Pokroky ve výzkumu nádorového mikroprostředí

Přitom právě jeho nenádorové – „podpůrné“ – buňky, jak se zdá, významným způsobem ovlivňují růst prakticky všech typů solidních tumorů i jejich metastazování. Ještě na podzim téhož roku vzniklo při 1. LF UK Centrum nádorové ekologie, které navázalo na předchozí výzkumné aktivity a danou problematikou se začalo zabývat komplexně.

Centrum nádorové ekologie (CNE) bylo MŠMT vybráno k podpoře bezmála 300 miliony korun z prostředků Evropských strukturálních a investičních fondů. V sedmi výzkumných programech sdružuje týmy z 1. LF UK, Přírodovědecké fakulty UK, BIOCEV, Ústavu molekulární genetiky AV ČR a Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR. Na to, jak se daří rozplétat složité vztahy jednotlivých buněčných populací nádorového mikroprostředí či jaké jsou ambice CNE po skončení pětiletého dotačního období, jsme se zeptali hlavního vědeckého koordinátora prof. MUDr. Karla Smetany, DrSc., přednosty Anatomického ústavu 1. LF UK, a proděkana prof. MUDr. Aleksiho Šeda, DrSc., přednosty Ústavu biochemie a experimentální onkologie 1. LF UK, jehož tým je od počátku součástí projektu.

• CNE funguje již více než dva roky a jaksi virtuálně propojuje výzkumné týmy z různých oborů. Jak se tento koncept osvědčil?

K.S.: Myslím si, že fungujeme dobře a že produkujeme velmi zajímavé výsledky. Je to dáno jednak tím, že jednotlivé týmy více či méně spolupracovaly už v minulosti, a jednak tím, že je pro ně centrum určitou platformou nejen pro sdílení zkušeností a nápadů, ale také technologií a přístrojového vybavení.

A.Š.: Projekt skutečně primárně nestál na tom, že by se postavila jedna z mnoha dalších budov a že by vznikla jedna z mnoha dalších administrativ. Cílem bylo soustředit lidské zdroje a finanční prostředky na to, aby se mohly jednotlivé skupiny zaměřené na dílčí témata profesně synchronizovat a mohly komfortněji spolupracovat. Nese to s sebou pochopitelně i ekonomizaci celého projektu, kdy náročné investiční celky nakupujeme dohromady, což je pozitivní pro naši práci i pro naše instituce, protože má nový přístroj lepší využitelnost.

K.S.: Kdybych to tedy shrnul lapidárně, je lepší nalít peníze do lidí a technologií než do betonu.

• Existují podobná centra ve světě?

K.S.: Osobně nevím o žádném pracovišti, které by se problematikou nádorové ekologie zabývalo tak centralizovaně a komplexně, jako je tomu právě u nás. Považujeme to za důležité, protože zhoubné nádory představují složitý ekosystém, který je tvořen nejen nádorovými buňkami, ale i mnoha dalšími buněčnými typy. Ať už jde o fibroblasty, buňky imunitního systému, endotelové buňky, nebo jejich produkty, jež předurčují vznik mikroprostředí, které podporuje růst tumoru i jeho metastazování.

A.Š.: V této souvislosti také někdy zaznívá pojem nádorová sociologie, který vlastně vystihuje komunikační rozměr nádorových buněk s těmi „podpůrnými“ v neprospěch pacienta. Nádorové buňky totiž nemají mnoho atributů důležitých pro vznik tumoru, ale dokážou „říci si“ jiným buňkám, které jsou právě součástí mikroprostředí, aby za ně tu „špinavou práci“ odvedly. Prozatím sice v onkologické léčbě dominuje snaha ovlivnit přímo nádorovou buňku, nicméně se ukazuje, že pokud bychom dokázali zasáhnout ty ostatní složky nádorového ekosystému, mohlo by se to setkat s mnohem větší odezvou i u vlastních buněk tumoru.

K.S.: Proto se v CNE snažíme nádorové mikroprostředí studovat opravdu z různých úhlů pohledu. Věnujeme se tak nejen mapování jeho složení a probíhajících procesů, ale také identifikaci a využití kandidátních molekulárních cílů pro diagnostiku a terapeutický zásah, dále drug designu, motilitě a invazivitě nádorových buněk, virové onkogenezi, proteomice, genetice či transkriptomice tumorů. Zejména maligního melanomu, dlaždicových karcinomů hlavy a krku, glioblastomu či karcinomu pankreatu.

A.Š.: Centrum je skutečně unikátní v tom, že sdružuje mnoho profesí – počínaje kolegy, kteří se zabývají syntetickou chemií, biochemií, genetikou, molekulární biologií či bioinformatikou, přes ty, kteří jsou zaměřeni na virologii, patologii, anatomii či embryologii, až po klinické lékaře.

• Když se na to podíváme z opačného úhlu pohledu – jaké je o CNE povědomí v zahraničí?

K.S.: Řekl bych, že už poměrně dobré, což považuji za hodně důležité i pro jeho další budoucnost. Kromě toho, že řešíme již delší dobu projekty s různými především evropskými pracovišti – třeba s Ludwig‑Maximilians‑Universität München, Universiteit Antwerpen, pařížskou Sorbonnou nebo varšavským Nencki Institute of Experimental Biology –, ozývají se nám i kolegové s nabídkou nové spolupráce, protože vnímají propojení s CNE jako přínosné. Navíc nás v poslední době několikrát oslovily redakce některých zahraničních odborných časopisů, abychom pro ně jako editoři dali dohromady speciální monotematická vydání. Spolu s dalšími kolegy z CNE, Lacinou a Kodetem, jsem se podílel na přípravě takového čísla pro International Journal of Molecular Sciences, konkrétně se zaměřením na nové poznatky o cílené léčbě melanomu, které mělo dobrý ohlas. A s kolegou Masaříkem z Masarykovy univerzity v Brně připravujeme pro stejný časopis speciální číslo o nádorovém mikroprostředí a metabolismu.

A.Š.: Aktuálně jsme také byli vyzváni redakcí časopisu Frontiers in Oncology k uspořádání zvláštního čísla. Ve spolupráci s našimi kolegy ze Sorbonny a Nencki Institutu připravujeme jeho „scénář“ tak, aby přineslo ucelený pohled na složení a vztahy v nádorovém mikroprostředí glioblastomu. Pochopení biologické komplexity procesů gliomageneze je nezbytným východiskem identifikace molekulárních cílů, které mohou ovlivnit vývoj nádoru jak na úrovni vlastních transformovaných buněk, tak i na úrovni stromatu, spoluurčujícím například lokální imunosupresi či neovaskularizaci..

• Jakými úspěchy se ve výzkumu nádorového mikroprostředí můžete pochlubit?

K.S.: Osobně jsem rád, že se v Ústavu molekulární genetiky AV ČR ve spolupráci s námi podařilo v CNE zavést velice top technologii „single‑cell sequencing“, která nám umožňuje u každé jednotlivé buňky přečíst celý její genom a transkriptom. Můžeme se tak podívat nejen na její DNA a mutace genů, ale také na přepis genetické informace do RNA. To znamená, že víme, které geny jsou v buňce v danou chvíli aktivní. Díky této technologii jsme například získali zajímavá data o nádorově asociovaných fibroblastech, které jsou jedním z hlavních elementů nádorového mikroprostředí – v našem případě šlo o trojrozměrné modely heterogenních sféroidů melanomu. Výsledky jsme pak publikovali loni na podzim v prvokvartilovém časopise Cancers.

• Co konkrétně jste zjistili?

K.S.: Za vydatného přispění dr. Koláře a jeho spolupracovníků se ukázalo, že populace nádorově asociovaných fibroblastů není homogenní, ale skládá se ze tří subpopulací, jež vzájemně spolupracují a které se liší expresí genů asociovaných s produkcí extracelulární matrix, prozánětlivých faktorů a signalizací pomocí nadrodiny proteinů TGF‑β. A právě ve skupině, která produkuje velké množství chemokinů i cytokinů známých z chronického zánětu, jsme zjistili, že má prioritní postavení interleukin 6. To je molekula ohromně důležitá pro komunikaci jednotlivých složek nádorového ekosystému, přičemž jsme dokázali, že je zásadní pro zvýšenou migraci nádorových buněk melanomu, tudíž i pro jeho invazivitu. Elegantně, pomocí „single‑cell sequencing“, jsme tak potvrdili v in vitro experimentu to, co už jsme pozorovali dříve na pacientských vzorcích melanomu, karcinomu prsu či nádorů hlavy a krku.

A.Š.: Skvělé je, že sofistikované technologie umožňují přisoudit konkrétní vlastnosti konkrétním buňkám, nikoli jen směsi buněčných populací jako celku, což je klíčem k tomu, abychom lépe cílili na dané procesy. Takže třeba zmiňované nádorově asociované fibroblasty už nemůžeme díky výzkumu profesora Smetany a jeho týmu jednoduše označit za „kolektivního viníka“.

• Dá se tedy zobecnit, že subpopulace nádorově asociovaných fibroblastů, které hojně produkují interleukin 6, mohou být tím hlavním viníkem v procesu metastazování?

K.S.: Skutečně se zdá, že interleukin 6 se velmi intenzivně podílí na vzniku jakési budoucí metastázy – a sice tím, že vytvoří tzv. premetastatickou niku. To znamená, že tento prozánětlivý cytokin pomůže někde v organismu upravit prostředí tak, aby tam mohly nádorové buňky doputovat a usadit se tam. Dále je ve vztahu k tumorům důležité si uvědomit i to, že pokud se u pacienta vyskytuje velké množství metastáz nebo pokud je primární nádor rozsáhlý, pak koncentrace interleukinu 6 dosáhne určité výše, která je ovšem u každého jedince individuální, a ta způsobí změnu metabolismu jater, kosterního svalu a také tukové tkáně. V důsledku toho člověk začne „trávit sám sebe“ a postupně nastává nádorová kachexie, charakterizovaná hlavně ztrátou svalové hmoty a tukové tkáně a vedoucí ke smrti.

• Které další molekuly v nádorovém mikroprostředí si zaslouží pozornost?

A.Š.: Naše skupina se mimo jiné zabývá výzkumem fibroblastového aktivačního proteinu alfa, FAP, a jeho biologického významu v procesu gliomageneze. Jedná se o molekulu, která se v normální tkáni téměř nevyskytuje a lze ji nalézt pouze v embryích a taktéž v nádorech. Prokázali jsme například, že FAP je zvýšeně exprimován v glioblastomech, zejména v mezenchymálním podtypu. Recentně jsme pak popsali, že je regulován TGF‑β, přičemž vysoce heterogenní buněčné populace nádorového mikroprostředí glioblastomu na tuto regulaci reagují odlišně – některé FAP začnou produkovat, jiné nikoli. Poprvé jsme tak poukázali na to, že exprese FAP pozitivně koreluje s expresí TGF‑β. V brzké době se také chystáme publikovat práci, která by měla poukázat na roli tohoto proteinu v neovaskularizaci nádoru. Glioblastom je totiž charakterizován vysokou úrovní cévní novotvorby a zdá se, že právě FAP danému procesu hodně napomáhá. Že fibroblastový aktivační protein je jedním z potenciálně zajímavých diagnostických či terapeutických cílů v onkologii, si zdaleka nemyslíme sami. Například kolegové z Německa se v současnosti intenzivně zabývají možností, jak využít FAP pro konstrukci jakýchsi sond, které by umožňovaly vizualizaci a detekci glioblastomu.

K.S.: Snad bych jen doplnil, že při procesu nádorové neovaskularizace bude zřejmě velmi úzká kooperace FAP s naším oblíbeným interleukinem 6 a také s interleukinem 8. Máme tedy na molekulární úrovni několik hráčů, které zajišťují, aby byl tumor dostatečně zásoben kyslíkem.

A.Š.: A přesně v tom je kouzlo studia jednotlivých elementů nádorového ekosystému a jejich vztahů… A v konečném důsledku to podtrhuje význam našeho centra, které je vlastně také jakýmsi koordinovaným heterogenním ekosystémem.

K.S.: Je to prostě živý a rozmanitý ekosystém jako Serengeti nebo korálový útes.

• To zní skoro poeticky. Nicméně pojďme možná k trochu přízemnější otázce – a sice, že projekt CNE byl schválen na pět let, je tudíž zhruba v polovině svého dotačního období. Jak zajistíte jeho udržitelnost i nadále?

A.Š.: V každém případě bychom v projektu chtěli pokračovat, protože se ukazuje být smysluplným a produktivním. Předpokládáme, že díky našim dosavadním výsledkům budeme i nadále úspěšní v žádostech o grantové prostředky u různých poskytovatelů. Výhodou je, že jako konsorcium s již prokazatelnou historií budeme mít větší šanci uspět. Bedlivě také sledujeme informace o tom, že pro onkologický výzkum obecně by v naší republice měla být alokována významná podpora, což by měla být i jedna z cest udržitelnosti center excelence, která v minulosti vznikla. Přestože máme před sebou ještě více než dva roky, už nyní pracujeme na tom, abychom CNE zachovali v jeho funkční podobě. Je to závazek nejen vůči všem kolegům, ale i proto, že jsme centrum vybavili slušně technologicky. A je jistě žádoucí, aby jednotlivé technologie a přístroje přinášely výsledky kontinuálně.

K.S.: Dá se také očekávat, že velký výzkumný potenciál CNE přitáhne ke spolupráci i komerční subjekty z farmaceutického sektoru.

A.Š.: Navíc máme historicky dlouhodobou a příjemnou spolupráci s výzkumnými a klinickými pracovišti z Brna a Olomouce a do budoucna uvažujeme o tom, že bychom centrum rozšířili o další virtuální spolupracovníky napříč republikou. Rádi bychom takto vzniklou síť špičkových pracovišť nějakým způsobem kodifikovali – v jakémsi Národním centru pro výzkum rakoviny, což by byl z hlediska ideové struktury protějšek třeba National Cancer Institute v USA. Tím bychom jednoznačně podpořili nejen základní, ale i translační a aplikovaný výzkum v onkologii.

Zdroj: MT