DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-025-02133-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39979255
تاريخ النشر: 2025-02-20
المؤلف: Priyanka Dey Talukdar وآخرون
الموضوع الرئيسي: إشارات مسار الهيبو وYAP/TAZ
نظرة عامة
ترتبط استمرارية خلايا سرطان الثدي الجذعية المقاومة للعقاقير (brCSCs) بعودة المرض وزيادة الوفيات، مما يبرز الحاجة لفهم الآليات وراء خصائصها المقاومة للعقاقير من أجل تحسين استراتيجيات العلاج. يلعب عامل النسخ SOX2 دورًا حاسمًا في الحفاظ على brCSCs، وعلى الرغم من أن تثبيطه قد أظهر القضاء على هذه الخلايا، فإن استهداف عوامل النسخ دوائيًا يواجه تحديات كبيرة. في هذا السياق، تظهر المحفزات المساعدة للنسخ، وخاصة YAP/TAZ، كأهداف واعدة. وُجد أن YAP/TAZ كانت مرتفعة في مجموعات معينة من خلايا سرطان الثدي وأظهرت تفاعلًا مباشرًا مع SOX2. أدى كتم YAP/TAZ إلى تقليل تعبير SOX2، وتقليل كفاءة تشكيل الكريات، وانخفاض حيوية الخلايا في الكريات.
علاوة على ذلك، أظهرت YAP/TAZ تأثيرها على توازن الأكسدة والاختزال وديناميات الميتوكوندريا من خلال تنظيم تعبير علامة انقسام الميتوكوندريا DRP1. أدى تثبيط YAP/TAZ إلى زيادة تعبير DRP1، وضعف الفسفرة التأكسدية (OXPHOS)، وتحفيز موت الخلايا في الكريات. ومن الجدير بالذكر أن الدواء المعتمد من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، فيرتيبورفين (VP)، تم استخدامه لتثبيط YAP/TAZ دوائيًا، مما أدى إلى تقليل القدرة على بدء الورم في الكريات، وتعطيل توازن الميتوكوندريا، وانخفاض كبير في عدد brCSC. تشير هذه النتائج إلى أن VP يمكن إعادة توجيهه بفعالية لاستهداف والقضاء على brCSCs المقاومة للعلاج الكيميائي، مما يقدم استراتيجية قابلة للتطبيق لإدارة عودة الورم.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم لخلايا الجذع السرطانية (CSCs) في تقدم الورم، مع التأكيد على إعادة تشكيل البروتينات الخلوية متعددة العوامل. تحدد عوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي (TFs) كعناصر رئيسية في الشبكات التنظيمية للنسخ التي تحكم التعبير الجيني الضروري لهوية الخلايا. ومع ذلك، فإن استهداف هذه TFs مباشرة يمثل تحديًا بسبب واجهات الربط غير المنظمة. كبديل، تركز الدراسة على المحفزات المساعدة للنسخ، وخاصة YAP (بروتين مرتبط بـ yes) وTAZ (محفز مساعد للنسخ مع دافع ربط PDZ)، والتي تعد جزءًا لا يتجزأ من مسار إشارة هيبو وقد تم الإشارة إليها في تنظيم نمو الأعضاء وتكون الأورام.
تستكشف الورقة أيضًا العلاقة بين YAP/TAZ وخصائص الجذعية في خلايا سرطان الثدي الجذعية (brCSCs)، مشيرة إلى أن هذه المحفزات المساعدة تتفاعل مع المنظم الرئيسي لتوازن الأكسدة والاختزال، NRF2، الذي يعد ضروريًا للحفاظ على مستويات منخفضة من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في CSCs. يقدم المؤلفون أدلة على أن YAP/TAZ، جنبًا إلى جنب مع SOX2، تشكل مركبًا ينظم ديناميات الميتوكوندريا وإشارات الأكسدة والاختزال، مما يؤثر على خصائص CSC. كما تحقق الدراسة في الإمكانات العلاجية لفيرتيبورفين (VP)، وهو مثبط معروف لـ YAP/TAZ، والذي أظهر فعالية في تقليل أعداد brCSC والقدرة على بدء الورم. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن استهداف YAP/TAZ قد يوفر استراتيجية واعدة للتغلب على مقاومة العلاج وتحسين نتائج المرضى في سرطان الثدي.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية العمليات خطوة بخطوة المتبعة، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. تعتبر الوضوح والدقة في هذا القسم أمرًا حيويًا لتمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من نتائجها. بشكل عام، يعد هذا القسم مكونًا أساسيًا من البحث، حيث يوفر الشفافية والدقة في الاستفسار العلمي.
النتائج
تسلط نتائج هذه الدراسة الضوء على الدور المهم للمحفزات المساعدة للنسخ YAP وTAZ في خلايا سرطان الثدي الجذعية (brCSCs)، خاصة في سياق سرطان الثدي الثلاثي السلبي (TNBC). تُظهر الأبحاث أن YAP/TAZ تتفاعل مع عامل النسخ SOX2، مع ملاحظة ارتفاع تعبير كل من YAP/TAZ وSOX2 في أورام المرضى المعالجة بالعلاج الكيميائي مقارنةً بالأنسجة الطبيعية. يشير هذا إلى عدم تنظيم مسار إشارة هيبو، الذي عادةً ما يثبط نشاط YAP/TAZ. أكدت التجارب في المختبر مع خطوط خلايا TNBC المعالجة بالباكليتاكسيل هذه النتائج، كاشفة عن زيادة تعبير علامات الجذعية، بما في ذلك SOX2 وALDH1A1، مما يدل على تحول نحو نمط ظاهري لخلايا الجذع استجابةً للعلاج الكيميائي.
علاوة على ذلك، استخدمت الدراسة زراعة الكريات لتغني لخلايا CSC، كاشفة أن تعبير YAP/TAZ كان أعلى بكثير في هذه الثقافات ثلاثية الأبعاد مقارنةً بالخلايا اللاصقة. أكدت تحليلات تدفق الخلايا أن مجموعات CD44+/CD24- وALDH+ من أورام المرضى والكريات أظهرت مستويات مرتفعة من YAP/TAZ وSOX2. أظهرت التجارب الوظيفية أن كتم YAP/TAZ أضعف خصائص الجذعية، قلل من عدد خلايا ALDH+، وعطل توازن الأكسدة والاختزال، مما أدى إلى زيادة مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وتغيير ديناميات الميتوكوندريا. تم التحقق من التفاعل بين YAP/TAZ وSOX2 من خلال تجارب التفاعل المناعي المشترك، مما يشير إلى تشكيل مركب ثلاثي مستقر يعد ضروريًا للحفاظ على خصائص الجذعية لـ brCSCs. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على الإمكانات السرطانية لـ YAP/TAZ في تعزيز مقاومة الأدوية والجذعية في TNBC، مما يشير إلى أن استهداف هذا المسار قد يقدم فوائد علاجية.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على التحديات التي تطرحها خلايا الجذع السرطانية (CSCs)، وخاصة خلايا سرطان الثدي الجذعية المقاومة للعقاقير (brCSCs)، في العلاجات التقليدية للسرطان. تُعتبر هذه CSCs متورطة في عودة المرض ومقاومة العلاج، مما يستلزم استراتيجيات مستهدفة للقضاء عليها. يُحدد عامل النسخ SOX2، الذي يتم التعبير عنه بشكل مفرط في brCSCs، كمنظم حاسم للجذعية. ومع ذلك، فإن استهداف SOX2 مباشرة معقد بسبب عدم وجود مواقع ربط قابلة للعلاج. بدلاً من ذلك، تقترح الدراسة نهجًا غير مباشر من خلال استهداف المحفزات المساعدة للنسخ YAP وTAZ، التي يتم تنظيمها بشكل مفرط في brCSCs وتلعب دورًا في استقرار مجمعات بدء النسخ لـ SOX2.
تشير النتائج إلى أن مسار إشارة هيبو، الذي عادةً ما ينظم نشاط YAP/TAZ، غير نشط في brCSCs، مما يؤدي إلى زيادة مستويات هذه المحفزات المساعدة. تُظهر الدراسة أن كتم YAP/TAZ يعطل توازن الميتوكوندريا ويحفز موت الخلايا في الكريات، مما يشير إلى دورها المزدوج في تنظيم SOX2 وتعديل الاستجابات الخلوية للإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، تكشف الدراسة أن YAP/TAZ تتفاعل مع SOX2 وDRP1، مما يشير إلى تورطها في الحفاظ على وظيفة الميتوكوندريا والجذعية. يتم التأكيد على الإمكانات العلاجية لاستهداف مركب YAP/TAZ/SOX2، حيث يظهر الدواء المعتمد من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، فيرتيبورفين (VP)، وعدًا في تعطيل هذا المركب وزيادة فعالية العلاجات الكيميائية التقليدية مثل الباكليتاكسيل، مما يوفر طريقًا استراتيجيًا لعلاج سرطان الثدي الثلاثي السلبي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-025-02133-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39979255
Publication Date: 2025-02-20
Author(s): Priyanka Dey Talukdar et al.
Primary Topic: Hippo pathway signaling and YAP/TAZ
Overview
The persistence of drug-resistant breast cancer stem cells (brCSCs) is linked to disease recurrence and increased mortality, highlighting the need to understand the mechanisms behind their drug-resistant characteristics for improved therapeutic strategies. The transcription factor SOX2 plays a crucial role in maintaining brCSCs, and while its inhibition has been shown to eliminate these cells, targeting transcription factors pharmacologically poses significant challenges. In this context, transcriptional co-activators, particularly YAP/TAZ, emerge as promising targets. YAP/TAZ were found to be upregulated in specific breast cancer cell populations and demonstrated a direct interaction with SOX2. Silencing YAP/TAZ led to decreased SOX2 expression, reduced sphere-forming efficiency, and lower cell viability in mammospheres.
Furthermore, YAP/TAZ were shown to influence redox homeostasis and mitochondrial dynamics by regulating the expression of the mitochondrial fission marker DRP1. Inhibition of YAP/TAZ resulted in increased DRP1 expression, impaired oxidative phosphorylation (OXPHOS), and induced apoptosis in mammospheres. Notably, the FDA-approved drug verteporfin (VP) was utilized to pharmacologically inhibit YAP/TAZ, leading to a reduction in the tumor-initiating capacity of mammospheres, disrupted mitochondrial homeostasis, and a significant decrease in the brCSC population. These findings suggest that VP could be effectively repurposed to target and eliminate chemoresistant brCSCs, presenting a viable strategy for managing tumor recurrence.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of cancer stem cells (CSCs) in tumor progression, emphasizing the multifactorial remodelling of the cellular proteome. It identifies DNA-binding transcription factors (TFs) as key components in transcriptional regulatory networks that govern gene expression essential for cell identity. However, targeting these TFs directly is challenging due to their disordered binding interfaces. As an alternative, the study focuses on transcriptional co-activators, particularly YAP (yes-associated protein) and TAZ (transcriptional co-activator with PDZ-binding motif), which are integral to the Hippo signaling pathway and have been implicated in regulating organ growth and tumorigenesis.
The paper further explores the relationship between YAP/TAZ and stemness in breast cancer stem cells (brCSCs), noting that these co-activators interact with the master regulator of redox homeostasis, NRF2, which is crucial for maintaining low reactive oxygen species (ROS) levels in CSCs. The authors present evidence that YAP/TAZ, alongside SOX2, forms a complex that regulates mitochondrial dynamics and redox signaling, thereby influencing CSC properties. The study also investigates the therapeutic potential of Verteporfin (VP), a known YAP/TAZ inhibitor, which demonstrated efficacy in reducing brCSC populations and tumor-initiating potential. Overall, the findings suggest that targeting YAP/TAZ may provide a promising strategy for overcoming therapy resistance and improving patient outcomes in breast cancer.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the step-by-step processes followed, including any statistical analyses performed to interpret the data.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the results. The clarity and precision in this section are crucial for enabling other researchers to replicate the study and verify its findings. Overall, this section serves as a foundational component of the research, providing transparency and rigor in the scientific inquiry.
Results
The results of this study highlight the significant role of the transcriptional co-activators YAP and TAZ in breast cancer stem cells (brCSCs), particularly in the context of triple-negative breast cancer (TNBC). The research demonstrates that YAP/TAZ interacts with the transcription factor SOX2, with elevated expressions of both YAP/TAZ and SOX2 observed in chemo-treated patient tumors compared to normal tissues. This suggests a deregulation of the Hippo signaling pathway, which typically inhibits YAP/TAZ activity. In vitro experiments with TNBC cell lines treated with paclitaxel further corroborated these findings, revealing increased expression of stemness markers, including SOX2 and ALDH1A1, indicative of a shift towards a stem cell phenotype in response to chemotherapy.
Moreover, the study employed mammosphere culture to enrich for CSCs, revealing that YAP/TAZ expression was significantly higher in these 3D cultures compared to adherent cells. Flow cytometry analyses confirmed that the CD44+/CD24- and ALDH+ populations from both patient tumors and mammospheres exhibited upregulated YAP/TAZ and SOX2 levels. Functional assays demonstrated that silencing YAP/TAZ impaired stemness properties, reduced the ALDH+ cell population, and disrupted redox homeostasis, leading to increased reactive oxygen species (ROS) levels and altered mitochondrial dynamics. The interaction between YAP/TAZ and SOX2 was further validated through co-immunoprecipitation assays, indicating a stable trimeric complex formation that is crucial for maintaining the stemness characteristics of brCSCs. Overall, these findings underscore the oncogenic potential of YAP/TAZ in promoting drug resistance and stemness in TNBC, suggesting that targeting this pathway may offer therapeutic benefits.
Discussion
The discussion highlights the challenges posed by cancer stem cells (CSCs), particularly drug-resistant breast cancer stem cells (brCSCs), in conventional cancer therapies. These CSCs are implicated in disease relapse and therapy resistance, necessitating targeted strategies for their elimination. The transcription factor SOX2, which is overexpressed in brCSCs, is identified as a critical regulator of stemness. However, directly targeting SOX2 is complicated due to its lack of druggable binding sites. Instead, the study proposes an indirect approach by targeting transcriptional co-activators YAP and TAZ, which are upregulated in brCSCs and play a role in stabilizing SOX2 transcription initiation complexes.
The findings indicate that the Hippo signaling pathway, which typically regulates YAP/TAZ activity, is inactive in brCSCs, leading to increased levels of these co-activators. The study demonstrates that silencing YAP/TAZ disrupts mitochondrial homeostasis and induces cell death in mammospheres, suggesting their dual role in regulating SOX2 and modulating cellular responses to stress. Additionally, the study reveals that YAP/TAZ interact with SOX2 and DRP1, implicating their involvement in maintaining mitochondrial function and stemness. The therapeutic potential of targeting the YAP/TAZ/SOX2 complex is underscored, with the FDA-approved drug Verteporfin (VP) showing promise in disrupting this complex and enhancing the efficacy of conventional chemotherapeutics like paclitaxel, thereby offering a strategic avenue for treating triple-negative breast cancer.