Ο ρόλος των μικρών πλούσιων σε λευκίνη πρωτεογλυκανών (SLRPs) στη ρύθμιση των βιολογικών λειτουργιών των όγκων μεσεγχυματικής προέλευσης: επίδραση σε βασικά σηματοδοτικά μονοπάτια

This Ph.D. thesis studies how small leucine-rich proteoglycans (SLRPs) interact with the molecular mechanisms that regulate mesenchymal origin tumors' biological functions. Sarcomas are tumors that develop from differentiated cells of the human body's connective tissues. They can arise from tissues, like bone, cartilage, blood, or vessels, and they are classified into two categories depending on the tissue and the cell type of their origin. Thus, there are bone sarcomas, like osteosarcoma, chondrosarcoma, and sarcomas of soft tissues, like fibrosarcoma. In this study, we aimed to identify the interaction of lumican and biglycan with the signaling pathways that participate in bone sarcomas progression in four human cell lines, HTB94 human chondrosarcoma cell line and MG63, U-2OS and Saos-2 human osteosarcoma cells.Extracellular matrix (ECM) is a complex system of proteoglycans (PGs), fibrousproteins, and hyaluronic acid, which supports cells in tissues but participates in the modulation of the cellular signaling cascades. The ECM components createand transfer different signals between cells/tissues, affecting their characteristics and functions. ECM also acts as a reservoir for growth factors like insulin-like growth factor I (IGF-I) and other biologically significant macromolecules able to change cellular behavior. Malignant bone cells produce an aberrant non-mineralized or partly mineralized ECM compared to healthy cells, whose components participate in signaling pathways connected to specific bone pathogenic phenotypes. The deregulated expression of different ECM molecules affects sarcomas’ biological functions. PGs are molecules that consist of glycosaminoglycan chains (GAGs) covalently bound into a protein core. These proteins undergo various post-translational changes and can affect cellular function and cancer progression through a plethora of signaling pathways. Many studies have shown that the secreted to the ECM PGs, SLRPs, directly interact with the tumor microenvironment, transmit cues from the ECM to the cells, and finally act as signaling molecules that control cellular functions, like proliferation migration, differentiation, and also modulate the ECM composition. It is also shown that SLRPs interact with tyrosine kinase receptors, which affects their downstream signaling and cellular behavior. More specifically, some SLRPs, like biglycan and lumican, participate in bone formation and homeostasis regulation and have specific roles in different phases of these processes. Therefore, PGs act as regulators of signaling molecules and pathways and could be used as target molecules either for therapeutic purposes or as diagnostic molecules for pathological conditions.IGF-I is a growth hormone with proven oncogenic properties. Most of itsfunctions are performed through two main signaling pathways, PI3K/Akt (phosphoinositide 3-kinase/ serine/threonine kinase Akt) and MAPK (mitogen-activated protein kinase). We found that endogenous lumican is a novel regulator of HTB94 cell growth. More specifically, it was shown that lumican is the main expressed and secreted SLRP in HTB94 human chondrosarcoma cells, while decorin and biglycan are poorly expressed. Lumican positively affects the proliferation of HTB94 cells as lumican deficiency significantly inhibits basal and IGF-I-induced HTB94 cell growth. The oncogenic action of IGF-I is mediated by its receptor, IGF-IR, whose phosphorylation levels are strongly attenuated in lumican-deficient cells. Furthermore, lumican expression levels affect ERK1/2 phosphorylation, which seems crucial to IGF-I-dependentHTB94 cell growth. Moreover, lumican deficiency led to increased mRNA levels of the oncosuppressive gene, p53 suggesting that lumican facilitates chondrosarcoma cell growth through an IGF-IR/ ERK1/2/p53 signaling cascade.Biglycan, a class I SLRP, has an active role in bone formation, development, and homeostasis. This study reveals novel mechanisms that biglycan regulates to enhance osteosarcoma growth and cell chemoresistant phenotype. Biglycan expression correlates to aggressive osteosarcoma phenotype and resistance to chemotherapy. A constitutive input of signaling of IGF-IR signaling in sarcoma progression has been established, which is connected with chemoresistant phenotypes. Here, we showed that biglycan, by forming a complex with the IGF-IR, activates the receptor signaling pathway to promote biglycan-secreting MG63 osteosarcoma cell growth. Computational models of IGF-IR and biglycan docking suggest that biglycan binds IGF-IR dimer via its concave surface. Our binding free energy calculations indicate the formation of a stable complex. Biglycan binding results in prolonged IGF-IR activation leading to protracted IGF-IR-dependent cell growth response of the poorlydifferentiated MG63 cells. Moreover, biglycan facilitates the internalization and sumoylation-enhanced nuclear translocation of IGF-IR and its DNA binding in MG63 cells. The tyrosine kinase activity of the receptor mediates this mechanism. Furthermore, biglycan increases the expression of endothelial–mesenchymal transition (EMT) and aggressiveness markers vimentin and fibronectin in MG63 cells. Interestingly, this mechanism is invalid in moderately and well-differentiated, biglycan non-expressing U-2OS and Saos-2 OS cells. In addition, we have shown that biglycan downregulates the expression of the tumor-suppressor gene, Phosphatase, and tensin homolog (PTEN). In contrast,biglycan deficiency increases cells’ response to the chemotherapeutic drug doxorubicin.Autophagy is a well-studied catabolic mechanism that provides cells energy and macromolecular precursors. However, it is deregulated in many pathological conditions, including cancer, and its role in tumor biology is dual and context-dependent. Rapamycin inhibits the mammalian target of the rapamycin (mTOR) signaling cascade, activating the autophagic flux. In osteosarcoma, autophagy is deregulated, affecting response to chemotherapy, while the inactivation of tumor suppressors, including PTEN, seems to regulate autophagy activation and the autophagic flux. Biglycan led to PTEN downregulation, so, next, we tested its role on autophagy activation in our model. We found that biglycan inhibits autophagy in two osteosarcoma cell lines, while rapamycin-induced autophagy decreases biglycan expression in MG63 osteosarcoma cells and abrogates the biglycan-induced cell growth increase.Wnt/ β-catenin signaling cascade is another well-established pathway activated in osteosarcoma. Crosstalk between autophagy and Wnt/β-catenin has previously been detected at several levels in cancer models. Interestingly, in a previous study, we identified crosstalk between β-catenin and IGF-IR, where IGF-IR is activated through non-canonical β-catenin signaling, resulting in increased biglycan expression. Here, we proved that rapamycin inhibits βcatenin translocation to the nucleus, inhibiting the Wnt pathway and reducingbiglycan’s colocalization with the Wnt co-receptor low-density lipoprotein receptor-related protein 6 (LRP6). The increased deposition of β-catenin inhibits autophagy and protects MG63 cells against apoptosis through a biglycan-dependent mechanism. Furthermore, biglycan exhibits protective effects against doxorubicin in MG63 osteosarcoma cells through an autophagydependent manner. Co-treatment of these cells with rapamycin and doxorubicin enhances cells’ response to doxorubicin by decreasing biglycan and β-catenin expression. Biglycan deficiency leads to increased caspase-3 activation, suggesting increased apoptosis of biglycan-deficient cells treated with doxorubicin. Computational models of LRP6 and biglycan complexes suggest that biglycan changes the receptor’s ability to interact with other signaling molecules by affecting the interdomain bending angles in the receptor structure. Biglycan binding to LRP6 activates the Wnt pathway and β-catenin nuclear translocation by disrupting β-catenin degradation complex formation. Interestingly, this mechanism is not followed in moderately differentiated, biglycan nonexpressing U-2OS osteosarcoma cells. To sum up, biglycan exhibits protective effects against the doxorubicin in MG63 osteosarcoma cells by promoting IGF-IR prolonged activation and nuclear translocation, activating the Wnt signaling pathway, and inhibiting autophagy. These data reveal new aspects of biglycan’s interaction network and its role in receptor signaling. They indicate that this SLRP is an essential regulator of osteosarcoma progression and response to chemotherapy.In conclusion, the above-described mechanisms reveal SLRP’s involvement in mesenchymal origin tumor progression. Furthermore, their interaction with different signaling pathways indicates them as potential diagnostic tools and therapeutic targets in sarcomas biology.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε ο τρόπος με τον οποίο οι μικρές, πλούσιες σε λευκίνη πρωτεογλυκάνες (SLRPs) αλληλεπιδρούν με τους μοριακούς μηχανισμούς που ρυθμίζουν τις βιολογικές λειτουργίες των όγκων μεσεγχυματικής προέλευσης. Τα σαρκώματα είναι τύποι καρκίνου που αναπτύσσονται από διαφοροποιημένα κύτταρα του συνδετικού ιστού και μπορούν να ξεκινήσουν να αναπτύσσονται από τα οστά, το χόνδρο, το αίμα ή τα αγγεία και κατηγοριοποιούνται σε δύο κατηγορίες, ανάλογα τον ιστό και τον τύπο κυττάρων από τα οποία προέρχονται. Επομένως, υπάρχουν τα σαρκώματα των οστών, όπως το οστεοσάρκωμα ή το χονδροσάρκωμα και τα σαρκώματα μαλακών ιστών, όπως το ινοσάρκωμα. Στη μελέτη αυτή σκοπός ήταν να διερευνήσουμε τις αλληλπιδράσεις της λουμικάνης και της διγλυκάνης με σηματοδοτικά μονοπάτια που συμμετέχουν στην πρόοδο των σαρκωμάτων των οστών σε τέσσερεις διαφορετικές ανθρώπινες κυτταρικές σειρές, την κυτταρική σειρά ανθρώπινου χονδροσαρκώματος HTB94, και τις κυτταρικές σειρές ανθρώπινου οστεοσαρκώματος MG63, U-2OS και Saos-2.Η εξωκυττάρια θεμέλια ουσία (ECM) είναι ένα πολύπλοκο δίκτυο πρωτεογλυκανών, ινιδικών πρωτεϊνών και υαλουρονικού οξέος. Ο ρόλος της για τους ιστούς είναι στηρικτικός, αλλά τα μόριά της συμμετέχουν επίσης στη ρύθμιση σηματοδοτικών μονοπατιών. Η εξωκυττάρια θεμέλια ουσία δημιουργεί και μεταφέρει πολλά διαφορετικά σήματα στους ιστούς και τα κύτταρα, επηρεάζοντας τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες τους. Επίσης, λειτουργεί σαν αποθήκη αποθήκευσης αυξητικών παραγόντων, όπως ο ινσουλινόμορφος αυξητικός παράγοντας I (IGF-I) και άλλα βιολογικά μακρομόρια που μπορούν να αλλάξουν την κυτταρική συμπεριφορά. Τα καρκινικά κύτταρα των οστών παράγουν άφθονη εξωκυττάρια θεμέλια ουσία, το οστεοειδές, με διαφορετική σύσταση από αυτή των φυσιολογικών ιστών. Τα συστατικά της συμμετέχουν σε σηματοδοτικά μονοπάτια που συνδέονται με παθολογικούς φαινότυπους των οστών. Η απορρυθμισμένη έκφραση των μορίων της εξωκυττάριας μήτρας επηρεάζει τις βιολογικές λειτουργίες των σαρκωμάτων.Οι πρωτεογλυκάνες (PGs) είναι μόρια που αποτελούνται από αλυσίδες γλυκοζαμινογλυκανών (GAGs) ομοιοπολικά προσδεδεμένων σε ένα πρωτεϊνικό πυρήνα. Αυτές οι πρωτεΐνες υφίστανται πολλές μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις και μπορούν να επηρεάσουν τις κυτταρικές λειτουργίες και την εξέλιξη του όγκου μέσω μια πληθώρας σηματοδοτικών μονοπατιών. Πολλές μελέτες δείχνουν ότι οι εκκρινόμενες στην εξωκυττάρια μήτρα πρωτεογλυκάνες, οι μικρές πλούσιες σε λευκίνη πρωτεογλυκάνες (SLRPs) αλληλεπιδρούν άμεσα με το μικροπεριβάλλον του όγκου και μεταφέρουν ερεθίσματα στα κύτταρα, δρώντας τελικά σα σηματοδοτικά μόρια που ελέγχουν τις κυτταρικές λειτουργίες, όπως τον πολλαπλασιασμό, τη μετανάστευση, τη διαφοροποίηση και την περαιτέρω σύνθεση της εξωκυττάριας μήτρας του κάθε ιστού. Επιπλέον, αυτές οι πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με υποδοχείς κινάσης τυροσίνης επηρεάζοντας την κατάντη σηματοδότησή τους και τελικά την κυτταρική συμπεριφορά. Πιο ειδικά, κάποιες SLRPs, όπως η λουμικάμη και η διγλυκάνη, συμμετέχουν σε μηχανισμούς σχηματισμού και ομοιόστασης των οστών με διαφορετικούς ρόλους σε κάθε στάδιο αυτών των διαδικασιών. Για το λόγο αυτό θεωρούνται ρυθμιστές των σηματοδοτικών μονοπατιών και μπορούν να μελετηθούν είτε ως θεραπευτικοί στόχοι, είτε ως διαγνωστικά μόρια σε παθολογικές καταστάσεις.Ο IGF-I είναι ένας αυξητικός παράγοντας με αποδεδειγμένες ογκογόνες ιδιότητες. Οι περισσότερες από τις δράσεις του μεσολαβούνται από δύο σηματοδοτικά μονοπάτια, αυτό του PI3K/Akt (phosphoinositide 3-kinase/ serine/threonine kinase Akt) και του MAPK (mitogen-activated protein kinase). Οι μελέτες μας έδειξαν ότι η λουμικάνη είναι ένας ενδογενής ρυθμιστής της ανάπτυξης των κυττάρων ανθρώπινου χονδροσαρκώματος HTB94. Πιο συγκεκριμένα αποδείχθηκε ότι η λουμικάνη είναι η κύρια εκφραζόμενη και εκκρινόμενη SLRP στα κύτταρα HTB94, ενώ η ντεκορίνη και η διγλυκάνη εκφράζονται ελάχιστα. Η λουμικάνη επηρεάζει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό θετικά, αφού HTB94 κύτταρα ελλιπή σε λουμικάνη εμφανίζουν μειωμένους βασικούς και εξαρτώμενους από IGF-I πολλαπλασιαστικούς ρυθμούς. Η ογκογόνος δράση του IGF-I μεσολαβείται από τον υποδοχέα του IGF-IR, ο οποίος εμφανίζει μειωμένη ενεργοποίηση σε κύτταρα ελλιπή σε λουμικάνη. Επιπλέον, τα επίπεδα της λουμικάνης επηρεάζουν την ενεργοποίηση του ERK1/2, που φαίνεται να είναι απαραίτητος μεσολαβητής της εξαρτώμενης από IGF-I ανάπτυξης των κυττάρων HTB94. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνονται και εξετάζοντας την έκφραση γονιδίων που ρυθμίζουν τον κυτταρικό κύκλο, αφού κύτταρα ελλιπή σε λουμικάνη έχουν αυξημένα επίπεδα έκφρασης του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53. Επομένως, η λουμικάνη ευνοεί τον πολλαπλασιασμό των HTB94 κυττάρων χονδροσαρκώματος μέσω του σηματοδοτικού άξονα IGF-IR/ ERK1/2/p53.Η διγλυκάνη είναι μια ταξής I SLRP με ενεργό ρόλο στο σχηματισμό, την ανάπτυξη και την ομοιόσταση των οστών. Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή αποκαλύπτει μηχανισμούς μέσω των οποίων η διγλυκάνη ευνοεί την κυτταρική ανάπτυξη και το χημειοανθεκτικό φαινότυπο στο οστεοσάρκωμα. Η έκφραση της διγλυκάνης είναι συνυφασμένη με επιθετικό φαινότυπο του όγκου και ανοχή στη χημειοθεραπεία. Η συνεχώς ενεργοποιημένη σηματοδότηση του υποδοχέα IGF-IR είναι γνωστή στη βιολογία των σαρκωμάτων και, επίσης, συνδέεται με χημειοανθεκτικούς φαινοτύπους. Στη συγκεκριμένη εργασία αποδεικνύεται ότι η διγλυκάνη, σχηματίζοντας σύμπλοκο με τον IGF-IR, ενεργοποιεί τη σηματοδότηση του υποδοχέα για να προωθήσει την ανάπτυξη των κυττάρων οστεοσαρκώματος MG63, που εκφράζουν ενδογενώς αυτή την SLRP. Υπολογιστικά μοντέλα σύνδεσης του IGF-IR και της διγλυκάνης υποδηλώνουν ότι η διγλυκάνη δεσμεύεται στο διμερές σύμπλοκο του IGF-IR μέσω της κοίλης επιφάνειάς της. Οι υπολογισμοί της ελεύθερης ενέργειας δέσμευσης δείχνουν τον σχηματισμό ενός σταθερού συμπλόκου. Η δέσμευση της διγλυκάνης οδηγεί σε παρατεταμένη ενεργοποίηση του IGF-IR που έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή απόκριση ανάπτυξης των ελάχιστα διαφοροποιημένων κυττάρων MG63 στην ενεργοποιημένη σηματοδότηση του υποδοχέα IGF-IR. Επιπλέον, η διγλυκάνη διευκολύνει την ενδοκυττάρωση και σουμοϋλύωση του IGF-IR που οδηγεί στην πυρηνική μετατόπισή του και τη δέσμευσή του στο DNA των MG63. Η δραστηριότητα κινάσης τυροσίνης του υποδοχέα μεσολαβεί τη δράση του παραπάνω μηχανισμού. Επιπροσθέτως, η διγλυκάνη αυξάνει την έκφραση των δεικτών επιθετικότητας, της βιμεντίνης και της φιμπρονεκτίνης, στα κύτταρα MG63. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτός ο μηχανισμός δεν ακολουθείται από τα μετρίως και καλά διαφοροποιημένα κύτταρα οστεοσαρκώματος, U-2OS και Saos-2, αντίστοιχα, που δεν εκφράζουν ενδογενώς διγλυκάνη. Επιπλέον, δείξαμε ότι η διγλυκάνη ρυθμίζει αρνητικά την έκφραση του ογκοκατασταλτικού γονιδίου, Phosphatase and tensin homolog (PTEN), ενώ η ανεπάρκεια διγλυκάνης αυξάνει την ανταπόκριση των κυττάρων στο χημειοθεραπευτικό φάρμακο, την δοξορουβικίνη.Η αυτοφαγία είναι ένας καλά μελετημένος καταβολικός μηχανισμός που παρέχει στα κύτταρα ενέργεια και πρόδρομα βιολογικά μακρομόρια. Ωστόσο, είναι απορυθμισμένη σε πολλές παθολογικές καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένου και του καρκίνου, ενώ ο ρόλος της στη βιολογία του καρκίνου είναι διττός και εξαρτάται από το στάδιο και τον τύπο του όγκου. Η ραπαμυκίνη αναστέλλει το σηματοδοτικό μονοπάτι mammalian target of therapamycin (mTOR), ενεργοποιώντας το μηχανισμό αυτοφαγίας. Στο οστεοσάρκωμα η απορυθμισμένη αυτοφαγία επηρεάζει την απάντηση στη χημειοθεραπεία ενώ η απενεργοποίηση των ογκοκατασταλτικών γονιδίων, όπως το PTEN, φαίνεται να σχετίζεται με την ενεργοποίηση της αυτοφαγίας. Όπως αναφέρθηκε, η διγλυκάνη ρυθμίζει αρνητικά την έκφραση του PTEN, οπότε σε επόμενο βήμα μελετήθηκε ο ρόλος της διγλυκάνης στον αυτοφαγικό μηχανισμό των κυττάρων του οστεοσαρκώματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διγλυκάνη αναστέλλει την αυτοφαγία σε δύο κυτταρικές σειρές οστεοσαρκώματος, ενώ η εξαρτώμενη από ραπαμυκίνη ενεργοποίηση της αυτοφαγίας μειώνει την έκφραση της συγκεκριμένης SLRP στα κύτταρα ανθρώπινου οστεοσαρκώματος MG63 και εμποδίζει την εξαρτώμενη από τη διγλυκάνη κυτταρική ανάπτυξη.Η σηματοδότηση Wnt/β-κατενίνης είναι ένα ακόμα ενεργοποιημένο αναπτυξιακό μονοπάτι στο οστεοσάρκωμα. Αλληλεπίδραση μεταξύ των μονοπατιών Wnt/β-κατενίνης και της αυτοφαγίας έχει προηγουμένως εντοπιστεί σε πολλά καρκινικά μοντέλα. Σε προηγούμενη μελέτη του εργαστηρίου εντοπίστηκε αλληλεπίδραση μεταξύ του μονοπατιού της β-κατενίνης και του υποδοχέα IGF-IR, ενώ μέσω της μη κανονικής σηματοδότησης της β-κατενίνης, ο ενεργοποιημένος IGF-IR οδηγεί σε αύξηση της έκφρασης της διγλυκάνης. Στα πειράματα για τη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή αποδείχθηκε ότι η ραπαμυκίνη αναστέλλει τη μετατόπιση της β-κατενίνης στον πυρήνα, καταστέλλοντας την κανονική σηματοδότηση Wnt και μειώνοντας το συν-εντοπισμό της διγλυκάνης με τον συν-υποδοχέα του Wntμονοπατιού, low-density lipoprotein receptor-related protein 6 (LRP6). Η αυξημένη εναπόθεση της β-κατενίνης αναστέλλει το μηχανισμό της αυτοφαγίας και προστατεύει τα κύτταρα MG63 από την απόπτωση μέσω ενός μηχανισμού που εμπλέκει τη διγλυκάνη. Επιπροσθέτως, η διγλυκάνη παρέχει προστασία στα κύτταρα MG63 από τη δράση της δοξορουβικίνης, μέσω ενός μηχανισμού που εξαρτάται από το μηχανισμό αυτοφαγίας των κυττάρων αυτών. Συνδυαστική θεραπεία των κυττάρων με τη δοξορουβικίνη και τη ραπαμυκίνη ενισχύει την απάντηση των κυττάρων στη δοξορουβικίνη μειώνοντας την έκφραση της διγλυκάνης και της β-κατενίνης. Κύτταρα ελλιπή σε διγλυκάνη εμφανίζουν αυξημένη ενεργοποίηση της κασπάσης-3, γεγονός που υποδηλώνει ότι η έλλειψη διγλυκάνης σχετίζεται με αυξημένη απόπτωση ύστερα από θεραπεία των κυττάρων με δοξορουβικίνη.Τα υπολογιστικά μοντέλα για το σύμπλοκο του LRP6 με τη διγλυκάνη υποδηλώνουν ότι η διγλυκάνη αλλάζει την ικανότητα του υποδοχέα να αλληλεπιδρά με άλλα σηματοδοτικά μόρια, επηρεάζοντας τη διαμόρφωση του υποδοχέα. Η δέσμευση της διγλυκάνης στον LRP6 ενεργοποιεί το μονοπάτι Wnt και την πυρηνική μετατόπιση της β-κατενίνης εμποδίζοντας το σχηματισμό συμπλόκου αποικοδόμησης της β-κατενίνης. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτός ο μηχανισμός δεν ακολουθείται στα μετρίως διαφοροποιημένα κύτταρα οστεοσαρκώματος U-2OS, που δεν εκφράζουν ενδογενών διγλυκάνη.Συνοψίζοντας, η διγλυκάνη επιδεικνύει προστατευτικά αποτελέσματα έναντι της δοξορουβικίνης στα κύτταρα οστεοσαρκώματος MG63, προάγοντας την παρατεταμένη ενεργοποίηση του IGF-IR και την πυρηνική του μετατόπιση, ενεργοποιώντας την οδό σηματοδότησης Wnt/β-κατενίνης και αναστέλλοντας την αυτοφαγία. Αυτά τα δεδομένα αποκαλύπτουν νέες πτυχές του μοριακού δικτύου αλληλεπίδρασης της διγλυκάνης και του ρόλου της στη σηματοδότηση μέσω διάφορων υποδοχέων και υποδεικνύουν αυτή την πρωτεϊνη ως ένασημαντικό ρυθμιστή της ανάπτυξης του οστεοσαρκώματος και της απόκρισης αυτού του όγκου στη χημειοθεραπεία.Συμπερασματικά, οι μηχανισμοί που περιγράφηκαν παραπάνω αποδεικνύουν τη συμμετοχή των SLRPs στην ανάπτυξη των όγκων μεσεγχυματικής προέλευσης και η αλληλεπίδρασή τους με διαφορετικά μονοπάτια σηματοδότησης τις καθιστούν πιθανά διαγνωστικά μόρια ή μόρια με θεραπευτική σημασία στη βιολογία των σαρκωμάτων

Lumican in Carcinogenesis—Revisited

Carcinogenesis is a multifactorial process with the input and interactions of environmental, genetic, and metabolic factors. During cancer development, a significant remodeling of the extracellular matrix (ECM) is evident. Proteoglycans (PGs), such as lumican, are glycosylated proteins that participate in the formation of the ECM and are established biological mediators. Notably, lumican is involved in cellular processes associated with tumorigeneses, such as EMT (epithelial-to-mesenchymal transition), cellular proliferation, migration, invasion, and adhesion. Furthermore, lumican is expressed in various cancer tissues and is reported to have a positive or negative correlation with tumor progression. This review focuses on significant advances achieved regardingthe role of lumican in the tumor biology. Here, the effects of lumican on cancer cell growth, invasion, motility, and metastasis are discussed, as well as the repercussions on autophagy and apoptosis. Finally, in light of the available data, novel roles for lumican as a cancer prognosis marker, chemoresistance regulator, and cancer therapy target are proposed

Biglycan Interacts with Type I Insulin-like Receptor (IGF-IR) Signaling Pathway to Regulate Osteosarcoma Cell Growth and Response to Chemotherapy

Osteosarcoma (OS) is a mesenchymally derived, aggressive bone cancer. OS cells produce an aberrant nonmineralized or partly mineralized extracellular matrix (ECM) whose components participate in signaling pathways connected to specific pathogenic phenotypes of this bone cancer. The expression of biglycan (BGN), a secreted small leucine-rich proteoglycan (SLRP), is correlated to aggressive OS phenotype and resistance to chemotherapy. A constitutive signaling of IGF-IR signaling input in sarcoma progression has been established. Here, we show that biglycan activates the IGF-IR signaling pathway to promote MG63 biglycan-secreting OS cell growth by forming a complex with the receptor. Computational models of IGF-IR and biglycan docking suggest that biglycan binds IGF-IR dimer via its concave surface. Our binding free energy calculations indicate the formation of a stable complex. Biglycan binding results in prolonged IGF-IR activation leading to protracted IGF-IR-dependent cell growth response of the poorly-differentiated MG63 cells. Moreover, biglycan facilitates the internalization (p ≤ 0.01, p ≤ 0.001) and sumoylation-enhanced nuclear translocation of IGF-IR (p ≤ 0.05) and its DNA binding in MG63 cells (p ≤ 0.001). The tyrosine kinase activity of the receptor mediates this mechanism. Furthermore, biglycan downregulates the expression of the tumor-suppressor gene, PTEN (p ≤ 0.01), and increases the expression of endothelial–mesenchymal transition (EMT) and aggressiveness markers vimentin (p ≤ 0.01) and fibronectin (p ≤ 0.01) in MG63 cells. Interestingly, this mechanism is not valid in moderately and well-differentiated, biglycan non-expressing U-2OS and Saos-2 OS cells. Furthermore, biglycan exhibits protective effects against the chemotherapeutic drug, doxorubicin, in MG63 OS cells (p ≤ 0.01). In conclusion, these data indicate a potential direct and adjunct therapeutical role of biglycan in osteosarcoma

Glycosaminoglycans: Carriers and Targets for Tailored Anti-Cancer Therapy

The tumor microenvironment (TME) is composed of cancerous, non-cancerous, stromal, and immune cells that are surrounded by the components of the extracellular matrix (ECM). Glycosaminoglycans (GAGs), natural biomacromolecules, essential ECM, and cell membrane components are extensively altered in cancer tissues. During disease progression, the GAG fine structure changes in a manner associated with disease evolution. Thus, changes in the GAG sulfation pattern are immediately correlated to malignant transformation. Their molecular weight, distribution, composition, and fine modifications, including sulfation, exhibit distinct alterations during cancer development. GAGs and GAG-based molecules, due to their unique properties, are suggested as promising effectors for anticancer therapy. Considering their participation in tumorigenesis, their utilization in drug development has been the focus of both industry and academic research efforts. These efforts have been developing in two main directions; (i) utilizing GAGs as targets of therapeutic strategies and (ii) employing GAGs specificity and excellent physicochemical properties for targeted delivery of cancer therapeutics. This review will comprehensively discuss recent developments and the broad potential of GAG utilization for cancer therapy

The Role of IGF/IGF-IR-Signaling and Extracellular Matrix Effectors in Bone Sarcoma Pathogenesis

Bone sarcomas, mesenchymal origin tumors, represent a substantial group of varying neoplasms of a distinct entity. Bone sarcoma patients show a limited response or do not respond to chemotherapy. Notably, developing efficient chemotherapy approaches, dealing with chemoresistance, and preventing metastasis pose unmet challenges in sarcoma therapy. Insulin-like growth factors 1 and 2 (IGF-1 and -2) and their respective receptors are a multifactorial system that significantly contributes to bone sarcoma pathogenesis. Whereas failures have been registered in creating novel targeted therapeutics aiming at the IGF pathway, new agent development should continue, evaluating combinatorial strategies for enhancing antitumor responses and better classifying the patients that could best benefit from these therapies. A plausible approach for developing a combinatorial strategy is to focus on the tumor microenvironment (TME) and processes executed therein. Herewith, we will discuss how the interplay between IGF-signaling and the TME constituents affects sarcomas’ basal functions and their response to therapy. This review highlights key studies focusing on IGF signaling in bone sarcomas, specifically studies underscoring novel properties that make this system an attractive therapeutic target and identifies new relationships that may be exploited. Potential direct and adjunct therapeutical implications of the extracellular matrix (ECM) effectors will also be summarized

In Vitro Assessment of Poly-N-Vinylpyrrolidone/Acrylic Acid Nanoparticles Biocompatibility in a Microvascular Endothelium Model

An amphiphilic copolymer of N-vinyl-2-pyrrolidone and acrylic acid—namely, p(VP-AA)-OD6000 (p(VP-AA))—was synthesized to prepare p(VP-AA) nanoparticles (NPs). Furthermore, the copolymer was linked with CFSE, and the so-prepared nanoparticles were loaded with the DiI dye to form D nanoparticles (DNPs). In this study, as demonstrated by immunofluorescence microscopy, immunofluorescence, and confocal microscopy, DNPs were readily taken up by human microvascular endothelial cells (HMEC-1) cells in a concentration-dependent manner. Upon uptake, both the CFSE dye (green stain) and the DiI dye (red stain) were localized to the cytoplasm of treated cells. Treatment with p(VP-AA) did not affect the viability of normal and challenged with LPS, HMEC-1 cells at 0.010 mg/mL and induced a dose-dependent decrease of these cells’ viability at the higher concentrations of 0.033 and 0.066 mg/mL (p ≤ 0.01; p ≤ 0.001, respectively). Furthermore, we focused on the potential immunological activation of HMEC-1 endothelial cells upon p(VP-AA) NPs treatment by assessing the expression of adhesion molecules (E-Selectin, ICAM-1, and V-CAM). NPs treatments at concentrations utilized (p = NS) did not affect individual adhesion molecules’ expression. p(VP-AA) NPs do not activate the endothelium and do not affect its viability at pharmacologically relevant concentrations