Irwin Gelman, Doctor en Filosofía

Laboratorio Gelman y sus miembros

El papel de SSeCKS/AKAP12 en la supresión de metástasis.
Los datos de nuestro laboratorio indican que el producto del gen SSeCKS/AKAP12 funciona como un supresor de metástasis, probablemente al inhibir la expresión inducida por el tumor de factores proangiogénicos como VEGF y HIF-1a (trabajo de un investigador postdoctoral anterior, Bing Su, Ph.D.). Nosotros y otros hemos reunido datos que muestran que la expresión de SSeCKS se pierde típicamente en cánceres de próstata metastásicos, en aproximadamente un tercio de los casos debido a la eliminación del gen, y en dos tercios, debido al silenciamiento epigenético (asociado con la hipermetilación de las islas CpG del promotor). En casos de cáncer de próstata humano con metástasis, publicamos que la pérdida de SSeCKS se correlaciona con la aparición más temprana de la enfermedad metastásica y una peor supervivencia a largo plazo. También demostramos que la reexpresión de SSeCKS en células de cáncer de próstata suprime la neovascularización en sitios metastásicos, aunque tiene poco efecto en el crecimiento de tumores en el sitio primario. Las micrometástasis avasculares inducidas por células tumorales que reexpresan SSeCKS exhiben una expresión de VEGF regulada negativamente y, de hecho, la reexpresión forzada de VEGF en estas células podría rescatar la actividad completa de formación de macrometástasis.
También observamos que los tumores de próstata humanos de grado superior (suma de Gleason >7) exhibieron no solo una expresión de SSeCKS regulada a la baja en las células epiteliales de próstata sino también en el estroma adyacente que define el llamado microambiente tumoral (TME). Para abordar si SSeCKS controla la progresión metastásica a través de un papel en las células TME, generamos ratones AKAP12-null y luego los evaluamos para un mayor potencial metastásico cuando se los expuso a xenoinjertos tumorales o carcinógenos. Nuestros datos indican que los carcinógenos como DMBA y TPA no solo inducen un cáncer de piel mucho mayor (carcinomas de células escamosas) en los huéspedes AKAP12-null en comparación con los WT, sino que también inducen una mayor progresión a la formación de metástasis espontánea, es decir, carcinomas de células fusiformes. Los huéspedes sin AKAP12 exhiben niveles aumentados de metástasis peritoneales y pulmonares espontáneas que surgen de melanomas B16F10 subcutáneos ortotópicos (trabajo de un posdoctorado anterior, Shin Akakura, Ph.D.) o de inyecciones tumorales intravenosas.
También observamos que los tumores de próstata humanos de grado superior (suma de Gleason >7) exhibieron no solo una expresión de SSeCKS regulada a la baja en las células epiteliales de próstata sino también en el estroma adyacente que define el llamado microambiente tumoral (TME). Para abordar si SSeCKS controla la progresión metastásica a través de un papel en las células TME, generamos ratones AKAP12-null y luego los evaluamos para un mayor potencial metastásico cuando se los expuso a xenoinjertos tumorales o carcinógenos. Nuestros datos indican que los carcinógenos como DMBA y TPA no solo inducen un cáncer de piel mucho mayor (carcinomas de células escamosas) en los huéspedes AKAP12-null en comparación con los WT, sino que también inducen una mayor progresión a la formación de metástasis espontánea, es decir, carcinomas de células fusiformes. Los huéspedes sin AKAP12 muestran mayores niveles de metástasis espontáneas peritoneales y pulmonares que surgen de melanomas B16F10 subcutáneos ortotópicos (trabajo de posdoctorados anteriores, Shin Akakura, Ph.D. y Masashi Muramatsu, Ph.D.) o de inyecciones intravenosas en el tumor. Publicamos que el aumento de la metástasis espontánea de B16F10 desde sitios ortotópicos (piel) a la membrana peritoneal en huéspedes sin AKAP12 es causado por el aumento de la secreción de CXCL9 y CXCL10 por las células mesenquimales peritoneales, mientras que el aumento de la metástasis espontánea a los pulmones en ratones sin AKAP12 es resultado de la mayor adhesión de las células tumorales a la E-selectina endotelial.

Identificación y caracterización de nuevos supresores de metástasis en cáncer de mama.
Estamos utilizando una denominada biblioteca genómica de shRNA de tercera generación y CRISPRi (clonada en vectores lentivirus de alto nivel) para identificar genes que i) suprimen la invasividad oncogénica en células de cáncer de mama (T3D) o de próstata (LNCaP) poco metastásicas, o que identifican la susceptibilidad a fármacos en el sarcoma de células sinoviales impulsado por el oncogén de fusión SYT-SSX. Para el primer proyecto (una colaboración entre el posdoctorado Bing Su, PhD y el estudiante de posgrado, Henry Withers), se aislaron clones de células infectadas en función de su mayor invasividad a través de Matrigel y el aumento de la metástasis de sitios ortotópicos (glándulas mamarias o próstatas) en ratones desnudos. Uno de los genes supresores de metástasis que identificamos fue FOXO47, que a diferencia de sus miembros de la familia FOXO4 y FOXO1, suprimió la invasividad metastásica en modelos in vitro e in vivo. Henry continuó con estas pruebas después de recibir su doctorado para identificar a PDGFRA como un impulsor dirigible para la supervivencia y el crecimiento de las células tumorales del sarcoma sinovial.

Papel de SSeCKS/AKAP12 en la progresión y metástasis del cáncer de próstata.
Datos previos de nuestro laboratorio indican que los fibroblastos embrionarios de ratón (MEF) sin AKAP12 presentan una senescencia celular prematura dependiente de Rb marcada por poliploidía y multinucleación. Además, las próstatas sin AKAP12 son hiperplásicas y expresan marcadores de senescencia aumentada, como la β-galactosidasa asociada a la senescencia, p16ink4a o γ-H2AX. Para investigar si la pérdida combinada de AKAP12 y Rb es suficiente para inducir la progresión del cáncer de próstata, una estudiante de posgrado anterior, Hyun-Kyung Ko, Ph.D. (con la ayuda de Jennifer Peresie y un posdoctorado anterior, Shin Akakura, Ph.D.) cruzó nuestros ratones sin AKAP12 con ratones Pb-Cre;Rbfl/fl (o con ratones Pb-Cre;p53fl/fl, como control), que producen deleciones de Rb específicas de la próstata (PE). Los ratones Akap12-/-;RbPE-/- mostraron neoplasias intraepiteliales prostáticas de alto grado (HG-PIN) a los 7 meses de edad, pero hubo poca progresión a adenocarcinoma. En contraste, todos los ratones mostraron evidencia de metástasis en los ganglios linfáticos, que consistían en lesiones bien diferenciadas que expresaban marcadores de un fenotipo de células prostáticas basales/luminales transicionales (citoqueratina 14, 8, AR y p63). Esto sugiere que las células raras en las lesiones HG-PIN están marcadas por la pérdida combinada de Rb y SSeCKS/Akap12 para la progresión metastásica. Actualmente, estamos cruzando estos ratones con cepas transgénicas de rastreo de linaje para que podamos determinar si las células metastásicas surgen de células basales (CK14+) o luminales (CK8+) en la próstata, y luego caracterizar la firma epigenética de la diseminación metastásica temprana. También estamos cruzando este modelo en una pérdida condicional específica de próstata del gen supresor Smad4, basándonos en evidencia de que las metástasis de cáncer de próstata humano con disminución de SSeCKS y Rb también sufren pérdida de Smad4. Otra estudiante de posgrado anterior, Karina Miller, PhD, comparó los tumores de próstata Akap12/Rb-null con los formados en ratones transgénicos que carecen de expresión prostática de Pten y Rb. Esto se debe a que, aunque ambas cepas de ratones transgénicos tenían AKT activado más pérdida de Rb, los ratones Akap12/Rb-null formaron lesiones PIN de alto grado y diseminaciones metastásicas indolentes a los ganglios linfáticos locales, mientras que los ratones Pten/Rb-null formaron adenocarcinomas de próstata agresivos y metástasis sistémicas. Demostró que mientras que los tumores Pten/Rb-null tenían una mayor activación de Akt2 más pérdida de Smad4, los tumores Akap12/Rb-null tenían niveles relativamente aumentados de Akt1 más ningún cambio en Smad4. Junto con el estudiante de posgrado Seamus Degan, MS, demostraron que las células de cáncer de próstata deficientes en PTEN dependen de PI3K-p110β más AKT2 para los parámetros de crecimiento y motilidad metastásicos, mientras que la reexpresión de PTEN cambió la dependencia a PI3K-p110α más AKT1. Seamus realizó un análisis de espectrometría de masas fosfoproteómica para identificar posibles sustratos específicos de AKT2 que podrían impulsar la progresión metastásica en células de cáncer de próstata.

Identificación de genes que permiten la latencia del cáncer de mama en el hueso endóseo.
Los cánceres de mama a menudo hacen metástasis en el hueso y, tras largos períodos de latencia, pueden convertirse en lesiones osteolíticas. Utilizando cultivos tridimensionales de células óseas y estromales que recapitulan el nicho endóseo, Julie demostró que una línea celular de cáncer de mama habitualmente agresiva, la MDA-MB-3, no prolifera. Utilizando células MDA-MB-231 infectadas con una biblioteca genómica de lentivirus shRNA (DECIPHER), dos estudiantes de máster, Julie McGrath (que ahora ha obtenido su doctorado en la Universidad Estatal de Arizona) y Louis Panzica (que ha obtenido su título de abogado en la SUNY-Buffalo), identificaron varias inhibiciones genéticas que facilitan la proliferación de las células de cáncer de mama en el nicho endóseo tridimensional. Julie y Louis, respectivamente, caracterizaron cómo HBP231 y WNT3A suprimen el despertar de las células de cáncer de mama latentes en cultivos tridimensionales de microambiente óseo. El objetivo a largo plazo es identificar fármacos que mantengan la expresión de HBP1 o WNT3A, previniendo así las metástasis recurrentes del cáncer de mama en el hueso y, presumiblemente, aumentando la supervivencia del paciente.
Otros proyectos en curso
Firmas de progresión genómica que regulan el cáncer de próstata con recurrencia de castración (CR-CaP) o esófago de Barrett.
Cada vez hay más pruebas de que el CR-CaP está impulsado por la activación del receptor de andrógenos (AR) en ausencia de niveles séricos de andrógenos. Nuestro grupo y otros han demostrado que el AR puede activarse por fosforilación directa por la familia Src o las tirosina quinasas Ack1. El proyecto actual es utilizar pares de líneas celulares y tumores dependientes de andrógenos (AD)/CR-CaP para analizar el cistroma del AR mediante AR-ChIP-seq y luego identificar genes comprometidos con el AR expresados ​​diferencialmente mediante transcriptoma-seq. Los análisis bioinformáticos de estos datos nos permitirán identificar una firma de progresión del CR-CaP que podría explicar la resistencia del CR-CaP a los tratamientos convencionales y que podría identificar nuevas vías diana. Paralelamente, el posdoctorado Indranil Chattopadyhy, Ph.D. y colaboradores (Kandel, Campbell, Liu, Morrison, Buck) realizaron transcriptoma-seq, miRNA-seq, microbioma-seq y otros análisis de próxima generación para identificar posibles firmas genómicas que expliquen la progresión de las metaplasias del esófago de Barrett a displasias y, eventualmente, a adenocarcinomas de esófago.
El papel de FAK/Pyk2 activado de la señalización NFκB en macrófagos asociados a tumores en la progresión metastásica del cáncer de mama.
Hemos estudiado el papel de la señalización FAK/Src en el control de la arquitectura del citoesqueleto, la adhesión y la motilidad oncogénica. Con este fin, la estudiante de posgrado, Sheila Fiegel, Ph.D. buscó identificar nuevos sustratos de FAK y dilucidar el motivo de fosforilación de FAK. Después de producir FAK de baculovirus, realizó ensayos de quinasa FAK in situ utilizando microarreglos de proteínas que contenían miles de fusiones de proteína GST o péptidos que contenían tirosina, y ha identificado muchos sustratos potencialmente nuevos específicos de FAK. Al mismo tiempo, ha analizado cómo la fosforilación de tirosina inducida por Src/FAK de PRAK/MAPKAP-5 afecta la adhesión de células cancerosas.

Otros proyectos

Estamos colaborando con laboratorios fuera de Roswell Park para investigar el papel de SSeCKS/AKAP12 en:
1. supresión de la reestenosis aórtica mediante retinoides
2. insuficiencia cardíaca inducida por el ejercicio
3. aprendizaje y memoria
4. Desarrollo de células B
5. Formación de la barrera hematoencefálica
6. curación de lesiones cerebrales
7. enfermedad pulmonar obstructiva crónica
8. envejecimiento
9. glomerulonefritis
También estamos colaborando para identificar las firmas genómicas de la metástasis del melanoma.

Miembros de laboratorio:

Seamus Degan, estudiante de posgrado
Subrahmanya Anirudh Kaligotla Venkata - Estudiante de maestría