Nuovi meccanismi e piccole molecole inibitorie della tumorigenesi: lo Xantumolo reprime l'angiogenesi attraverso la via di AMPK e DEC1 promuove l'aggressività dei tumori interagendo con NOTCH1

Abstract

I: Il crescente interesse nel campo della chemo- e angio-prevenzione ha offerto l’opportunità di ottenere un considerevole numero di nuove molecole sintetiche derivate da composti naturali, in grado di prevenire o ritardare lo sviluppo dei tumori. Tra queste molecole, lo Xantumolo (XN) è noto per le sue molteplici attività benefiche e rappresenta un candidato promettente per essere utilizzato in supporto alle terapie antitumorali. Data l’incompleta conoscenza del meccanismo d’azione con cui lo XN esercita la sua azione anti-angiogenica, abbiamo ipotizzato che tale proprietà sia mediata dall’attivazione della via di AMPK. In questo lavoro abbiamo confermato il ruolo dello XN come potente molecola anti-angiogenica, mostrando che la sua attività è superiore a quella dell’epigallocatechina-3-gallato (EGCG), un flavonoide dalle ben note proprietà angio-preventive. Inoltre, abbiamo svelato per la prima volta, che lo XN attiva AMPK attraverso un meccanismo mediato dalla CaMMKβ ed indipendente da LKB1. Per di più abbiamo chiarito il meccanismo a valle con cui lo XN esercita la sua azione anti-angiogenica, suggerendo l’esistenza di due vie di trasduzione del segnale tra loro indipendenti: l’asse AMPK/eNOS e la via di AKT. Infine, abbiamo identificato nuovi efficaci molecole anti-angiogeniche all’interno di una serie di nuovi analoghi sintetici dello XN. II: Negli ultimi anni sta emergendo il ruolo nei tumori rivestito da DEC1 e DEC2, due proteine appartenenti alla famiglia dei fattori di trascrizione “basic helix-loop-helix”. Nelle cellule tumorali questi due fattori sembrano rivestire numerosi funzioni in processi quali apoptosi, proliferazione e angiogenesi, orchestrando la risposta a stimoli quali ipossia e citochine. Eppure, un quadro completo della loro funzione nei tumori (in particolare nei tumori della tiroide) è ancora assente, così come è ancora confuso il meccanismo molecolare attraverso cui i fattori DEC influenzano le cellule tumorali. Poichè abbiamo trovato DEC1 e DEC2 iper-espressi in un modello di carcinoma papillare della tiroide (PTC) altamente aggressivo, abbiamo ipotizzato che questi fattori possano prendere parte al complesso meccanismo che promuove l’aggressività dei PTC. In questo lavoro abbiamo dimostrato che DEC1 regola le caratteristiche di aggressività delle cellule di PTC in maniera preponderante rispetto a DEC2. DEC1 inoltre promuove la proliferazione e l’invasività cellulare interagendo con NOTCH1. Inoltre abbiamo rivelato che DEC1 reprime l’espressione di DEC2 e attiva quella di geni coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare, in particolare della transizione G1/S e della segregazione cromosomica. Infine, abbiamo valutato l’espressione di DEC1 in una coorte di pazienti con differenti istotipi di tumore della tiroide e abbiamo mostrato per la prima volta che DEC1 possiede un’espressione specificatamente tumorale e la sua espressione è ubiquitaria nei diversi istotipi, incluso il più aggressivo, il carcinoma anaplastico della tiroide (ATC).

I: The increasing interest in the field of chemo and angio-prevention field resulted in the opportunity to obtain a considerable number of new synthetic molecules derived from natural compounds with properties able to prevent or to delay tumors development. Among them, Xanthohumol (XN) displays multiple beneficial activities and represents a promising candidate to be employed in supporting cancer therapies. Since the incomplete knowledge about XN antiangiogenic mechanism of action, we hypothesized the involvement of AMPK signaling activation in the XN mediated antiangiogenic properties. Here we confirmed the role of XN as powerful anti-angiogenic molecule and we showed that it has greater activity on endothelial cells of another recognized angio-preventive flavonoid, the epigallocatechin-3-gallate (EGCG). Moreover we unveiled for the first time that XN activates AMPK via CaMMKβ in a LKB1 independent manner. Further we elucidated the XN downstream mechanism and suggested the existence of two independent pathways by which XN exerts its antiangiogenic effect: the AMPK/eNOS axis and the AKT signaling. Finally, we identified new powerful anti-angiogenic molecules within a series of novel synthetic analogues of XN. II: In the last years a role for the basic helix-loop-helix transcription factors DEC1 and DEC2 in cancer began to emerge. In tumor cells these transcription factors seems to play multiple functions affecting apoptosis, proliferation and angiogenesis by orchestrating response to chemokines and hypoxia. However, a complete picture of the role of these factors in cancer (and in particular in thyroid cancer) is missing as well as the knowledge of the molecular mechanisms through which DEC factors influence cancer cells is still limited. Since we found DEC1 and DEC2 significantly up-regulated in a cellular model of highly aggressive papillary thyroid carcinoma (PTC), we hypothesized that these factors might be part of the intricate mechanisms driving PTC progression. Here we demonstrated that DEC1 more than DEC2 regulates the aggressive features of PTC. DEC1 promotes cell proliferation and invasiveness by interplay with NOTCH1. Moreover we unveiled that DEC1 represses DEC2 expression and activates genes involved in the regulation of the cell cycle G1/S transition and the chromosomal segregation. Finally we evaluated the expression of DEC1 in a cohort of patients with different thyroid tumor histotypes and we showed for the first time that DEC1 expression is specific of tumor cells ant its expression characterizes all thyroid histotypes, including the most aggressive anaplastic thyroid carcinomas (ATC)