Tümör Mikroçevresinde Kanserle-İlişkili Fibroblastların (Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs) Rolü


Şevval Özkaya - Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Necmettin Erbakan Üniversitesi

Tümör gelişimi kanser hücresinde meydana gelen genetik ve epigenetik değişikliklere bağlı olduğu kadar tümör mikroçevresinde bulunan bileşenler tarafından da kontrol edilmektedir. Son yıllarda tümörün ilerlemesinde tümör mikroçevresinin çok önemli rol oynadığı bilinmektedir. Tümör mikroçevresi tümörün anjiyogenezini, invazyonunu ve metastazını destekleyen dinamik bir yapıdır. Tümör mikroçevresi kanser hücreleri dışında stromal hücreler (fibroblastlar, endotel hücreleri, mezenkimal hücreler, perisitler), makrofajlar, myeloid türevli baskılayıcı hücreler (MDSCs), nötrofiller, dentritik hücreler (DC), nötrofiller, NK (doğal katil hücreleri, natural killer cells) ve NKT hücreleri, T ve B lenfositler gibi immün sistem hücreleri, kan ve lenfatik vasküler ağ ve ekstraselüler matriks (ECM) yapılarından meydana gelmektedir (Şekil 1) [1].


Şekil 1: Tümör mikroçevresinin şematik görünümü [2].


Tümör mikroçevresinde bulunan bu hücreler doğrudan birbirleriyle temas ya da sitokin ve kemokin üretimi yoluyla iletişim kurarak tümör büyümesini kontrol etmek ve yön vermek amacıyla otokrin ve parakrin olarak etki gösterirler. Kanser hücreleri de etrafındaki hücreleri salgıladıkları büyüme faktörleri, enflamatuar sitokinler ve kemokinler ile etkileyerek tümör anjiyogenezini, invazyonunu ve metastazı destekler [2].


Kanserle-İlişkili Fibroblastlar (Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs)

Fibroblastlar, bağ dokunun asıl hücresel bileşenidir ve salgıladıkları ekstraselüler matriks (ECM) komponentleri ile dokuların yapısal çerçevesini oluştururlar. Fibroblastlar normal dokularda ECM’nin yeniden modellenmesi ve yara iyileşmesinde rol oynarlar. Normal durumlarda durağan olan fibroblastlar yara iyileşmesi ve fibrozis durumlarında aktifleşerek “miyofibroblast” olarak bilinen aktif hücre grubuna dönüşür. Miyofibroblastlar α-düz kas aktini (α-smooth muscle actin, α -SMA) ve fibronektin eksprese ederler. Tümör stromasında bulunan ve kanserle ilişkili fibroblastlar (CAFs) olarak bilinen aktifleşmiş fibroblastlar da α-SMA ve fibronektin eksprese ettiği için miyofibroblastlarla benzer özellik sergilerler [3].


Tümör mikroçevresinde bulunan hücreler arasında CAF’ler tümör fenotipine katkıda bulunun en önemli bileşenlerden biridir. Kanser hücrelerine mekanik destek sağlarlar ve aynı zamanda hayatta kalmalarını, proliferasyonlarını, metastazlarını ve terapiye dirençlerini de kontrol ederler. Bundan dolayı tümör ortamındaki fibroblastlar normal dokulardaki fibroblastlardan farklılık gösterirler ve yüksek proliferasyon hızına sahip aktif hücrelerdir [4]. İnaktif ya da durağan olarak adlandırılan fibroblastlar tümör stromasında aktif fibroblast haline gelir ve stromal hücreler ile kanser hücreleri arasındaki parakrin sinyal yolağında önemli bir düzenleyici olarak görev yapmaktadır. CAF’ler tümör ortamında heterojen bir hücre topluluğudur ve yerleşik doku fibroblastları, mezenkimal kök hücreleri, epitel hücreleri, endotel hücreleri, perisitler, stellat hücreleri ve adipositler dahil olmak üzere farklı hücresel kaynağa sahip olabilirler (Şekil 2) [3-5].


Şekil 2: Kanserle-ilişkili fibroblastların farklı hücre kaynakları [3].


Bu hücrelerin CAF’lere dönüşümünde TGF-β (Trasnsforming growth factor- β, dönüştürücü büyüme faktörü- β), ROS (reaktif oksijen türleri), IL-1β (interlökin-1β), PDGF (platelet kökenli büyüme faktörü), FGF (fibroblast büyüme faktörü) ve SDF-1 (stromal cell-derived factor 1, CXCL12 olarak da bilinir) gibi büyüme faktörleri, sitokin ve kemokinler rol oynamaktadır. Özellikle yerleşik fibroblastların mobilizasyonunu uyaran ana faktör TGF- β’dır. Bir başka faktör olan hipoksi ise ROS birikmesi ve HIF-1α (hipoksi indüklenebilir faktör-1α) yolağı aracılı sinyal yolunun aktive olmasıyla yerleşik fibroblastların CAF’lere dönüşümünü desteklemektedir. PDGF, FGF, sonic hedgehog (SHH) ve interlökin 1 (IL-1) gibi tümör hücreleri tarafından salgılanan diğer faktörler, yerleşik fibroblastların CAF' lere dönüşümünü destekler [3-5].


Epitelyal-mezenkimal dönüşüm (EMT) ile epitel hücreleri birbirine tutunma özelliklerini kaybederek mezenkimal özellikte fibroblastlara farklılaşabilir. Bu süreçte epitelyal hücre-hücre adezyonunun proteini olan E-kaderin Slug, Snail, Twist ve ZEB-1-2 gibi transkripsiyon faktörleri ile downregüle olarak epitelin daha geçirgen olmasına yol açar ve mezenkimal bir belirteç olan N-kaderin ekpsresyonu artar. N-kaderin ekspresyonundaki artış ise kanser hücrelerinin serbestleşmesini ve invazif kapasite kazanmasını kolaylaştır. Bu EMT tümör metastazı ile ilişkilidir ve Tip3 EMT olarak adlandırılır. Embriyogenez (Tip1) ve yara iyileşmesinde (Tip2) görülen EMT normal ve geri dönüşümlü bir süreçtir [4,7]. Epitelden mezenkimale dönüşüm (EndMT) ile endotel hücreleri CAF’lere farklılaşabilmektedir. Bu EndMT süreci TGF-β uyarımıyla gerçekleşmektedir ve endotel belirteçlerin (CD31 gibi) kaybı ile FSP-1, α-SMA gibi mezenkimal belirteçler kazanılarak hücrelerin bazal membranı geçmesi kolaylaştırılmış olmaktadır [6].


Tümörde CAF'ler morfolojik özelliklerine ve epitelyal, endotelyal ve immün hücre belirteçlerinin düşük ekspresyonuna göre ayırt edilmektedir. Fakat bazen bu özellikler yeterli gelmemektedir. Bu nedenle normal fibroblastlar da CAF'lere kıyasla düşük eksprese edilen veya eksprese edilmeyen α-SMA (smooth muscle actin), fibroblast aktive protein (FAP), fibroblast spesifik protein- 1 (FSP1, S100A4), İntegrin B1 (CD29), platelet kökenli büyüme faktörü reseptörü alfa/ beta (PDGFR alfa/beta) veya podoplanin (PDPN) gibi farklı belirteçler aktive olan CAF'leri daha iyi karakterize etmek için tanımlanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu CAF-S1’den CAF-S4’e kadar adlandırılan dört faklı CAF’ın alt grubu, bu altı CAF belirteci birleştirilerek meme ve yumurtalık kanserlerinde keşfedilmiştir (Şekil 3) [4].


Şekil 3: Kanserle-ilişkili fibroblastların dört farklı popülasyonu [4].


Bu alt gruplardan CAF-S1 immünsupresif fonksiyona sahipken CAF-S4 metastazı uyarmaktadır. Aynı zamanda CAF-S1 alt kümesi içinde inflamatuar "iCAF" alt grubuna ait üç küme (Detox-iCAF, IL-iCAF, IFNγ-iCAF) ve miyofibroblastik "myCAF" alt grubuna ait beş küme (Ecm-myCAF, TGFβ-myCAF, wound-myCAF, IFNab-myCAF, acto-myCAF) olmak üzere toplamda sekiz küme tanımlanmıştır ve bunlar arasından hem ecm-myCAF hem de TGFβ-myCAF immünsupresif fonksiyona sahiptir ve immünoterapiye direnç ile ilişkilendirilmiştir [4].


Kanserle-ilişkili fibroblastlar (CAF), proliferasyon, migrasyon, invazyon ve metastaz, anjiyogenez, immünmodülasyon, kemodirenç ve anti-tümorojenik etkilere sahiptir. CAF’lerin tümör ilerleyişini hem inhibe edici hem de destekleyici etkileri vardır. İmmün hücrelere benzer şekilde, CAF’ler erken evre tümör progresyonunu kanser hücrelerinde temas inibisyonu yaratarak baskılar ve pek çok mekanizma üzerinden tümör büyümesi ve progresyonunu etkiler. CAF’ler EMT’yi indükleyen TGF-β, IL-32 (interlökin-32), PDGF (trombosit kökenli büyüme faktörü) ve FGF (fibroblast büyüme faktörü) sekresyonu aracılığıyla tümör hücrelerinin migrasyonunu ve invazyonunu direkt olarak stimüle eder. CAF’ler VEGF, PDGF, CXCL-12 veya HGF gibi birçok anjiyogenik molekül salgılar ve bu moleküller ECM’in yeniden düzenlenmesine neden olarak anjiyogenezi destekler. CAF’ler ayrıca bağışıklık hücrelerinin polarizasyonuna da etki edebilmektedir. Bu etkiyi salgıladıkları IL-10 sitokini aracılığıyla TAM’ları anti-tümörüjenik M1’den pro-tümörojenik M2’ye polarize ederek veya IL-12 sitokini aracılığıyla M2’den M1’e polarize edebilmektedir. Bunun yanı sıra salgıladıkları TGF-β, CXCL1 ve IL-10 faktörleri ile NK hücrelerinin, CD8+ T lenfositlerin, Th1 lenfositlerin ve DC' nin işlevini inhibe ederler [7,8].


CAF’ler ayrıca çeşitli makriks metalloproteazları (MMP-13, MMP-2) salgılarlar. MMP-13 ekstraselüler matriksi parçalayarak pro-anjiyogenik olan VEGF salınmasını sağlar ve bu da anjiyogenezi destekler. Tümör hücreleri salgıladıkları faktörler ile CAF’leri desteklerken CAF’ler de salgıladıkları büyüme faktörleri, sitokinler, kemokinler ve enzimler sayesinde tümör hücrelerinin proliferasyonunu, migasyon, invazyon ve metastazını ve anjiyogenezi desteklemektedir [8].





Referanslar

  1. Kalluri, R. ve Zeisberg, M. (2006). Fibroblasts in cancer. Nature Reviews Cancer, 6, 392-401. doi:10.1038/nrc1877

  2. Polidoro M. A., Mikulak J., Cazzetta V., Lleo A., Mavilio D., Torzilli G., Donadon M. (2020). Tumor microenvironment in primary liver tumors: A challenging role of natural killer cells. World J Gastroenterol, 26(33): 4900-4918. doi: 10.3748/wjg.v26.i33.4900

  3. Louault, K., Li, R. R. ve Declerck, Y. A. (2020). Cancer-associated fibroblasts: Understanding their heterogeneity. Cancers, 12, 1-28. doi:10.3390/cancers12113108

  4. Mhaidly, R. ve Mechta-Grigoriou, F. (2020). Fibroblast heterogeneity in tumor micro-environment: Role in immunosuppression and new therapies. Seminars in Immunology. Academic Press, 1-13. doi:10.1016/j.smim.2020.101417

  5. Farhood, B., Najafi, M. ve Mortezaee, K. (2019). Cancer-associated fibroblasts: Secretions, interactions, and therapy. Journal of Cellular Biochemistry, 120(3), 2791–2800. doi:10.1002/jcb.27703

  6. Weber, C. E. ve Kuo, P. C. (2012). The tumor microenvironment. Surgical Oncology. doi:10.1016/j.suronc.2011.09.001

  7. Shiga, K., Hara, M., Nagasaki, T., Sato, T., Takahashi, H., & Takeyama, H. (2015). Cancer-associated fibroblasts: their characteristics and their roles in tumor growth. Cancers, 7(4), 2443-2458. doi:10.3390/cancers7040902

  8. Erdogan, B., & Webb, D. J. (2017). Cancer-associated fibroblasts modulate growth factor signaling and extracellular matrix remodeling to regulate tumor metastasis. Biochemical Society Transactions, 45(1), 229-236. doi: 10.1042/BST20160387.