KANSER KÖK HÜCRESİ Dr. Ali Uğur URAL

Non-stem kanser modeli (Stochastic Model): Tümör içindeki her hücre yeni bir kanseri başlatır

Kök hücre modeli (Hierarchy Model): Kanser dokusu içindeki nadir hücreler kanseri başlatabilir

Tümör fonksiyonel olarak heterojendir Dick JE, Blood, 112:2008 Tümör içinde biyolojik olarak farklı yapıda fonksiyon gören hücreler var. Normal bir dokuyu taklit eder. KKHleri intrinsik özelliklerine göre ayrılabilir, zenginleştirilebilir. KKHleri kendi-kendilerini yenileme özelliği nedeniyle tümörü başlatır Dick JE, Blood, 112:2008

Huntly BJ et al. Nat Rev Cancer 2005;5:311-21

Kanser kök hücresinin tanımlanması niçin önemli? Yeni biyomarker’ların geliştirilmesi Tanı ve hastalık sınıflandırılmasının geliştirilmesinde Prognozu belirleyerek tedaviye karar verilmesinde Yeni tedavilerin geliştirilmesi Normal kök hücreleri korurken, KKH’de aktif olan moleküler yolakları özel olarak bozan tedaviler

Kanser kök hücresi kavramı Rudolph Virchow, 1855 Embriyonel gelişim esnasında yanlış olarak yerleşmiş olan kök hücreler, hayatın sonraki dönemlerinde kansere öncülük etmektedirler- Embriyonel kalıntı teorisi J. Furth & M. Kahn, 1937; R. Bruce & H. Van der Gaag, 1960 Kanser hücrelerini içinden bazı hücreler aşırı derecede prolifere olabilmekte ve hayvanda tümör oluşturmaktalar Nature 1963;199:79–80 Virchow R. Arch Pathol Anat Physiol Klin Med, 1855;3:23

CD34+CD38- hücreler AML’yi başlatır (1994) FACS AML hücreleri 5 x 103 CD34+/CD38- Sublethal doz Lapidot T et al. Nature 1994;367: 645-8.

NOD/SCID farede tx’dan sonra AML’i başlatan hücreler Lösemiyi başlatan hücreler: CD34+CD38- 1/250,000 AML hücresi Lapidot T et al. Nature 1994;367: 645-8.

Kök Hücre Bölünebilir ve kendi kendisini yenileyebilir, Özelleşmemiştir, Multipotent farklılaşma.

Kök Hücre- Kanser Kök Hücresi ortak özellikleri Kendi- kendini yenileme Büyümeleri için özel ‘niche’ Migrasyon için CXCR4/CXCL12 kullanılması Apoptozise direnç İlaç direnci kapasitesinde artış Baş-boyun kanseri KKH Croker AK et al. J Cell Mol Med, 12:2008

Tümör; aberran olarak gelişmiş kompleks organ olarak fonksiyon görür. Kanser Kök Hücresi Tümörün başlaması Tümörün devam etmesi Tümörün yayılması Uzak yörelerde kolonize olması Tümörün in vivo nakledilmesi Tümör; aberran olarak gelişmiş kompleks organ olarak fonksiyon görür.

ATP- bağlayan kaset transporterlarının ekspresyonunda artış * KT ve toksinlere direnç DNA-tamir mekanizmasında artış Apoptozise karşı direnç İstirahat fazında olmaları (G0) Aktif migrasyon kapasitesi * Niche’den gelen büyüme inhibisyonu sinyallerinden kaçış

Normal kök hücre Kanser kök hücresi Progenitor hücre mutasyon Progenitor hücre Kanser kök hücresi mutasyon Zou GM, J Cell Physiol, 213:2007

KKH kaynağı Çevresel faktörler mutasyon Nature Review Cancer 2005;5:899-904

Hücre füzyonu Memeli füzyon faktörleri CD44, CD47 (makrofaj) Makrofaj füzyon reseptörü MFR/PTPNS1 IL-4 (myoblast) CXCR4/CXCL12 (osteoblast) mutasyon

Stubbs MC et al. Clin Cancer Res 2007;13:3439-42

Normal ve KKH gelişimi

Kanser Kök Hücresinin Tanımlanması Normal HKK AML KKH Stubbs MC et al. Clin Cancer Res, 13:2007

AML’de KKH fenotipik durum CD34+ CD38- Thy-1+ c-Kit+ IL-3Rα- Normal HKK fenotipisi CD34+ CD38- Thy-1- c-Kit- IL-3Rα+ AML KKH fenotipisi Stubbs MC et al. Clin Cancer Res, 13:2007

Zhou J et al. Cell Cycle 2008;7:1360-70

Kanser neurosphere assay CD133+ Nöron KKH’leri; serum free, EGF ve bFGF varlığında Tang C et al. FASEB J. 2007;21:3777-85

Bu kriterleri sağlayan en iyi fonksiyonel çalışma Normal kök hücre; Kendi- kendini yenileme, Lineage kapasitesi Kanser kök hücresi; Tümör oluşturması Bu kriterleri sağlayan en iyi fonksiyonel çalışma HAYVAN MODELLERİNDE SERİ TX (NOD/SCID farelerde xenograft’ın orthotopik yöreye tx)

NOD/SCID Model’in gelişmesi Nude (atimik): T hücrelerinden yoksun SCID : B ve T hücrelerinden yoksun NOD : NK hücreleri, makrofaj ve kompleman aktivasyonundan yoksun * NOD/SCID farelerde xenograft’ın orthotopik yöreye tx

Altın standart: Kendi- kendini yenileme assay FACS AML hücreleri 5 x 103 CD34+/CD38- Sublethal doz Lapidot T et al. Nature 1994;367: 645-8.

LKH’de sinyal ileti yolakları Chumsri S et al. Clin Cancer Res 2007; 13:6549-54

Yüksek telomeraz aktivitesi Ribonükleoprotein enzim hTERT ve hTERC’den yapılmış Kromozom uçlarına telomerik tekrarları sentezler Replikasyonla ilgili yaşlılığı engeller LKH’de yüksek telomeraz aktivitesi, kısa telomer TTAGGG

Notch Nöral fonksiyon ve angiogenesis, farklılaşma modülasyonu Notch 1 aktivasyonu ile B-hücre gelişiminin inhibisyonu t(7:9) taşıyan T-ALL’de aktif bulunmuş <%1 T-ALL vakada bu kromozomal anormallik bulunmuş >50 T-ALL vakada somatik nokta mutasyonu tespit edilmiş Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:1371-78

SHH (Sonic hedgehog homolog) 7q36 SSS gelişimi, kemik rejenerasyonu Medullablastoma, B- KLL, mantle cell lenfoma, pankreas ca., MM SHH inhibitörü cyclopamine Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:1371-78

Wnt/β-catenin Nörogenesis ve nöronal farklılaşma, Wnt proteinleri kök hücre büyüme faktörü İmmatür timositler üzerine etki ile T hücre gelişimi Wnt aktivasyonu ile ALL, KLL ve blastik faz KML’ ye ilerleme Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:1371-78

Nat Rev Cancer 2003;3:895-902

MikroRNA Küçük, protein kodlamayan RNA parçaları olup, gen ifadesinin post-transkripsiyonel regülatörüdürler. Hücre proliferasyonu, farklılaşma, apoptozis gibi fonksiyonlardan sorumludur. KKH’lerinin kendi-kendilerini yenileme ve farklılaşma fonksiyonlarından sorumlu bulunmuşlardır. Xia HP. J Cancer Mol 2008; 4:79-89

Endotel hücresi Osteoblast Hematopoetik Kök Hücre PTH PTH1R AC/PKA PLC CXCL12 * motilite * kemotaktik cevap * adezyon * MMP sekresyonu * VEGF sekresyonu CXCR4 * homing * istirahat (G0) Hematopoetik Kök Hücre

* kendi-kendini yenileme * istirahat * homing * engraftment * proliferatif güç Niş’in gasp edilmesi Normal niş görevinde bozulma * Niş’in direkt invazyonu * SCF gibi madde salgılanması * Yolak inaktivasyonu ile kendini-yenilemede artış * LKH istirahate gidişte artış * KT direnç * Homing ve engraftment’da bozulma (CXCR4/CXCL12 bozulması ve VLA-4 artışı ile) * Alternatif niş’lere göç Sitokin cevabında artış Lane SW et al. Blood, 114:2009

Anormal niş oluşumu Ailles LE et al. Curr Opin Biotech, 18:2007

Metastaz CXCL12 CXCL12 CXCL12 Herman PC et al. Cell Cycle, 7:2008 * Metastatik kanserlerde CXCR4 fazla (MDA-MB-231) * Non-metastatiklerde az (MCF-7) CXCL12 CXCL12 CXCL12 Herman PC et al. Cell Cycle, 7:2008

Kanser kök hücresi- İlaç direnci Çoğu KKH, hücre siklusunun istirahat dönemindedir (G0) Ara-C gibi hücre siklusuna bağımlı ajanlara karşı hassasiyette azalma ABC ilaç taşıyıcılarından MDR1 and BCRP ekspresyonunda artış CD34+CD38- AML LKH’lerinde başta antrasiklinler olmak üzere çoğu ilacın hücre dışına pompalanması CD34+CD38- KML LKH’lerinde İmatinib Mesilat’a karşı direnç ALDH aktivitesinde artış ile Siklofosfamid’e direnç Apoptozise direnç TGF-β yolağı ile Hedgehog yolağının aktivasyonu Bmi-1, Bcl-2 ifadesinde artış DNA tamir kapasitelerinin fazla olması

Kanser kök hücresi- İlaç direnci Çoğu KKH, hücre siklusunun istirahat dönemindedir (G0) Ara-C gibi hücre siklusuna bağımlı ajanlara karşı hassasiyette azalma ABC ilaç taşıyıcılarından MDR1 and BCRP ekspresyonunda artış CD34+CD38- AML LKH’lerinde başta antrasiklinler olmak üzere çoğu ilacın hücre dışına pompalanması CD34+CD38- KML LKH’lerinde İmatinib Mesilat’a karşı direnç ALDH aktivitesinde artış ile Siklofosfamid’e direnç Apoptozise direnç TGF-β yolağı ile Hedgehog yolağının aktivasyonu Bmi-1, Bcl-2 ifadesinde artış DNA tamir kapasitelerinin fazla olması

Kanser kök hücresi- İlaç direnci Çoğu KKH, hücre siklusunun istirahat dönemindedir (G0) Ara-C gibi hücre siklusuna bağımlı ajanlara karşı hassasiyette azalma ABC ilaç taşıyıcılarından MDR1 and BCRP ekspresyonunda artış CD34+CD38- AML LKH’lerinde başta antrasiklinler olmak üzere çoğu ilacın hücre dışına pompalanması CD34+CD38- KML LKH’lerinde İmatinib Mesilat’a karşı direnç ALDH aktivitesinde artış ile Siklofosfamid’e direnç Apoptozise direnç TGF-β yolağı ile Hedgehog yolağının aktivasyonu Bmi-1, Bcl-2 ifadesinde artış DNA tamir kapasitelerinin fazla olması

Kanser kök hücresi- İlaç direnci Çoğu KKH, hücre siklusunun istirahat dönemindedir (G0) Ara-C gibi hücre siklusuna bağımlı ajanlara karşı hassasiyette azalma ABC ilaç taşıyıcılarından MDR1 and BCRP ekspresyonunda artış CD34+CD38- AML LKH’lerinde başta antrasiklinler olmak üzere çoğu ilacın hücre dışına pompalanması CD34+CD38- KML LKH’lerinde İmatinib Mesilat’a karşı direnç ALDH aktivitesinde artış ile Siklofosfamid’e direnç Apoptozise direnç TGF-β yolağı ile Hedgehog yolağının aktivasyonu Bmi-1, Bcl-2 ifadesinde artış DNA tamir kapasitelerinin fazla olması Zhou J et al. Cell Cycle 2008;7:1360-70

3 günlük hipoksik (%1 O2) ortam Hipoksiye direnç CD44+CD24- %1.47 %2.83 %50 %27 3 günlük hipoksik (%1 O2) ortam Zhou J et al. Cell Cycle 2008;7:1360-70

(2-arylbenzimidazole) Radyasyona direnç * Notch 1 * Rad 17 * Chk 1 * Chk 2 aktivasyonu (2-arylbenzimidazole) Rich et al. Cancer Res Rev. 2007;67:8980-84

Nat Rev Cancer 2003;3:895-902

,June

Leukemia. 2010 Sep 2. [Epub ahead of print] Patients with chronic myeloid leukemia who maintain a complete molecular response after stopping imatinib treatment have evidence of persistent leukemia by DNA PCR. Ross DM, Branford S, Seymour JF, Schwarer AP, Arthur C * Serial testing of patients in sustained CMR showed a stable level of BCR-ABL1 DNA (nested QPCR) (follow-up 12-41 months). * Patients who maintain a CMR after stopping imatinib may harbor residual leukemia.

İdeal Tedavi ABC transporter’larını hedeflemeli Farklı yüzey belirteçlerini hedeflemeli Normal kök hücreyi koruyup, kanser kök hücresinin kendi- kendini yenileme yolağını hedeflemeli (Notch, Wnt, SHH) İstirahat fazını hedeflemeli

Chumsri S et al. Clin Cancer Res 2007; 13:6549-54

Zhou J et al. Cell Cycle 2008;7:1360-70

Sonuç; Kanser kürabilitesi için KKH hedeflenmeli. Bu amaçla; Xenotransplanasyon çalışmalarıyla KKH yüzey immünfenotiplendirmesi özelleştirilmeli Hücre yaşamı, kendi-kendini yenilemesi, faklılaşma ve gelişimde etkili olan sinyal yolaklarının normal kök hücreden farklılıkları açığa çıkarılmalı Bu yolakları hedefleyen antikor, füzyon proteinleri gibi biyolojik ve ufak moleküller oluşturulmalı miRNA hedefleyen anti-miRNA oligonükleotidler geliştirilmeli Klinik örneklerde KKH’ni miktar olarak tanımlayabilecek basit metodlar geliştirilmeli