Multiomics approaches to overcome drug resistance in cancer

Kanser tedavisinde karşılaşılan temel zorluklardan biri kemoterapiye oluşan dirençtir. Ilaç direnci üzerine yapılan çalışmalar genellikle kanser hücrelerinin genetik evrimi üzerine yoğunlaşmıştır, fakat epigenetik ve genetik olmayan mekanizmalar üzerine yapılan çalışmalar da ağırlık kazanmaya başlamıştır. Son bulgular ilaç direncinin tek bir mekanizmayla değil birden fazla direnç mekanizmasının bir araya gelmesiyle meydana geldiğini göstermektedir. Bu yüzden, oluşan ilaç direncini kırabilmek için kompleks biyolojik mekanizmaların daha iyi kavranması gerekmektedir. Bu çalışmada, omik verileri tek tek veya birleştirici algoritmalarla analiz ederek ilaç direnç mekanizmalarını karakterize etmeyi amaçladık. mRNA ve miRNA verisetleri yorumlamak için gen seti zenginleştirme ve bu verisetleriyle oluşturulmuş protein-protein etkileşim ağları ve miRNA-hedef etkileşim ağlarının fonksiyonel zenginleştirme analizlerini gerçekleştirdik. Kanser hücrelerini ilaç yanıt profillerine göre ayırt edebilen multi-omik moleküler profiller keşfetmeyi amaçladık. Yapılan analizler sonucunda epitelden mezenkimal'e geçiş (EMT) fenotipinin kolon kanserinde 5-FU ve irinotecan direnciyle ve pankreas kanserinde irinotecan ve gemcitabine direnciyle ilişkili olduğunu bulduk. Bu ilaçlara hassasiyet gösteren kanser hücrelerinin artan hücre çoğalması gösteren epitel fenotipe sahip olduğunu bulduk. Multi-omik entegrasyon analizimiz, EMT ilişkili TGM2 ve FOSL1 gibi genlerin ilaçlara oluşan yanıt farklılıklarıyla ilişkili olabileceğini gösterdi. Öte yandan, meme kanseri hücrelerinin doxorubicin ilacına gösterdiği yanıt tam aksi bir profil ortaya koydu. Bu hücrelerde mezenkimal fenotip ilaç hassasiyetiyle, epitel fenotip ilaç direnciyle ilişkili bulundu. vi Bulgular ışığında EMT kaynaklı ilaç direncini kırmak için bu fenotipi tersine döndürmeyi hedefledik. Bunu yapabilmek için daha önceki çalışmalarda EMT'yi tersine döndürebildiği gösterilmiş sekiz doğal bileşik ve klinikte farklı amaçlarla kullanımda olan iki ilaç belirledik. Altı hücre hattı ile yapılan çalışmada dört hücre hattında en az bir ilaç ile epitel fenotipe geçiş gözlendi. Seçilen doğal bileşik ve ilaçlardan hiçbirinin taranan tüm hücre hatlarında EMT'yi tersine çeviremediği gözlendi. Mezenkimalden epitel fenotipe geçiş belirli hücre hatlarında yada belirli bir kanser türünde gözlenirken genel bir indüksiyon görülmedi. Sonrasında kanser hücrelerinin doğal bileşikler ve klinikte kullanımda olan iki ilaçla muamelesi sonrası kemoterapötik ilaçlara hassiyet kazanıp kazanamadığını inceledik. Kombinasyonel terapinin nadiren sinerjistik veya additif etki oluşturduğunu fakat bu etkinin tamamen mezenkimalden epitele geçişin indüklenmesiyle ilişkili olmadığını gördük. Son olarak, yeni c-Src inhibitörü 10a'nın on beş melanoma hücre hattındaki sitotoksik etkilerini analiz ederek, 10a kemo-hassasiyetini tahmin edebilecek bir gen listesi belirledik. 10a ilacına hassasiyet ve direnç gösteren hücre hatlarını iki gruba ayırarak hassaiyet farklılıklarına sebep olan nedenleri araştırdık. Hassas olan grup proliferatif fenotip gösterirken dirençli hücre hatlarının mezenkimal fenotipe sahip olduklarını bulduk. Protein-kimyasal etkileşim ağ analizi sonucu üç histon deasetilaz inhibitörünün 10a ile sinerji gösterebileceği tahmininde bulunduk. Bir histon deasetilaz inhibitörü olan valproik asit'in sinerji profilini in vitro olarak doğruladık. Son olarak, 10a hassaiyetini tahmin edilecek minimum sayıda gen listesi oluşturduk ve bu genlerin ekspresyonunun 10a sensitivitesini başarıyla tahmin edebildiğini gösterdik.