Irwin Gelman, Ph. D.

Laboratoire Gelman et ses membres

Le rôle de SSeCKS/AKAP12 dans la suppression des métastases.
Les données de notre laboratoire indiquent que le produit génique SSeCKS/AKAP12 fonctionne comme un suppresseur de métastases, probablement en inhibant l'expression induite par la tumeur de facteurs pro-angiogéniques tels que VEGF et HIF-1a (travaux d'un précédent postdoctorant, Bing Su, Ph.D.). Nous et d'autres avons rassemblé des données montrant que l'expression de SSeCKS est généralement perdue dans les cancers métastatiques de la prostate, dans environ un tiers des cas en raison de la suppression du gène, et dans deux tiers, en raison du silençage épigénétique (associé à l'hyperméthylation des îlots CpG promoteurs). Dans les cas de cancer de la prostate humain avec métastases, nous avons publié que la perte de SSeCKS est corrélée à une apparition plus précoce de la maladie métastatique et à une survie à long terme plus faible. Nous avons également montré que la réexpression de SSeCKS dans les cellules cancéreuses de la prostate supprime la néovascularisation aux sites métastatiques bien qu'elle ait peu d'effet sur la croissance des tumeurs au site primaire. Les micrométastases avasculaires induites par les cellules tumorales réexprimant SSeCKS présentent une expression du VEGF régulée à la baisse et, en effet, la réexpression forcée du VEGF dans ces cellules pourrait sauver l'activité complète de formation de macrométastases.
Nous avons également noté que les tumeurs de la prostate humaines de grade supérieur (somme de Gleason > 7) présentaient non seulement une expression de SSeCKS régulée à la baisse dans les cellules épithéliales de la prostate, mais également dans le stroma adjacent définissant ce que l'on appelle le microenvironnement tumoral (TME). Pour déterminer si SSeCKS contrôle la progression métastatique par un rôle dans les cellules TME, nous avons produit des souris AKAP12-null et les avons ensuite testées pour un potentiel métastatique accru lorsqu'elles étaient confrontées à des xénogreffes tumorales ou à des agents cancérigènes. Nos données indiquent que les agents cancérigènes tels que le DMBA et le TPA induisent non seulement un cancer de la peau beaucoup plus important (carcinomes épidermoïdes) chez les souris AKAP12-null par rapport aux hôtes de type sauvage, mais ils induisent également une progression accrue vers la formation de métastases spontanées, à savoir les carcinomes à cellules fusiformes. Les hôtes AKAP12-null présentent des niveaux accrus de métastases péritonéales et pulmonaires spontanées provenant de mélanomes orthotopiques sous-cutanés B16F10 (travaux d'un ancien postdoctorant, Shin Akakura, Ph.D.) ou d'injections tumorales intraveineuses.
Nous avons également noté que les tumeurs de la prostate humaines de grade supérieur (somme de Gleason > 7) présentaient non seulement une expression de SSeCKS régulée à la baisse dans les cellules épithéliales de la prostate, mais également dans le stroma adjacent définissant ce que l'on appelle le microenvironnement tumoral (TME). Pour déterminer si SSeCKS contrôle la progression métastatique par un rôle dans les cellules TME, nous avons produit des souris AKAP12-null et les avons ensuite testées pour un potentiel métastatique accru lorsqu'elles étaient confrontées à des xénogreffes tumorales ou à des agents cancérigènes. Nos données indiquent que les agents cancérigènes tels que le DMBA et le TPA induisent non seulement un cancer de la peau beaucoup plus important (carcinomes épidermoïdes) chez les souris AKAP12-null par rapport aux hôtes de type sauvage, mais ils induisent également une progression accrue vers la formation de métastases spontanées, à savoir les carcinomes à cellules fusiformes. Les hôtes AKAP12-null présentent des niveaux accrus de métastases péritonéales et pulmonaires spontanées provenant de mélanomes B16F10 orthotopiques sous-cutanés (travaux des précédents postdoctorants, Shin Akakura, Ph.D. et Masashi Muramatsu, Ph.D.) ou d'injections tumorales intraveineuses. Nous avons publié que l'augmentation des métastases B16F10 spontanées des sites orthotopiques (peau) à la membrane péritonéale chez les hôtes AKAP12-null est causée par la sécrétion accrue de CXCL9 et CXCL10 par les cellules mésenchymateuses péritonéales, tandis que l'augmentation des métastases spontanées aux poumons chez les souris AKAP12-null résulte de l'adhésion accrue des cellules tumorales à la E-sélectine endothéliale.

Identification et caractérisation de nouveaux suppresseurs de métastases dans le cancer du sein.
Nous utilisons des bibliothèques génomiques shRNA et CRISPRi de 3e génération (clonées dans des vecteurs lentiviraux de haut niveau) pour identifier les gènes qui i) suppriment l'invasivité oncogène dans les cellules du cancer du sein faiblement métastatique (T47D) ou de la prostate (LNCaP), ou qui identifient la sensibilité aux médicaments dans le sarcome des cellules synoviales induit par l'oncogène de fusion SYT-SSX. Pour le premier projet (une collaboration entre le postdoctorant Bing Su, PhD et l'étudiant diplômé, Henry Withers, des clones de cellules infectées ont été isolés en fonction de leur caractère invasif accru par Matrigel et de l'augmentation des métastases à partir de sites orthotopiques (glandes mammaires ou prostates) chez des souris nude. L'un des gènes suppresseurs de métastases que nous avons identifiés était FOXO4, qui, contrairement aux membres de la famille FOXO1 et FOXO3, supprimait l'invasivité métastatique dans les modèles in vitro et in vivo. Henry a poursuivi ces criblages après avoir obtenu son doctorat pour identifier PDGFRA comme un moteur ciblable pour la survie et la croissance des cellules tumorales du sarcome synovial.

Rôle de SSeCKS/AKAP12 dans la progression et les métastases du cancer de la prostate.
Des données antérieures de notre laboratoire indiquent que les fibroblastes embryonnaires de souris AKAP12-null (MEF) présentent une sénescence cellulaire prématurée dépendante de Rb marquée par une polyploïdie et une multinucléation. De plus, les prostates AKAP12-null sont hyperplasiques et expriment des marqueurs de sénescence accrue tels que la β-galactosidase associée à la sénescence, p16ink4a ou γ-H2AX. Pour déterminer si la perte combinée d'AKAP12 et de Rb est suffisante pour induire la progression du cancer de la prostate, un ancien étudiant diplômé, Hyun-Kyung Ko, Ph.D. (avec l'aide de Jennifer Peresie et d'un ancien postdoctorant, Shin Akakura, Ph.D.) a croisé nos souris AKAP12-null avec des souris Pb-Cre;Rbfl/fl (ou avec des souris Pb-Cre; p53fl/fl, comme contrôle), qui produisent des délétions Rb spécifiques à la prostate (PE). Les souris Akap12-/-;RbPE-/- présentaient des néoplasies intraépithéliales prostatiques de haut grade (HG-PIN) à l'âge de 7 mois, mais il y avait peu de progression vers l'adénocarcinome. En revanche, toutes les souris présentaient des signes de métastases ganglionnaires, constituées de lésions bien différenciées exprimant des marqueurs d'un phénotype de cellules prostatiques basales/luminales transitionnelles (cytokératine 14, 8, AR et p63). Cela suggère que les cellules rares dans les lésions HG-PIN sont marquées par la perte combinée de Rb et SSeCKS/Akap12 pour la progression métastatique. Actuellement, nous croisons ces souris avec des stocks transgéniques de traçage de lignée afin de pouvoir déterminer si les cellules métastatiques proviennent de cellules basales (CK14+) ou luminales (CK8+) de la prostate, puis caractériser la signature épigénétique de la dissémination métastatique précoce. Nous croisons également ce modèle avec une perte conditionnelle spécifique à la prostate du gène suppresseur de Smad4, sur la base de preuves selon lesquelles les métastases du cancer de la prostate humaine avec une diminution de SSeCKS et de Rb souffrent également d'une perte de Smad4. Une autre ancienne étudiante diplômée, Karina Miller, PhD, a comparé les tumeurs de la prostate Akap12/Rb-null à celles formées chez des souris transgéniques dépourvues d'expression prostatique de Pten et Rb. En effet, bien que les deux souches de souris transgéniques aient activé l'AKT plus la perte de Rb, les souris Akap12/Rb-null ont formé des lésions PIN de haut grade et des disséminations métastatiques indolentes aux ganglions lymphatiques locaux, les souris Pten/Rb-null ont formé des adénocarcinomes agressifs de la prostate et des métastases systémiques. Elle a montré que, tandis que les tumeurs Pten/Rb-null présentaient une activation accrue d'Akt2 plus une perte de Smad4, les tumeurs Akap12/Rb-null présentaient des niveaux d'Akt1 relativement accrus plus aucun changement de Smad4. En collaboration avec l'étudiant diplômé actuel, Seamus Degan, MS, ils ont montré que les cellules cancéreuses de la prostate déficientes en PTEN dépendent de PI3K-p110β plus AKT2 pour les paramètres de croissance et de motilité métastatiques, tandis que la réexpression de PTEN a déplacé la dépendance vers PI3K-p110α plus AKT1. Seamus a effectué une analyse de spectrométrie de masse phosphoprotéomique pour identifier les substrats potentiels spécifiques d'AKT2 qui pourraient favoriser la progression métastatique dans les cellules cancéreuses de la prostate.

Identification de gènes permettant la dormance du cancer du sein dans l'os endostéal.
Les cancers du sein métastasent souvent dans les os et, après de longues périodes de dormance, peuvent évoluer en lésions ostéolytiques. En utilisant des croissances 3D de cellules stromales et osseuses qui récapitulent la niche endostéale, Julie a montré qu'une lignée cellulaire de cancer du sein habituellement agressive, MDA-MB-231, ne parvient pas à proliférer. En utilisant des cellules MDA-MB-231 infectées par une bibliothèque de lentivirus shRNA génomique (DECIPHER), deux étudiants en master, Julie McGrath (qui a maintenant obtenu son doctorat à l'Arizona State University) et Louis Panzica (qui a obtenu son diplôme de JD à SUNY-Buffalo), plusieurs knockdowns de gènes ont été identifiés qui facilitent la prolifération des cellules cancéreuses du sein dans la niche endostéale 3D. Julie et Louis, respectivement, ont caractérisé comment HBP1 et WNT3A suppriment le réveil des cellules cancéreuses du sein dormantes dans des cultures de microenvironnement osseux 3D. L’objectif à long terme est d’identifier des médicaments qui maintiennent l’expression de HBP1 ou de WNT3A, prévenant ainsi les métastases récurrentes du cancer du sein dans les os et, vraisemblablement, augmentant la survie des patients.
Autres projets en cours
Signatures de progression génomique régulant la castration-cancer récurrent de la prostate (CR-CaP) ou l'œsophage de Barrett.
Français Il existe de plus en plus de preuves que le CR-CaP est entraîné par l'activation du récepteur aux androgènes (AR) en l'absence de taux sériques d'androgènes. Notre groupe et d'autres ont montré que l'AR peut être activé par phosphorylation directe par la famille Src ou les tyrosine kinases Ack1. Le projet actuel consiste à utiliser des paires de lignées cellulaires et de tumeurs dépendantes des androgènes (AD)/CR-CaP pour analyser le cistrome de l'AR par AR-ChIP-seq, puis pour identifier les gènes engagés dans l'AR exprimés de manière différentielle par transcriptome-seq. Les analyses bioinformatiques de ces données nous permettront d'identifier une signature de progression du CR-CaP qui pourrait expliquer la résistance du CR-CaP aux traitements conventionnels et qui pourrait identifier de nouvelles voies ciblables. En parallèle, le postdoctorant Indranil Chattopadyhy, Ph.D. et ses collaborateurs (Kandel, Campbell, Liu, Morrison, Buck) ont effectué des analyses de transcriptome-seq, de miRNA-seq, de microbiome-seq et d'autres analyses de nouvelle génération pour identifier les signatures génomiques potentielles qui expliquent la progression des métaplasies de l'œsophage de Barrett vers les dysplasies et, finalement, les adénocarcinomes de l'œsophage.
Le rôle de FAK/Pyk2 activant la signalisation NFκB dans les macrophages associés aux tumeurs dans la progression métastatique du cancer du sein.
Nous avons étudié le rôle de la signalisation FAK/Src dans le contrôle de l'architecture du cytosquelette, de l'adhésion et de la motilité oncogène. À cette fin, l'étudiante diplômée, Sheila Fiegel, Ph.D., a cherché à identifier de nouveaux substrats FAK et à élucider le motif de phosphorylation de FAK. Après avoir produit du baculovirus FAK, elle a réalisé des tests de kinase FAK in situ en utilisant des microarrays de protéines contenant des milliers de fusions GST-protéine ou de peptides contenant de la tyrosine, et a identifié de nombreux nouveaux substrats potentiellement spécifiques à FAK. En parallèle, elle a analysé comment la phosphorylation de la tyrosine induite par Src/FAK de PRAK/MAPKAP-5 affecte l'adhésion des cellules cancéreuses.

Autres projets

Nous collaborons avec des laboratoires extérieurs à Roswell Park pour étudier le rôle de SSeCKS/AKAP12 dans :
1. suppression de la resténose aortique par les rétinoïdes
2. insuffisance cardiaque induite par l'exercice
3. apprentissage et mémoire
4. Développement des cellules B
5. formation de la barrière hémato-encéphalique
6. guérison d'une lésion cérébrale
7. maladie pulmonaire obstructive chronique
8. vieillissement
9. glomérulonéphrite
Nous collaborons également pour identifier les signatures génomiques des métastases du mélanome.

Membres du laboratoire :

Seamus Degan, étudiant diplômé en maîtrise
Subrahmanya Anirudh Kaligotla Venkata - Étudiant à la maîtrise