilket ledde till massiv celldöd i cancerceller. 44 Även om FasL i kombination med en Smac-mimetik kunde inducera apoptos i cancerceller, lyckades en delmängd av apoptotiska celler överleva efter apoptos och genomgick cellomvandling (sfärbildning) med hjälp av bläckfältets akutprogram. 44 Nödprogrammet för blebbishield konstruerar blebbishields från apoptotiska kroppar med hjälp av dynaminberoende endocytosdriven serpentinfilopodia, och de blebbishields som i sin tur säkras till varandra för att genomgå cellulär transformation. 36, 42, 43, 53, 54, 55 Transformationsfasen för blödeskyddsprogrammet drivs av VEGF-aktiverad VEGFR2 för att aktivera K-Ras 43, 44 (tabell 1). K-Ras-signalering aktiverar p70S6K (genom ROS, PKC-ζ-axeln) för att förbättra IRES-översättning av VEGF för att aktivera VEGF-autokrina slingan 44 (figur 3). Blöshällarna upprätthåller VEGF-sekretion genom att upprätthålla p70S6K-aktivering och fortsätter således IRES-översättning även under apoptos. 44, 56 IRES-översättning tillhandahåller också överlevnadssignaler i form av hämmare av apoptotiska proteiner (IAP: er) 44 (figur 3 och tabell 1). DNA-skadesvar är mycket viktigt i samband med nödprogrammet för blebbishield eftersom DNA-skador är ett kännetecken för apoptos. Nrf-2-ROS-avgiftningssystemet har en direkt roll i att aktivera DNA-reparation genom homolog rekombination 57 (figur 3).

K-Ras befanns befinna sig i ett oligomeriserat tillstånd parallellt med BAD, Bax, Bak och p27 för att öka glykolysen, så att de apoptotiska cellerna inte utsattes för sekundär nekros under akutprogrammet för blöshällsfältet. 44 Detta kan vara en av de främsta orsakerna till att cancerceller föredrar glykolys. Aktiva K-Ras, p70S6K och Pim kinase-1 isoformer befanns ha avgörande roller för att blockera BAD-medierad apoptos genom att bibehålla fosforyleringen av BAD på dess Serine-112-gatekeeper-plats. 40, 56 Att kompromissa med denna fosforylering med användning av Smac-mimetika plus tumörnekrosfaktor-a / tumörnekrosfaktorrelaterad apoptos-inducerande ligand leder till upphävandet av transformationsfasen för blödeskyddsprogram genom att främja depolarisering av mitokondrier och induktion av fullständig apoptos 40, 58, 59 (tabell 1). På liknande sätt blockerar störning av Ser-181-fosforylering av K-Ras4A och K-Ras4B-isoformer tumörigenes och celltransformation (foci-bildning). 37, 38

Nödprogrammet för blebbishield förklarar varför K-Ras och BAD underlättar både apoptos och cellöverlevnad, 39, 60 eftersom apoptosinduktion och efterföljande överlevnad är nödvändig för celltransformation. 42, 61, 62 Till stöd för denna uppfattning befanns PARP-hämmare och caspase-3-hämmaren z-DEVD-fmk upphäva cellulär transformation. 44, 63 Vidare drivs mjukagartransformation och blebbishield-nödprogram-medierad cellulär transformation av en identisk mekanism eftersom en liten molekyl, CF3-DODA-Me, upphäver celltransformation i mjukagaranalyser, såväl som blebbishield-medierad sfär formationsanalys, genom att rikta in sig på förare för nödsituationen för blebbishield. 64

K-Ras: genomisk instabilitet, nästa avgörande steg mot tumörgenes

Cellulär transformation som induceras av K-Ras räcker inte för att driva tumörigenes. För effektiv tumörgen måste celler ackumuleras mutationer eller genomisk instabilitet. 15 Detta visas faktiskt i fallet med humant papillomavirus-inducerat tumorigenes där transformation och genomisk instabilitet tillsammans driver tumörigenes. 16 Således är genereringen av genomisk instabilitet nästa viktiga steg i K-Ras-driven tumörigenes. K-Ras-aktivering orsakar tidig tumörgenes i en musmodell av lungcancer, 65 vilket antyder K-Ras förmåga att inducera både transformation och genomisk instabilitet. Genomisk instabilitet kan uppstå inom ett specifikt läge för genomet (till exempel mikrosatellitinstabilitet) eller på kromosomnivå som strukturella och / eller numeriska förändringar (såsom ploidy / aneuploidy, breakage-fusion-breakage / breakage-fusion-bridge cykel mellan kromosomer, eller omlokalisering av kromosomala armar, vilket resulterar i fusionsgener (figur 4). Trots att celler har DNA-reparationsmekanismer kan defekt DNA-reparation leda till genomisk instabilitet.

Image

K-Ras-driven genomisk instabilitet i tumörgenes. K-Ras kapar DNA-reparationsvägar antingen för att göra felaktig reparation eller för att främja överlevnad efter apoptotisk DNA-skada. Chr., Kromosom; HR, homolog rekombination; NHEJ, icke-homolog slutförening.

Bild i full storlek

K-Ras: DNA-reparationsfel och genomisk instabilitet

Mismatch-reparation (MMR) är en småskalig DNA-reparationsmekanism i celler. Defekt MMR kan leda till mutationshotspots / mikrosatellitinstabilitet och kan vara orsaken till att K-Ras aktiverar mutationer (figur 4). EGFR är känt för att fosforylera PCNA för att hämma MMR; 66 Därför kan det öka mutationsbördan. I en pancreatic cancer-musmodell eliminerade K-Ras-uppreglerat EGFR-uttryck och genetisk interferens av EGFR K-Ras-inducerad tumorigenes. 30 Således är K-Ras associerad med mikrosatellitinstabilitet i cancer, 67, 68 som kan kräva andra faktorer såsom PCNA-hämning av EGFR för att leda till defekt MMR i K-Ras-driven tumörigenes.

DNA-skador som induceras under apoptos måste repareras av celler för att åsidosätta celldöd och för att genomgå cellulär transformation. För att säkerställa skydd mot DNA-skador använder K-Ras-aktiverade celler olika taktiker, inklusive det Nrf-2-beroende ROS-avgiftningssystemet, som inte bara neutraliserar ROS utan också aktiverar homolog rekombinationsmedierad DNA-reparation 57 (figur 3). Telomerförkortning-inducerad exponering av naken DNA-ändar vid telomera regioner av kromosomer resulterar i kromosom-kromosomfusion genom den icke-homologa slutföreningen (NHEJ) -läget för DNA-reparation för att bilda brott-fusion-bridge-cykel (BFB-cykel) -kromosom. 69, 70 Den klassiska NHEJ-vägen bidrar till genomisk instabilitet under mitos om röntgenreparation tvärkompletterande protein 4 (XRCC4) inte fosforyleras i den mitotiska fasen (M-fas). K-Ras riktar sig emellertid till en alternativ XRCC4-oberoende NHEJ-felbenägen väg som inkluderar DNA-ligas-3a, Poly (ADP-ribos) -polymeras 1 och XRCC1 som komponenter. 71 Mutant K-Ras är känd för att uppreglera komponenterna i denna felbenägna alternativa NHEJ-väg (DNA-ligas-3a, Poly (ADP-ribos) -polymeras 1 och XRCC1), och celler är beroende av denna alternativa NHEJ-väg under genotoxisk stress. 71 Således kan MMR, homolog rekombination och NHEJ-sätt för DNA-reparation alla missbrukas av K-Ras för att generera genomisk instabilitet (figur 4 och tabell 1).

K-Ras: kromosomal instabilitet vid metabolisk omprogrammering, överlevnad och stamhet

Kromosomal instabilitet är en storskalig genomisk förändring med numeriska eller strukturella förändringar i kromosomer. Att radera p53 i icke-tumörgena epitelceller resulterade i generering av transformerad fenotyp och kromosomal instabilitet. 72 Rodrigues et al. 73 fann också att kromosomal instabilitet är associerad med cellulär transformation. Således kan en transformationshändelse också generera kromosomal instabilitet om p53 komprometteras. KRAS- mutation kopplad till p53-förlust kan leda till tumörigenes. 74 Nyligen har blödeskyddsprogram visat sig driva allvarlig kromosomal instabilitet genom att undertrycka uttrycket av p53 under transformationsfasen. 61 EGFR, ett K-Ras-mål, inducerar dessutom uttrycket av miR-26a i icke-småcellig lungcancer, 75 och miR-26a främjar kromosomal instabilitet och tumörgenes i bröstcancerceller. 76

Ackumuleringen av kromosom-8 har övervägande korrelerats med genomisk instabilitet i flera cancertyper 77 (figur 4). Kromosom-8 har Myc-genen, ett av K-Ras viktiga mål (genom reglering av IRES-översättning). 44 K-Ras och Myc är regulatorer för glykolys för att förhindra sekundär nekros av apoptotiska cancerstamceller under blebbishield-medierad transformation 44 (figur 3). Således har kontrollen av K-Ras över metabolisk omprogrammering 79 en potentiell genetisk bas, kromosom-8-ansamlingen. Alternativt påverkar mutant K-Ras G12D - kopienummer glukosmetabolismen och TCA-cykeln för att generera glutation för ROS-avgiftning. 80 Vidare erbjuder glykolysmetaboliten mjölksyra (laktat) starka överlevnadsfördelar för cancerstamceller som genomgår cellulär transformation genom användning av bläckfältets nödprogram genom att sänka pH och potentiellt öka biotillgängligheten för VEGF från mikromiljön. 42 Vidare har målriktning mot laktatdehydrogenas-A (ett enzym som omvandlar pyruvat till laktat) visat sig hindra cellulär transformation 81 och tumörgenes. 82 Således väljer blödeskyddsprogrammet positivt celler som kan förbättra glykolys, laktatproduktion och överlevnad efter apoptos.

Dessutom har K-Ras kopplats till ansamlingen av kromosomer-4, 10 och 12 vid kolorektala karcinom. 83 Bland dessa har kromosom-4 VEGFR2 / KDR, c-Kit och PDGFRA i samma cytogenetiska band (4q12) som ett kluster där VEGFR2 / KDR-uttryck och PDGFRA-uttryck visade sig korrelera med K-Ras kodon 12 och 13-mutationer i kolorektal cancer. 31 Detta är väldigt viktigt eftersom VEGF / VEGFR2-signalering driver nödblåsningsprogrammet för blebbishield för cellomvandling 43, 44 (figur 2 och 3). Kromosom-4-ansamling kan också ge fördelar i stamhet (på grund av c-Kit 42 ) och överlevnad (på grund av IRES-översättning av anti-apoptotiska faktorer såsom c-IAP2, XIAP, Tau genom VEGFR2 / p70S6K-axeln 44 ) (figur 3 och tabell 1).

Intressant nog visade sig den selektiva förlusten av kromosom-6 vara en orsak till K-Ras G12D - mutantförmedlad immundundation . 2 Således kan kromosomförlust också bidra till K-Ras-driven tumörigenes och immundundation.

Mikro-RNA, lncRNA, snoRNA och reglering av K-Ras-driven tumorigenes

I allmänhet är nedsatt mikro-RNA-behandling kopplad till tumörgenes. 84 Intressant nog fungerar p53 som en switch som reglerar miRNA-behandling. 85 ROS är känt för att inducera uttryck och aktivering av p53 för att inducera apoptos, 46 och följaktligen bör miRNA-inriktning av ROS-avgiftningsmekanismer hjälpa till att inducera p53-uttryck eller agera mot K-Ras. I detta sammanhang är SLC7A5, en ROS-avgiftningsförmedlare, ett mål för miR-216 (figur 5), och miR-216 riktar sig till flera medlar av K-Ras-driven tumörigenes för att blockera K-Ras-beroende överlevnad 86 (tabell 1) . På liknande sätt hindrar eller förstärker K-Ras-driven tumörigenes även miRNA som fungerar som indirekta mål. Till exempel hämmar miR-1298 K-Ras-driven tumörtillväxt genom att rikta in sig på fokal vidhäftningskinas 87 (figur 5). I NSCLC förbättrar miR-21 K-Ras-driven tumorigenes genom att rikta in sig på negativa regulatorer av Ras / MAPK-vägen. 88

Image

RNA-interferens som hindrar eller främjar K-Ras-driven tumörigenes. Schematisk visande RNA-interferens som hämmar eller främjar K-Ras-driven tumörigen genom att rikta in sig på cellulär transformation, genomisk instabilitet eller K-Ras. FAK, fokal vidhäftningskinas; lncR, lång icke-kodande RNA; miR, mikro-RNA; ROS, reaktiva syrearter.

Bild i full storlek

Dessutom hindrar eller förstärker K-Ras-driven tumörigenes miRNA som direkt riktar sig mot K-Ras signalering. Exempelvis blockerar miR-143/145 K-Ras-medierad tumorigenes, medan K-Ras-aktivering undertrycker uttrycket av miR-143/145 genom Ras-responsivt elementbindande protein 89 (figur 5). K-Ras-uttryck och tumörgenes hämmas av miR-16, som direkt riktar sig till 3'-UTR för KRAS- mRNA. 10 Let-7a riktar sig mot K-Ras för att hämma den maligna egenskapen hos glioblastomceller. 7 Let-7 miRNA har implicerats i inflammationsassocierad celltransformation 90 och inriktning på K-Ras 6 (figur 5). H19 lång icke-kodande RNA antagoniserar Let-7 miRNA 9 och ökar K-Ras uttryck genom att vända Let-7-medierad miRNA-interferens (figur 5). I detta sammanhang reglerar H19 lång icke-kodande RNA cellulär transformation och potentierar bröst- och lungtumorigenes. 91 En LCS6-variant allel associerad med K-Ras överuttryck på grund av en mutation på det miRNA-bindande stället ökade risken för lungcancer bland rökare. 8 Observera att rökning inducerar spontana mutationer inom KRAS- genen. 92 I en spontan lungcancermusmodell som drivs av K-Ras G12D och p53 - / - genotyp, befanns miRNA-214 vara överuttryckt. Störande miR-214 blockerade tumörtillväxt för att demonstrera den tumörfrämjande rollen för miR-214 i ett K-Ras-mutantsystem 93 (figur 5). Vid bröstcancer riktar sig miR-1 (hsa-miR-1) K-Ras för att hindra tumörtillväxt och metastas, varigenom de fungerar som en tumörhämmare. 13 Dessutom är miRNA-622 inriktade på K-Ras för att inhibera transformation in vitro och tumörigenes in vivo 12 (figur 5). På liknande sätt riktar miR-217 K-Ras för att hämma celltransformation och tumörtillväxt i bukspottkörtelkanaladenokarcinom hos möss 14 (figur 5). I glioblastoma multiforme visade sig att K-Ras-uttryck var nödvändigt för att bibehålla tumörer in vivo, och förlust av K-Ras ledde till apoptotisk clearance av dessa celler. 94 K-Ras visade sig påverka expressionen av den långa icke-kodande RNA ANRIL, 95 som främjar lungcancer genom att hämma apoptos 96 (figur 5).

K-Ras utövar också sina onkogena effekter genom ERK-1/2 97 och regleras negativt av den lilla nukleolära RNA SNORD50A, och SNORD50B-medierad direkt inriktning av K-Ras och CRISPR / Cas9-medierad borttagning av dessa små nukleolära RNA förbättrar tumörgenes . 98

Sammantaget upprepar och undersöker dessa studier faktumet att celltransformation och genomisk instabilitet är två framträdande egenskaper som är väsentliga för K-Ras-driven tumörigenes och belyser dominansen av genetiska faktorer i K-Ras-driven tumörigen.

Sammanfattning och framtidsperspektiv

K-Ras inducerar apoptos genom oxidativ stress och avgiftar sedan ROS för att inducera reparation av DNA-skador för att reglera celltransformering genom nödprogrammet i blebbishield och inducerar genomisk instabilitet för att driva tumörgenes. K-Ras kunde möjligen förmedla terapimotstånd och återfall genom nödprogrammet för blebbishield eftersom kemoresistenta cancerkloner visade sig ha en länk till K-Ras. 5 K-Ras i allmänhet är känd för att undertrycka det apoptotiska programmet för dödsreceptorer och att omdirigera celler mot metastasering, 99 vilket förklarar vikten av nödprogrammet i blebbishield. 44 I detta sammanhang får hämning av CDK4 / 6 betydelse eftersom det kan öka känsligheten för paklitaxel i K-Ras-mutanta celler 100 eller inducera senescens och hindra tumörtillväxt med autofagihämmare. 101

En ny väg av miRNA-terapeutik riktad mot K-Ras (baserad på tumörsuppressor-miRNA Let-7a, miR-143, miR-145 och miR-200-familj) dyker upp på den prekliniska nivån och framhäver vikten av K-Ras miRNA-regulatoriska nätverk i cancerterapi. 102 Även om uttrycket av miR-26a i lungcancer tyder på en länk till K-Ras-aktivering, förblir arten av denna reglering outforskad (figur 5). Införandet av miRNA-dragkedjor, som låser två miRNA: er ihop för att inaktivera både miRNA 103 och iExosomes 104 (exosomer med siRNA eller shRNA som är inriktade på KRAS G12D mRNA), ger fler val för miRNA-baserade terapeutika. Utvärdering av K-Ras vid cancerfall och utvidgning av terapi med miRNA / RNAi mot K-Ras-driven cancer är attraktiva och nya vägar för forskning. Trots att rökning är kopplad till mutationsaktivering av K-Ras och driver tumörgenes i samband med p53-mutationer, krävs 105 en utvärdering av onkogena virus vid induktion av K-Ras-mutationer. Denna översyn kommer också att fungera som en modell för att utforska mekanismen för andra onkogener i olika cancerformer för bättre förståelse och bättre terapeutisk utveckling i framtiden.