βIII-Tubulin

Mise à jour, l'article date du 10 décembre 2014

βIII-Tubulin: A novel mediator of chemoresistance and metastases in pancreatic cancer

Pancreatic cancer is a leading cause of cancer-related deaths in Western societies. This poor prognosis is due to chemotherapeutic drug resistance and metastatic spread. Evidence suggests that microtubule proteins namely, β-tubulins are dysregulated in tumor cells and are involved in regulating chemosensitivity. However, the role of β-tubulins in pancreatic cancer are unknown. We measured the expression of different β-tubulin isotypes in pancreatic adenocarcinoma tissue and pancreatic cancer cells. Next, we used RNAi to silence βIII-tubulin expression in pancreatic cancer cells, and measured cell growth in the absence and presence of chemotherapeutic drugs. Finally, we assessed the role of βIII-tubulin in regulating tumor growth and metastases using an orthotopic pancreatic cancer mouse model. We found that βIII-tubulin is highly expressed in pancreatic adenocarcinoma tissue and pancreatic cancer cells. Further, we demonstrated that silencing βIII-tubulin expression reduced pancreatic cancer cell growth and tumorigenic potential in the absence and presence of chemotherapeutic drugs. Finally, we demonstrated that suppression of βIII-tubulin reduced tumor growth and metastases in vivo. Our novel data demonstrate that βIII-tubulin is a key player in promoting pancreatic cancer growth and survival, and silencing its expression may be a potential therapeutic strategy to increase the long-term survival of pancreatic cancer patients.
Keywords: Pancreatic cancer, chemoresistance, tumor growth, metastases, βIII-tubulin

INTRODUCTION

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is a devastating disease that ranks as the fourth leading cause of cancer-related death in Western societies, with a 5-year survival rate of 6-7%. This poor prognosis is due to PDA's propensity to acquire resistance to chemotherapeutic agents and metastasize. The result is that our current chemotherapeutic treatments only extend patient survival by ~8–16 weeks. These statistics highlight the imperative to identify effective therapeutic targets for this devastating disease.

The tubulin/microtubule network is recognized as a key player in cancer chemoresistance [11]. Microtubules are tube-like assemblies of α-and β-tubulin heterodimers, that form part of the cell cytoskeleton and play critical roles in regulating mitosis and intracellular transport. β-tubulin has seven different isotypes (βI, βII, βIII, βIVa, βIVb, βV, βVI) that exhibit distinct tissue expression profiles [11]. Notably, all of the β-tubulin isotypes share a high degree of homology and are distinguished by their unique carboxy terminal tail which is subject to post-translational modifications [11]. The importance of microtubules as therapeutic targets for cancer is highlighted by the clinical use of tubulin binding agents (TBAs) which target β-tubulin. At high concentrations these agents induce mitotic arrest and cause cell death. However, therapeutic applications of TBAs are often marred by resistance, which is often correlated to differential expression of specific β-tubulin isotypes. Clinical studies have reported high expression of βIII-tubulin in several cancers including lung, breast, prostate, gastric and melanoma. Under non-pathological conditions βIII-tubulin expression is primarily restricted to neurons, and sertoli cells in the testis, and at low levels in other tissues. Interestingly, its upregulation in cancer cells has been correlated to decreased progression-free or overall survival and resistance to chemotherapeutic agents. Functional studies have confirmed the importance of βIII-tubulin in regulating sensitivity to chemotherapeutic agents in non-small cell lung cancer (NSCLC), ovarian cancer and prostate cancer cells.

Up-regulation of βIII-tubulin has been observed in advanced PDA patient tissue specimens and cell lines. Interestingly, aberrant βIII-tubulin expression in PDA cells was associated with activation of kRAS (oncogene commonly associated with PDA) and appeared to be progressively upregulated in pancreatic intraepithelial neoplasias (PanIN) 1 to 3, the precursor lesions of PDA [26]. Despite this strong correlation, no functional role for βIII-tubulin has been established in pancreatic cancer. Using a gene-silencing approach we silenced βIII-tubulin expression in pancreatic cancer cells and determined its role in regulating chemosensitivity, cell growth, tumorigenesis and metastases. We report for the first time that silencing βIII-tubulin in pancreatic cancer cells in vitro 1) decreases clonogenicity; 2) decreases anchorage-dependent and independent proliferation; 3) increases apoptosis and anoikis; and 4) increases sensitivity to chemotherapy drugs including gemcitabine and the TBAs paclitaxel and vincristine. Notably, we demonstrate the importance of βIII-tubulin in regulating tumor growth and metastases in a clinically-relevant orthotopic pancreatic cancer mouse model.

RESULTS

βIII-tubulin is expressed in human pancreatic tumor cells

βIII-tubulin was expressed at high levels in pancreatic tumor cells, while absent in the acinar and normal ductal cells in PDA tissue (Figure ​(Figure1A).1A). To determine whether the expression pattern was specific to βIII-tubulin, we also examined the levels of another β-tubulin isotype, βII-tubulin, which has been shown to be differentially expressed in tumor cells. It too was present at high levels in pancreatic tumor cells, however in contrast to βIII-tubulin, it was also present in acinar and normal ductal cells . Next, we measured βIII-tubulin expression by western blotting in cell lysates from 3 different pancreatic cancer cell lines derived from primary (MiaPaCa-2, Panc-1) and metastatic (HPAF-II) sites. βIII-tubulin levels were significantly higher in all 3 pancreatic cancer cell lines compared to normal non-tumorigenic human pancreatic ductal epithelial (HPDE) cells . βII-tubulin was also higher in 2/3 pancreatic cancer cell lines (MiaPaCa-2 and Panc-1) compared to HPDE cells. Notably, βI-tubulin, which is constitutively expressed in most tissues, was expressed at similar levels in the pancreatic cancer cell lines and the normal HPDE cells .

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ßlll-tubuline: Un nouveau médiateur de la chimiorésistance et des métastases dans le cancer du pancréas

Le cancer du est une cause importante de décès liés au cancer dans les sociétés occidentales. Ce pronostic est dû à la résistance aux médicaments chimiothérapeutiques et la dissémination métastatique.

Les preuves suggèrent que les protéines de microtubules, les ß-tubulines, sont dérégulées dans les cellules tumorales et sont impliqués dans la régulation de la chimiosensibilité. Toutefois, le rôle de la ß-tubuline dans le cancer du pancréas est inconnu. Nous avons mesuré l'expression de différents isotypes β-tubuline dans les tissus du pancréas et de l'adénocarcinome des cellules cancéreuses pancréatiques.

Ensuite, nous avons utilisé l'ARNi pour réduire au silence l'expression de ßlll-tubuline dans les cellules du cancer du pancréas, et la croissance cellulaire mesurée en l'absence et en présence de médicaments chimiothérapeutiques. Enfin, nous avons évalué le rôle de la ßlll-tubuline dans la régulation de la croissance tumorale et les métastases en utilisant un modèle de souris orthotopique de cancer du pancréas. Nous avons constaté que ßlll-tubuline est fortement exprimé dans le tissu pancréatique et l'adénocarcinome des cellules cancéreuses pancréatiques.

De plus, nous avons démontré que taire l'expression de la ßlll-tubuline a réduit la croissance des cellules du cancer du pancréas et le potentiel tumorigène en l'absence et en présence de médicaments chimiothérapeutiques. Enfin, nous avons démontré que la suppression de la ßlll-tubuline a réduit la croissance tumorale et les métastases in vivo. Nos nouvelles données démontrent que ßlll-tubuline est un acteur clé dans la promotion de la croissance du cancer du pancréas et de la survie, et faire taire son expression peut être une stratégie thérapeutique potentielle pour augmenter la survie à long terme des patients atteints de cancer du .


INTRODUCTION

Le réseau tubuline / microtubules est reconnu comme un acteur clé dans la chimiorésistance au cancer. Les microtubules sont des assemblages de tubes qui font partie du cytosquelette cellulaire et jouent un rôle essentiel dans la régulation de la mitose et de transport intracellulaire. la β-tubuline a sept isotypes différents (ßi, βII, ßlll, βIVa, βIVb, βV, βVI) qui présentent des profils d'expression de tissus distincts. Notamment, tous les isotypes de ß-tubuline partagent un degré élevé d'homologie et se distinguent par leur queue unique qui est sujet à modifications post-traductionnelles. L'importance des microtubules comme cibles thérapeutiques pour le cancer est mis en évidence par l'utilisation clinique d'agents de liaison de la tubuline (AT) qui ciblent β-tubuline. A des concentrations élevées de ces agents induisent un arrêt de la mitose et la mort cause cellulaire. Toutefois, les applications thérapeutiques des AT sont souvent entachées de résistance, qui est souvent en corrélation avec l'expression différentielle des isotypes de ß-tubuline spécifique. Des études cliniques ont signalé une expression élevée de ßlll-tubuline dans plusieurs cancers, notamment du , du , de la , de l'estomac et le mélanome . Dans des conditions non pathologiques l'expression ßlll-tubuline est principalement limitée aux neurones et les cellules de Sertoli dans le testicule, et à de faibles niveaux dans d'autres tissus. Fait intéressant, la régulation à la hausse dans les cellules cancéreuses a été corrélée à une diminution de la progression avec ou sans survie globale et la résistance aux agents chimiothérapeutiques. Des études fonctionnelles ont confirmé l'importance de la ßlll-tubuline dans la régulation de la sensibilité aux agents chimiothérapeutiques en cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC), le cancer des ovaires et des cellules cancéreuses de la prostate.

La Régulation à la hausse de la ßlll-tubuline a été observée dans des échantillons de tissus de malades du PDA et dans des lignées de cellules. Fait intéressant, l'expression aberrante de ßlll-tubuline dans les cellules PDA a été associée à l'activation du gène KRAS (oncogène communément associée avec les PDA) et semblait être progressivement régulée à la hausse dans les néoplasies intra-épithéliales pancréatiques (PanIN) 1 à 3, les lésions précurseurs de PDA. Malgré cette forte corrélation, aucun rôle fonctionnel pour ßlll-tubuline a été établi dans le cancer du pancréas. En utilisant une approche de la neutralisation des gènes pour taire expression ßlll-tubuline dans les cellules du cancer du pancréas et déterminé son rôle dans la régulation de la chimiosensibilité, la croissance cellulaire, la tumorigenèse et les métastases. Nous rapportons pour la première fois que l'inhibition de la tubuline-ßlll cellules cancéreuses pancréatiques in vitro 1) diminue clonogénicité; 2) diminue dépendantes de l'ancrage et la prolifération indépendante; 3) augmente l'apoptose et anoikis; et 4) augmente la sensibilité aux médicaments de chimiothérapie incluant la gemcitabine, le paclitaxel et la vincristine. En particulier, nous démontrons l'importance de la ßlll-tubuline dans la régulation de la croissance des tumeurs et les métastases dans un modèle orthotopique cliniquement pertinents de mod`les de souris du cancer du pancréas.

RÉSULTATs

ßlll-tubuline est exprimée dans des cellules tumorales pancréatiques humaines

ßlll-tubuline a été exprimée à des niveaux élevés dans les cellules tumorales du pancréas, tandis qu'elle est absente dans les celllules acinaires normales et les cellules canalaires dans le tissu PDA.
Pour déterminer si le profil d'expression était spécifique à ßlll-tubuline, nous avons également examiné les niveaux d'un autre isotype de β-tubuline, la tubuline-βII, ce qui a été montré pour être exprimé de manière différentielle dans les cellules tumorales. Il était aussi présent à des niveaux élevés dans des cellules tumorales pancréatiques, cependant, contrairement à ßlll-tubuline, il est également présent dans des cellules acineuses et canalaires normales des cellules supplémentaires.

Ensuite, nous avons mesuré l'expression ßlll-tubuline par western blot dans les lysats cellulaires à partir de 3 lignées cellulaires du cancer du pancréas différents dérivés de (MiaPaCa-2, PANC-1) et métastatiques sites (HPAF-II) primaires. Les niveaux de ßlll-tubuline étaient significativement plus élevés dans les 3 lignées cellulaires du cancer du pancréas par rapport aux cellules normales non tumorigènes épithélialea canalaires pancréatiques humaines (HPDE). La βII-tubuline était également plus élevée chez 2/3 des lignées cellulaires de cancer du pancréas MIAPaCa-2 (et PANC-1) par rapport aux cellules HPDE. Notamment, ßi-tubuline, qui est exprimé de manière constitutive dans la plupart des tissus, a été exprimée à des niveaux similaires dans les lignées cellulaires de cancer du pancréas et les cellules normales HPDE.

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mise à jour, l'article date de avril 2010

Plusieurs auteurs ont évalué la relation entre l’expression de la β-tubuline de classe III et le devenir des patients porteurs d’un cancer du non à petites cellules (CPNPC) traités par des agents antitubulines (AAT).

État des connaissances

Un haut niveau d’expression de β-tubuline de classe III a été corrélé avec une moindre réponse ou une survie plus courte chez les patients présentant un CPNPC avancé traité par taxanes et vinorelbine. Deux études ont montré que les patients traités par paclitaxel dont les tumeurs exprimaient un haut niveau de β-tubuline de classe III avaient une réponse et une survie moindre, tandis que cette variable n’avait pas de valeur prédictive chez les patients ne recevant pas d’AAT. À l’opposé, l’analyse des tumeurs des patients opérés porteurs d’un CPNPC de l’essai JBR-10 a montré que la chimiothérapie par cisplatine/vinorelbine semblait neutraliser la valeur pronostique négative de l’expression de β-tubuline de classe III et que le bénéfice de la chimiothérapie était plus important pour les patients ayant un haut niveau d’expression.

Perspectives

Dans le CPNPC avancé, un haut niveau d’expression de β-tubuline de classe III pourrait orienter le choix de la chimiothérapie vers un protocole sans taxanes. Les épothilones apparaissent potentiellement intéressantes dans ce contexte.

Conclusions

L’expression de la β-tubuline de classe III émerge comme un marqueur de résistance aux taxanes dans le CPNPC avancé, ainsi qu’un marqueur pronostic pour le devenir des patients ayant une maladie localisée.

Researchers have uncovered a new way in which a cell protein protects cancer cells from a wide range of chemotherapeutic drugs, identifying a possible target for improving treatment outcomes for patients.

Les chercheurs ont découvert un nouveau moyen par lequel une protéine protège les cellules cancéreuses d'un grand nombre de médicaments chimiothérapeuthique, identifiant ainsi une cible pour améliorer les traitements et les résultats pour les patients.

A team of scientists at Children's Cancer Institute Australia for Medical Research, led by Associate Professor Maria Kavallaris, discovered that the bIII-tubulin component of the cell's cytoskeleton could play an important role in resistance to a wide range of drugs used to treat lung, ovarian and breast cancers.

Une équipe scientifique conduite par le professeur MAria Kavallis a découvert que la molécule bIII-tubuline du squelette pourrait jouer un important rôle dans la résistance du corps à beaucoup de médicaments utilisés pour traite le cancer du de l' et du

Advanced non-small cell lung carcinomas (NSCLC) account for more than 80 per cent of lung cancer cases. More than one million people are diagnosed with lung cancer every year, the most common cancer in the world and the leading cause of cancer deaths. Chemotherapy remains the most effective treatment option, involving a diverse range of drugs, often used in combination. However, the emergence of drug-resistant tumours in NSCLC means chemotherapy no longer holds the promise of a good outcome for many patients.

Les cancers du poumon non-à-petites-cellules (NSCLC) comptent pour plus de 80% de cas de cancers du poumon. Plus de 1 million de gens sont diagnostiqués avec le cancer du poumon chaque année, le cancer le plus commun dans le monde et la première cause de la mort par cancer. La chimio reste le traitement le plus efficace et cela comprend beaucoup de médicaments différents souvent utilisés en combiniason. Toutefois, l'émergence d'une résistance aux médicaments signifie que la chimio ne tient plus ses promesses d'un bon résultaqt pour les patients.

Increased expression of bIII-tubulin has been linked to drug resistance in NSCLC, ovarian and breast cancers. In the latest Cancer Research publication, Associate Professor Kavallaris and her team showed that blocking the expression of the bIII-tubulin gene in NSCLC cells led to an increase in their sensitivity to a range of chemotherapeutic drugs.

L'expression accrue de bIII-tubuline a été mise en corrélation avec la résuistance aux médicaments dans le NSCLC dans le cancer de l'ovaire et dans celui du sein. Les chercheurs ont démontré que bloquer l,expression de la bIII-botuline dans le cancer du poumon fait que les cellules cancéreuses sont plus sensibles aux médicaments.

"Our results strongly suggest that the bIII-tubulin component is responsible for protecting NSCLC cells from the action of key chemotherapeutic drugs," said Associate Professor Kavallaris.

"nos résultats suggèrent fortement que le bIII-tubuline est responsable pour la protection des cellules canécreuses du poumon contre les médicaments chimiothérapeuthiques."

"This is the first scientific evidence for the broader implications of abnormal expression of this protein.

"We now have new insight into a mechanism of drug resistance in NSCLC which has not previously been reported. This has important implications for improving the targeting and treatment of a number of cancers which are resistant to current chemotherapeutic drugs," said Associate Professor Kavallaris.