Określenie udziału Bmi1-pozytywnych epitelialnych komórek macierzystych z jamy ustnej w procesie nowotworzenia przy użyciu systemu „lineage tracing analysis” oraz funkcji białka Bmi1 w komórkach płaskonabłonkowych nowotworów głowy i szyi

Płaskonabłonkowe nowotwory głowy i szyi (ang. Head and neck squamous cell cancers, HNSCC) obejmują ważne struktury anatomiczne górnej części układu pokarmowego i oddechowego takie jak: język, jama ustna, wargi, krtań, gardło oraz jama nosowa. Z tego względu wpływają na istotne funkcje życiowe takie jak oddychanie, przełykanie i mowę, jak również powodują negatywne skutki psychologiczne w związku ze związanymi z chorobą i leczeniem deformacjami widocznych części ciała, co czyni je ważnym problemem klinicznym i społecznym.

Głównymi czynnikami ryzyka sprzyjającymi rozwojowi tego typu nowotworu jest podrażnianie błon śluzowych jamy ustnej substancjami kancerogennymi zawartymi w dymie tytoniowym oraz w wysokoprocentowym alkoholu, a także zakażenie wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV). W Polsce diagnozuje się ok. 6000 przypadków rocznie. Niestety, z powodu mało specyficznych objawów, którymi są między innymi ból gardła, owrzodzenia w jamie ustnej czy chrypa, pacjenci zgłaszają się w momencie gdy nowotwór jest w dużym stadium zaawansowania. Dlatego też, pomimo zastosowania kombinowanej terapii polegającej na operacyjnym usunięciu guza oraz radio- lub chemioterapii, u większości pacjentów obserwuje się wznowę nowotworu lub rozwój przerzutów w innych organach, co jest przyczyną wysokiej i niezmiennej na przestrzeni lat śmiertelności: połowa pacjentów ze zdiagnozowanym nowotworem nie przeżyje pięciu lat od dnia diagnozy. Dlatego też zrozumienie podłoża tych procesów jest niezwykle istotnie z punktu widzenia potencjalnych terapii.

Przyczyny powstawania przerzutów oraz pojawiania się nawrotu nowotworu nie są do końca znane. Badania naukowe wskazują, że nowotwór nie jest jednorodny, w jego skład wchodzą komórki o różnych właściwościach. Niektóre są bardziej niż pozostałe odporne na działanie radio- i chemioterapii, co może skutkować ich przeżywaniem w organizmie po terapii antynowotworowej i ponownym pojawieniem się nowotworu. Ze względu na to, iż populacja tych komórek jest niezróżnicowana, niezwykle plastyczna i może dać początek wszystkim typom komórek obecnym w nowotworze, co czyni je podobnymi do komórek macierzystych, została nazwana jako nowotworowe komórki macierzyste (ang. Cancer Stem Cells, CSC). W związku z udziałem CSC w nawrotach choroby oraz ich odporności na standardowe leczenie, komórki te są uznawane jako przyszłe istotne potencjalne cele terapii antynowotworowych.

W kontekście tworzenia przerzutów, dotychczasowe badania sugerują udział procesu transformacji epitelialnomezenchymalnej (ang. Epithelial to mesenchymal transition, EMT) w progresji nowotworów. Podczas procesu EMT, białka odpowiedzialne za przyleganie między nieruchliwymi komórkami epitelialnymi, zanikają, co skutkuje uzyskaniem fenotypu mezenchymalnego i ruchliwości przez te komórki. Przemiana nieruchliwych komórek epitelianych w ruchliwe komórki mezenchymalne jest uznawana za jeden z procesów umożliwiających metastazę nowotworów.

Białko Bmi1 (ang. B cell specific Moloney murine leukemia virus integration site 1) jest jednym z komponentów kompleksu represyjnego Polycomb (PcG), który jest zaangażowany w remodeling chromatyny, który skutkuje wyciszaniem transkrypcyjnym określonych rejonów chromatyny. W ostatnich latach białko Bmi1 zostało opisane jako potencjalny marker nowotworowych komórek macierzystych w HNSCC. Istnieją również badania pokazujące jego udział w procesie EMT, na przykład w nowotworach piersi i czerniaku. Jednak rola białka Bmi1 w HNSCC nie jest dobrze poznana.

Celem projektu jest wyjaśnienie in vivo roli jaką białko Bmi1 pełni w procesie powstawania nowotworów głowy i szyi, jak również jego funkcji in vitro w komórkach wyprowadzonych z HNSCC. Stworzony w naszym laboratorium mysi model z systemem Cre-Lox umożliwia nam określenie roli białka Bmi1 w tworzeniu się nowotworu. Dzięki jednoczesnej obecności onkogennego K-ras oraz delecji TGFβRII, możliwe jest zaindukowanie procesu nowotworzenia. Ponieważ rekombinaza Cre będzie znajdowała się pod promotorem genu Bmi1, proces nowotworzenia zostanie zaindukowany tylko w tych komórkach, które wykazują ekspresję białka Bmi1. Dodatkowo, myszy będą zawierały białko reporterowe Tomato pod promotorem Bmi1, co pozwoli zobrazować komórki z ekspresją tego genu oraz wszystkie ich pochodne (komórki te będą wyznakowane na czerwono). System ten pozwoli ustalić czy komórki Bmi1-pozytywne biorą udział w powstawaniu nowotworów i jaki jest ich udział w tym procesie.

Dodatkowo przy użyciu szeregu testów in vitro w hodowlach komórkowych, zostanie sprawdzony wpływ obniżenia oraz nadprodukcji białka Bmi1 na zachowanie się komórek, a także zostaną zbadane zmiany na poziomie transkrypcyjnym przy wykorzystaniu analizy RNAseq. Wszystkie zaproponowane w przedstawionym grancie badania przyczynią się do lepszego zrozumienia funkcji białka Bmi1 jaką pełni w HNSCC, co może doprowadzić do udoskonalenia terapii nowotworów głowy i szyi.