Tioredoxin 1 (Trx1) är associerad med dålig prognos vid klarcellig njurcellscancer (ccRCC): Ett exempel på den avgörande rollen för redoxsignalering i ccRCC

För mer information. Vänligen kontaktatina.xiang@wecistanche.com

Abstrakt

ÄndamålTioredoxiner är viktiga regulatoriska proteiner för oxidativ signalering. Trx1 är den mest framträdandetioredoxinoch därför försökte den aktuella studien utvärdera den prognostiska rollen för Trx1 i ccRCC.

Metoderoch patienter En vävnadsmikroarray-studie (TMA) genomfördes för att utvärdera sambandet mellan Trx1 med klinisk patologiska egenskaper och överlevnadsresultat. Data frånCancerGenome Atlas (TCGA) utvärderades för associering av egenskaper i Trx1-genen med klinisk patologiska egenskaper och överlevnadsresultat.

ResultatI TMA hade patienter med ccRCC som hade höga Trx1-nivåer lägre T-stadier (s<0.001), less="" often="" distant="" metastases(p="0.018),lower" nuclear=""><0.001),and less="" often="" tumor="" necrosis="" (p="0.037)or" sarcomatoid="" features="" (p="0.008).Patients" with="" a="" combined="" score="" of="" ≥10="" had="" better="" dss="" than="" patients="" with="" a="" low="" combined="" score=""><10 (hr="" 95%="" ci="" 0.62(0.39-0.98)).="" interestingly,="" the="" survival="" outcome="" is="" compartment-specific:="" ccrcc="" patients="" whose="" tumors="" had="" exclusively="" trx1="" expression="" in="" the="" cytoplasm="" had="" the="" worst="" survival="" outcome(hr="" 3.1;95%="" ci="" 1.2-8.0).="" genomic="" data="" from="" the="" tcga="" demonstrated="" that="" patients="" with="" ccrccs="" that="" had="" trx1="" losses="" had="" more="" advanced="" clinicopathological="" features="" and="" worse="" survival="" outcomes="" in="" disease-specific=""><0.001), overall(p="0.001)," and="" progression-free="" survival="" (p="0.001)when" compared="" to="" patients="" with="" ccrccs="" without="" copy="" number="" variations(cnv)="" or="">

SlutsatsDen aktuella studien antyder en möjlig roll för Trx1 i tumörbiologin hos ccRCC och därför rekommenderar den aktuella studien starkt djupgående undersökningar av redoxsignaleringsvägar i ccRCC.

NyckelordTioredoxin.Oxidativ signalering. Reaktiva syrearter. Njurcancer. Riktade terapier

Klicka för att lära dig mer om cistanche-effekter

Introduktion

Oxidativ stress har förknippats med cancer i många decennier. En obalans av pro-oxidanter och antioxidanter har tillskrivits desoxiribonukleinsyra (DNA) skador och misslyckande i centrala cellulära processer, inklusive metabola avregleringar, cellulära membranskador och misslyckande i DNA-transkription och mRNA-translation [1]. Detioredoxinfamiljen har tidigare ansetts vara en viktig regulator av oxidativ jämvikt i celler. Tioredoxiner är mycket konserverade i nästan alla cellarter. De består av tre grupper av proteiner: de namngivande tioredoxinerna (Trxs), glutaredoxiner (Grxs) och peroxiredoxiner (Prxs) (granskas i [1]).

En överväldigande mängd vetenskaplig litteratur har gett bevis för att tioredoxiner inte är väktare av en oxidativ jämvikt utan bättre karakteriseras som regulatorer av oxidativ signalering (recenserat i [1,2]). I denna form har medlemmar av tioredoxinfamiljen funktioner som sensorer, transduktorer och effektorer av cellulära funktioner [3]. Biologiska processer som aktivering och kompartmentstabilisering av proteiner kan inte förklaras utan hänsyn till elektrostatiska egenskaper[4]. Det har faktiskt visat sig att negativa elektriska fält som når in i lösningsmedlet utanför de aktiva sidorna av tioredoxiner, elektrostatisk och geometri kompletterar varandra. substrat specificerar tioredoxiner och förmodligen andra proteiner [4].

Trx1 har varit involverad i många biologiska processer som har en nyckelroll i tumörbildning av klara cellernjur-cellkarcinom (ccRCC). Till exempel kan cytosolisk Trx1 utsöndras och fungera som en kemokin som kan attrahera och aktivera immunceller [1]. Dessutom kan Trx1 inducera uttrycket av interleukin(IL)IL-1, IL-2, IL-8 och dosberoende uttrycket av IL-6[1]. Speciellt är IL -6 ett viktigt regulatoriskt protein för tumörbildning i ccRCC [5]. Dessutom visar den makroskopiska synen av ccRCC-tumörer vanligtvis en blandad bild av feta, nekrotiska och hemorragiska områden, vilket belyser att biologiska processer som hyperaktiva metaboliska vägar och neovaskularisering är nyckelkomponenter för utveckling och progression av ccRCC. Flera studier har visat att medlemmar avtioredoxinfamiljen är viktiga regulatoriska komponenter i cellulär metabolism och även för neovaskularisering []. Till exempel har serumnivåer av Trx1 korrelerats med diabetesmottaglighet och med glukostolerans. Dessutom kan Trx1 inducera uttrycket av vaskulär endotelfaktor (VEGF)[1]. VEGF-hämning med tyrosinkinashämmare (TKI) är en av de viktigaste terapeutiska strategierna vid medicinsk behandling av metastaserande ccRCCs [6].

Slutligen har det visats att den hypoxiinducerbara faktorn-2 (HIF-2) är en viktig tumörprogressor i ccRCC [7]. Trx1 reglerar HIF-2-nivåer via ett järnkänsligt element in vitro [8]. Det har visats att utarmning av Trx1 resulterar i en ökning av HIF-2 mRNA-nivåer. Författarna har föreslagit att HIF-2-ackumulering kräver antingen tillräckligt med järntillförsel eller avsaknad av Trx1-reducerande system. För närvarande undersöker kliniska fas II-prövningar HIF-2-hämning som ett av de framtida lovande målen inom mRCC-terapi. Trx1 ochtioredoxinfamilj kan därför vara involverad i ccRCC-progression via en HIF-2 -beroende mekanism.

Sammantaget finns det rimliga bevis för att Trx1 kan inducera patofysiologiska processer som styr tumörprogression i ccRCC. Å andra sidan kan även förlusten av Trx1 kunna inducera HIF-2-ackumulering. Låga eller ökade nivåer av Trx1 kan påverka sammanhanget beroende på tumörprogression i ccRCC. Därför har den aktuella studien undersökt sambandet mellan Trx1-proteinnivåer i en TMA-analys och det antogs att både låga eller höga nivåer av Trx1 kunde associeras med klinisk patologiska egenskaper och överlevnadsresultat för patienter med ccRCC.

Metoder och patienter

Patient- och tumöregenskaper

Två patientkohorter analyserades. Den första kohorten inkluderade patienter som har behandlats kirurgiskt vid urologiska avdelningen vid universitetssjukhuset i Tübingen/Tyskland och som analyserades i en vävnadsmikroarray-studie (TMA) (kompletterande tabell 1). Alla inkluderade patienter hade patologiskt utvärderade T-stadier. Lymfadenektomi gjordes när misstänkta lymfkörtlar var synliga i preoperativa MRT- eller CT-skanningar. Därför utvärderades T-stadiet kliniskt och patologiskt. M-stadiet utvärderades kliniskt med MRT- och CT-skanningar. Alla Ml-patienter metastaserades synkront och nefrektomi utfördes i en cytoreduktiv avsikt hos dessa patienter. Den andra kohorten inkluderade patienter från TheCancerGenome Atlas-projektet (TCGA) (tillgång. Tabell 1).

Tissue microarray (TMA) analyser

Trx1 är känt för att vara i både kärnan och cytoplasman. I båda avdelningarna är Trx1 involverad i redox- och järnreglerande processer (granskas i [1]). Färgningen utvärderades av en erfaren genitourinary patolog (SR). Intensiteten räknades på en 0-3 skala (0=negativ,1=svagt positiv,2=måttlig positiv, 3=starkt positiv) och procentandelen positivt färgade målceller (intervall O-100 procent positiva) färgning vid varje intensitet. För att bättre representera övergripande proteinnivåer kombinerade vi frekvens- och intensitetsmåtten till ett integrerat intensitetsmått med följande formel:((procent färgning vid intensitet 3*3) plus (procent färgning vid intensitet 2*2) plus (procent färgning vid intensitet 1*1))/100 som beskrivits tidigare [10].

Trx1-proteindata korrelerades med sjukdomsspecifik överlevnad (DSS), klinikopatologiska egenskaper och uttryck av markörproteiner av vägar som är relevanta för RCC-biologi. Medianuppföljningen var 90,4 månader (kompletterande tabell 1). Beskrivande statistik inkluderade kontinuerliga variabler som visas som medel±standardavvikelse (SD) eller interkvartila intervall (IQR), medan kategoriska data visas som absoluta tal och motsvarande frekvenser. Kategoriska variabler jämfördes med chi-kvadraten eller Fishers exakta test efter behov. Antingen Students t-test korrigerat med Levans test för ekvivalens eller Mann-Whitney U-testet användes för jämförelse av kontinuerliga variabler. Cut-off-värden beräknades med rekursiva partitionsträdanalyser med användning av rpart-funktionen hos R. Överlevnadsfunktioner uppskattades med Kaplan-Meier-metoden och samband med överlevnadstider bedömdes med uni- och multivariabel Cox proportional hazard (PH) regressionsanalys. Alla statistiska tester var tvåsidiga och statistisk signifikans definierades som sp<0.05. all="" data="" were="" analyzed="" with="" the="" statistical="" package="" for="" social="" sciences="" software,="" version="" 24.0="" (spss="" inc.,="" chicago,="" il)="" and="" r="" version="" rx64="" 3.5.0(www-project.="" org),="" including="" additional="" packages="" coin,="" survival,="" and="">

Analys av genetiska förändringar i TCGA Associationer mellan klinikopatologiska variabler och kopietalsvariationer (CNV) eller somatiska mutationer undersöktes med Fishers exakta test, Cochran-Armitage-trendtest eller Mann-Whitney U-test som lämpligt. Uni- och multivariabel Cox PH-regression användes för associationsanalyser mellan CNV eller somatiska mutationer och total överlevnad (OS), sjukdomsspecifik överlevnad (DSS) och progressionsfritt intervall (PFD). Överlevnadsdata erhölls från Liu et al. [12]. Begränsade kubiska splines användes för att modellera förhållandet mellan Trx1 RNA-nivåer och överlevnadsändpunkterna OS, DSS och PFI (Figur S4).

Resultat

Resultat av vävnadsmikroarrayanalys.

Den ström som analyserades i TMA-kohorten bestod av 248 patienter (171 män och 77 kvinnor) med en medianålder på 65 år (IQR 56.0-71.4) och en medianuppföljningstid på 88,5 månader (QR 2 0.3-152.0 månader). Sjuttiotvå patienter hade dött på grund av ccRCC vid analystillfället. Patient- och tumörkarakteristika för hela TMA-kohorten visas i tilläggstabell 1 och egenskaperna för TCGA-kohorten visas i tilläggstabell 2. Det fanns en trend att något Trx1 vs.no Trx1-uttryck var associerat med sämre överlevnadsresultat HR:2,0295 procent CI 0.81-5.02;p=0.129. Jämförelsen av associationer mellan olika fack med DSS visas i Fig.1. Tumörer hos patienter som hade ett exklusivt uttryck av Trx1 i cytoplasman hade det sämsta överlevnadsresultatet (HR,95 procent konfidensintervall(CI):3,13(1.21-8.04)), Tabell 1). Varje uttryck av Trx1 övervägdes i de olika cellulära avdelningarna i denna analys.

Next, the combined frequencies and intensities were investigated to better account for the protein levels as described above. For this purpose, we calculated a cutoff value of≥10 using recursive partitioning. Patients with a combined score of>10 hade bättre DSS än patienter med en låg kombinerad poäng på<10(hr,95% ci0.62(0.39-0.98).="" in="" line="" with="" this="" result,="" tumors="" of="" patients="" with="" a="" high="" combined="" score="" demonstrated="" more="" often="" less="" advanced="" tumor="" features(table2).in="" multivariable="" analysis,="" high="" combined="" cytoplasmic="" trx1="" expression="" lost="" its="" significance="" for="" its="" association="" with="" survival="" outcome="" when="" adjusted="" for="" the="" prognostic="" groups="" of="" the="" ssign(stage,="" size,="" grade,="" and="" necrosis)score.="" the="" multivariable="" analysis="" is="" demonstrated="" in="" table="" lb="" for="" trx1="" continuous="" expression.="" the="" investigation="" for="" categorized="" trx1="" showed="" similarly="" non-significant="">

Resultat av TCGA-analysen

Undersökningen av CNV för Trx1-genen i TCGA-data visade att diploida och vinstgenomvariationer i Trx1-genen var signifikant associerade med mindre avancerade tumörstadier och klinisk-patologiska egenskaper, medan förluster oftare observerades i högre tumörstadier och var associerade med avancerade tumörstadier. klinikopatologiska egenskaper (Fig. 2A). Följaktligen var förluster associerade med dåliga övergripande, sjukdomsspecifika och progressionsfria intervall (Fig.2B).

Därefter analyserades genuttrycksnivåerna i RNA-sekvensdata. Det fanns ingen signifikant association av Trx1-mRNA-nivåer med klinisk-patologiska egenskaper (Fig. 3A) och det fanns inte heller någon kontinuerlig association av mRNA-nivåer med överlevnadsresultat (Fig. 3B). Somatiska mutationer av Trx1 fanns endast hos två patienter.

Diskussion

Den aktuella studien syftade till att undersöka den möjliga rollen för den mest framstående medlemmen av tioredoxinfamiljen, Trx1, i tumörbiologin hos ccRCC. Vi visar att det finns en kompartmentspecifik association av Trx1-uttryck med överlevnadsresultat i ccRCC. mängden Trx1-proteinnivåer korrelerades med klinikopatologiska egenskaper: lägre Trx1-proteinnivåer var associerade med avancerade klinikopatologiska egenskaper. Dessutom fanns det en korrelation av CNV (förluster) med avancerade tumörstadier, medan det inte fanns någon tydlig korrelation för Trx1 mRNA-nivåer med vare sig klinikopatologiska egenskaper eller överlevnadsresultat.

Redoxsignalering är en kompartmentspecifik biologisk process. Vissa av tioredoxinerna är kompartmentspecifika proteiner och andra kan pendla mellan cellulära avdelningar [1]. Den aktuella studien visar att uttryck av Trx1 i cytoplasman är associerat med dålig prognos i ccRCC men å andra sidan var högre nivåer av Trx1 associerade med mindre avancerade klinisk-patologiska egenskaper. Detta fynd understryker tidigare publicerade rapporter från några av våra gruppmedlemmar. Berndt et al. visade att Trx1 undertrycker översättningen av HIF-2 och HIF-2 är en stor tumörprogressor i ccRCC[7,8]. Detta kan vara mer uttalat om HIF-2 finns i cytoplasman[13]. Dessa prekliniska data har understrukits i kliniska prövningar som undersökte småmolekylära medel som hämmar HIF-2 hos patienter med metastaserande ccRCC[14]. Första data från kliniska fas I- och lI-studier har visat att dessa medel är aktiva hos patienter med ccRCC[15]. I samband med resultaten av den aktuella studien kan de mindre avancerade klinisk-patologiska egenskaperna i tumörer med högre Trx1-uttryck vara en effekt av Trx1 på HIF-2-uttryck. ccRCCs har specifik tumörbiologi. Under fysiologiska förhållanden med tillräcklig syretillförsel bryts HIF-2 ständigt ned via en process som orkestreras av von Hippel Lindau-proteinet (pVHL). Men i ungefär 90 procent av ccRCC är pVHL inaktiverat och därför överuttrycks HIF-2 även under normoxiska förhållanden[16]. Den särskilda redoxregleringen via Trx1 i celler med inaktiv eller saknad pVHL har ännu inte fastställts. Dessa undersökningar måste särskilt ta hänsyn till de fackspecifika skillnaderna.

Undersökningarna av genetiska aspekter i TCGA-data har visat att det finns en tydlig korrelation mellan CNV, avancerade klinisk-patologiska egenskaper och dåliga överlevnadsresultat för ccRCC-patienter. Vi förväntade oss att förluster av antal kopior kan vara kopplade till lägre RNA-uttryck och att lägre RNA-uttryck är kopplat till dåliga prognostiska tumöregenskaper och prognos. Vår analys av RNASeq-data från TCGA kunde dock inte påvisa ett samband mellan RNA-nivåer med dåliga prognostiska klinikopatologiska egenskaper. Faktum är att kubiska splineanalyser visade att de patienter med ccRCCs med medium RNA-uttryck av Trx1-genen hade det värsta överlevnadsresultatet. Även om CNVs är kända under lång tid och den prognostiska betydelsen av CNVs har visats i flera studier i ccRCC, är den biologiska relevansen fortfarande inte väl karakteriserad [17,18]. Vårt fynd understryker att CNVs och RNA-uttryck inte nödvändigtvis är kopplade och därför måste den biologiska grunden för associationen av genomiska CNV-förluster av Trx1 och avancerade klinisk-patologiska egenskaper bli föremål för framtida ytterligare undersökningar.

De nuvarande fynden har flera begränsningar som måste beaktas vid tolkning av dessa resultat. Detta är en retrospektiv studie. Studiens sammansättning kunde ha varit mer balanserad när det gäller TNM-stadier. Dessutom kunde uppföljningen ha varit längre.

Några av våra fynd verkar vara motsägelsefulla, högre Trx1-nivåer i cytoplasman är associerade med sämre överlevnadsresultat medan högre Trx1-nivåer i sig är förknippade med mindre avancerade klinisk-patologiska egenskaper. Redoxsignalering är en process som är kompartment- och kontextspecifik som andra biologiska processer, t.ex. den tumörundertryckande rollen av p53 eller transkriptionsregleringen av NFkB. Vi har tolkat våra nuvarande resultat i linje med denna biologiska kunskap. Dessa motsägelsefulla resultat från prima vista lämnar utrymme för ytterligare undersökningar, särskilt den reglerande rollen av Trx1 på HIF-2 är ett attraktivt mål med avseende på de nuvarande kliniska fas II-prövningarna som undersöker HIF-2en hämning som ett terapeutiskt medel koncept i ccRCC och andra cancertyper. Vår grupp har ett stort intresse inom detta område och ytterligare utredningar pågår för närvarande.

Sammanfattningsvis tyder den aktuella studien på att Trx1 har en roll i tumörbiologin för ccRCC. Möjliga förklaringar till en viktig roll för redoxsignalering av ccRCC är reglering av immunsvar, regleringar av metabola vägar och reglering av HIF-2-uttryck. Således rekommenderar den aktuella studien starkt intensifierade undersökningar av redoxsignaleringsvägar i ccRCC.

Referenser

1. Hanschmann EM, Godoy JR, Berndt C, Hudemann C, Lillig CH (2013) Tioredoxiner, glutaredoxiner och peroxiredoxiner – molekylära mekanismer och hälsobetydelse: från kofaktorer till antioxidanter till redoxsignalering. Antioxid Redox Signal 19:1539–1605
2. Lillig CH, Holmgren A (2007) Tioredoxin och relaterade molekyler – från biologi till hälsa och sjukdom. Antioxid Redox Signal 9:25–47
3. Berndt C, Lillig CH, Flohe L (2014) Redoxreglering av glutation behöver enzymer. Front Pharmacol5:168
4. Berndt C, Schwenn JD, Lillig CH (2015) Specificiteten för tioredoxiner och glutaredoxiner bestäms av elektrostatisk och geometrisk komplementaritet. Chem Sci 6:7049-7058
5. Kaminska K, Czarnecka AM, Escudier B, Lian F, Szczylik C (2015) Interleukin-6 som en framväxande regulator av njurcellscancer. Urol Oncol 33:476–485
6. Choueiri TK, Motzer RJ (2017) Systemisk terapi för metastaserande njurcellscancer. N Engl J Med 376:354–366
7. Raval RR, Lau KW, Tran MGB, Sowter HM, Mandriota SJ, Li JL, Pugh CW, Maxwell PH, Harris AL, Ratclife PJ (2005) Kontrasterande egenskaper hos hypoxiinducerbar faktor 1 (HIF-1) och HIF-2 i von Hippel-Lindau-associerat njurcellscancer. Mol Cell Biol 25:5675-5686
8. Berndt C, Hanschmann EM, Urbainsky C, Jordt LM, Müller CS, Bodnar Y, Schipper S, Handorf O, Nowack R, Moulis JM, Schulzke C, Schünemann V, Lillig CH (2020) FeS-klusterkoordination av vertebrattioredoxiner reglerar suppression av hypoxiinducerad faktor 2 genom järnreglerande protein 1. bioRxiv:2020.2008.2004.235721
9. Kononen J, Bubendorf L, Kallioniemi A, Barlund M, Schraml P, Leighton S, Torhorst J, Mihatsch MJ, Sauter G, Kallioniemi OP (1998) Tissue microarrays for high-throughput molecular profiling of tumor specimens. Nat Med 4:844–847
10. Seligson DB, Yu H, Tze S, Said J, Pantuck AJ, Cohen P, Lee KW (2013) IGFBP-3 nukleär lokalisering förutsäger återkommande prostatacancer hos människor. Hormoner Cancer 4:12–23
11. Godoy JR, Funke M, Ackermann W, Haunhorst P, Oesteritz S, Capani F, Elsasser HP, Lillig CH (2011) Redoxatlas av musen. Immunhistokemisk detektion av proteiner från glutaredoxin-, peroxiredoxin- och tioredoxinfamiljen i olika vävnader hos laboratoriemusen. Biochim Biophys Acta 1810:2–92
12. Liu J, Lichtenberg T, Hoadley KA, Poisson LM, Lazar AJ, Cherniack AD, Kovatich AJ, Benz CC, Levine DA, Lee AV, Omberg L, Wolf DM, Shriver CD, Thorsson V, Cancer Genome Atlas Research N, Hu H (2018) En integrerad TCGA pan-cancer klinisk dataresurs för att driva högkvalitativ analys av överlevnadsresultat. Cell 173:400–416 (e411)
13. Kroeger N, Seligson DB, Signoretti S, Yu H, Magyar CE, Huang J, Belldegrun AS, Pantuck AJ (2014) Dålig prognos och avancerade klinikopatologiska egenskaper hos klarcellig njurcellscancer (ccRCC) är associerade med den cytoplasmatiska subcellulära lokaliseringen av hypoxiinducerbar faktor-2alfa. Eur J Cancer 50:1531–1540
14. Choueiri TK, Kaelin WG Jr (2020) Inriktning på HIF2-VEGF-axeln i njurcellscancer. Nat Med 26:1519–1530
15. Choueiri TK, Plimack ER, Bauer TM, Merchan JR, Papadopoulos KP, McDermott DF, Michaelson MD, Appleman LJ, Thamake S, Zojwalla NJ, Jonasch E (2020) Fas I/II-studie av oral HIF{{2} }-hämmare MK-6482 hos patienter med avancerat klarcelligt njurcellscancer (RCC). J Clin Oncol 38:611–611
16. Nickerson ML, Jaeger E, Shi Y, Durocher JA, Mahurkar S, Zaridze D, Matveev V, Janout V, Kollarova H, Bencko V, Navratilova M, Szeszenia-Dabrowska N, Mates D, Mukeria A, Hol catova I, Schmidt LS, Toro JR, Karami S, Hung R, Gerard GF, Linehan WM, Merino M, Zbar B, Bofetta P, Brennan P, Rothman N, Chow WH, Waldman FM, Moore LE (2008) Förbättrad identifiering av von Hippel- Lindau-genförändringar i renala njurtumörer. Clin Cancer Res 14:4726–4734
17. Thiesen HJ, Steinbeck F, Maruschke M, Koczan D, Ziems B, Hakenberg OW (2017) Stratifiering av genomer av klarcellsnjurcellscancer (ccRCC) genom analys av genriktad kopietalsändring (CNA). PLoS ONE 12:e0176659
18. Zhao M, Zhao Z (2016) Överensstämmelse mellan kopienummerförlust och nedreglering av tumörsuppressorgener: en pancancerstudie. BMC Genomics 17 (Suppl 7):532