The predominant microbiota of the human intestine is an important risk factor for colon cancer

Mohammad Khalilollahi ¹ ( Department of Microbiology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, Tehran, Iran )
Shahla mohammad Ganji ² ( Departments of Molecular Medicine, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran, Iran )
fatemeh ashrafi ³ ( Department of Genetics, Faculity of science, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran )

Submited date : 2022-07-17 Accepted date : 2023-03-15

Keywords: microbiota, pks, Colon cancer, Risk Factor, toxin,

Abstract :

The digestive system consists of esophagus, stomach, small intestine and large intestine. The large intestine starts from the end of the small intestine and ends at the anus. The anus is the opening of the large intestine that leads to the outside of the body. Colon is another name for large intestine. Cancer occurs when malignant or cancerous cells form in the colon. Colon cancer is also known as colon cancer, colon and rectal cancer or colorectal cancer. Colorectal cancer or CRC is one of the most common malignant human tumors. Environmental and epigenetic factors are the most important causes of this disease. Among the risk factors associated with this complex disease, infection by various microorganisms can be mentioned. Microorganisms such as bacteria, parasites, fungi, viruses, molds and yeasts among which microbiota play a more important role. In this article, with an overview of the dominant microbiota in the human intestine, its role as an important risk factor in colon cancer will be investigated. Factors such as the results of disruption of the regulation and structure of microbiota, bacterial metabolites or inflammatory pathways and facilitation of the colon cancer pathway will be discussed.

Full-Text:



 

 

 

نقش miR-182  و ژن FOXO در بیماران  مبتلا به سرطان کولورکتال 

چکیده:

سرطان كولوركتال ¹(CRC)سومین سرطان شایع در دنیا است. سالانه بیش از1-2 میلیون بیمار جدید مبتلا به این سرطان شناسایی و بیش از600.000  نفر در اثرمبتلا به این نوع سرطان جان خود را از دست می دهند. در دهه گذشته، مشخص شده است، که بیان نابجای microRNA نقشی کاربردی در شروع و پیشرفت CRC دارد. مطابق گزارش پایگاه داده (TCGA) اطلس ژنوم سرطان، miR-182 به طور قابل توجهی در بافت CRC در مقایسه با بافت طبیعی روده افزایش بیان دارد. miR-182، انکوژنی است که باعث تنظیم منفی چندین ژن سرکوبگر تومور از جمله: BRCA1، FOXO1، FOXO3 و MITF می شود. در این مقاله مروری، نقش و تنظیم پروتئین‌های FOXO بخصوص توسط miR-182  در شروع و پیشرفت تومور در بیماران مبتلا به CRC مورد بررسی قرار گرفت. همچنین نحوه ادغام شبکه‌های سیگنالینگ با فاکتورهای رونویسی FOXO برای تعدیل عملکردهای رشدی، متابولیک و سرکوب کننده تومور در بافت‌های طبیعی و سرطان کولورکتال بررسی و دیدگاه جدیدی در مورد تومورزایی و متاستاز بررسی شده است. 

کلمه کلیدی: miR-182  ، FOXO، سرطان کولورکتال

Abstract:

Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer in the world. Every year, more than 2-1 million new patients with this cancer are diagnosed and more than 600,000 people die. In the last decade, it has been studied that aberrant expression of microRNAs has a functional role in the initiation and progression of CRC. According to the Cancer Genome Atlas (TCGA) database, miR-182 is significantly overexpressed in colorectal cancer tissues compared to normal intestinal tissues. miR-182 is an oncogene that negatively regulates tumor suppressor genes including BRCA1, FOXO1, FOXO3, and MITF. In this review, the role and regulation of FOXO, especially by miR-182, in the initiation and progression of the disease in CRC patients is examined. Moreover, the integration of signaling function networks with FOXO transcription factors to modulate growth, metabolic and tumor suppressive functions in normal tissues and colorectal cancer will be investigated and the perspective on tumorigenesis and metastasis will be investigated.

Key words: miR-182, FOXO, colorectal cancer

 

 

 

مقدمه:

سرطان کولورکتال (CRC) یک بیماری پیچیده ناشی از عوامل محیطی، ژنتیکی، اپی ژنتیکی و مکانیسم های مولکولی خاص می باشد. سه مسیر مولکولی شامل: ناپایداری ریزماهواره ها ²(MSI)، ناپایداری کروموزومی ³(CIN) و (CIMP)⁴به عنوان عوامل اصلی ایجاد CRC تعریف شده است. (1,2) اختلال عملکرد چندین ژن در موارد تک گیر⁵ و خانوادگی با این نوع سرطان مرتبط هستند. این ژنها عبارتند از  KRAS، BRAF، c-Src، c-Myc، APC، TP53، PIK3CA، MSH2، MLH1، STK11، MSH6، PMS2، APC، CACNA1G، CDKN2A، IGF2، NEUROG1، RUNX3 و SOCS1 که برخی از آنها به عنوان بیومارکر نیز استفاده می شود. در واقع، از آنجایی که توسعه CRC ممکن است سال‌ها طول بکشد، تشخیص زودهنگام آن و استفاده از ابزارهای تشخیصی بیوشیمیایی و مولکولی/ژنتیکی، کلیدی برای بهبود میزان بقا است.

مشخص شده است که بی نظمی فاکتور رونویسی⁶، عمدتاً به دلیل حذف، جابجایی، تقویت کروموزومی و جهش های نقطه ای، یک پدیده ی گسترده در مورد نئوپلازی های بدخیم انسانی است. اختلالات فاکتورهای رونویسی می تواند منجر به تغییرات بیانی قابل توجهی در ژن های دخیل در فرآیندهای مختلف بیولوژیکی، تنظیم تکثیر و سیگنال دهی سلولی شود. این تغییرات عوامل کلیدی در تومورها هستند زیرا در تمایز و تکثیر سلولی، مهاجرت و متاستاز و همچنین مقاومت در برابر عوامل شیمی‌درمانی نقش دارند (3).

بیولوژی micro RNA

micro RNA ها یک گروه از RNA های غیر کدکننده ی کوچک 22 نوکلئوتیدی هستند که سرکوب ژن پس از رونویسی را برعهده دارند و این کار را از طریق مهار شروع ترجمه و (یا) تجزیه ی mRNA  توسط اتصال ناحیه ی حدوداً 7 نوکلئوتیدی، به نام seed (در قسمت 5’ microRNA) به توالی مکمل درناحیه 3’-UTR در mRNA  هدف انجام می دهند. (4) از آنجاییکه شناسایی اولیه mRNA هدف توسط ناحیه ی کوتاه seed انجام می شود، صد ها mRNA هدف که دارای توالی مکمل باشند می توانند توسط یک miRNA تنظیم شوند.(5)

Micro RNA ها ابتدا در هسته توسط مولکول های پیش ساز رونویسی می شوند که رونوشت اولیه miRNA (pri-miRNA) نامیده می شوند. اندازه pri-miRNAها بیشتراز 1000 بازمی باشد و بصورت ساختارهای سنجاق سری پیچ می خورند ولی پس از پردازش، توسط آنزیم Drosha به پیش ساز های ساقه- حلقه کوچکتر (در حدود 60 تا 100 نوکلئوتید) شکسته می شوند که pre-miRNA نامیده می شوند. Pre-miRNA ها به سیتوپلاسم فرستاده شده و توسط dicer به miRNA های دورشته ای شکسته می شوند. یکی از رشته های miRNA تبدیل به مولکول miRNA بالغ (با طول 15-22 نوکلئوتید) می شود. رشته ی دیگر miR*(star) یا miRNA گذرا (passenger) یا miRNA فرعی (minor) نامیده می شود.

 

 

شکل1-بیولوژی (32) Micro RNA 

 

سابقاً تصور بر این بود که miRNA های فرعی تجزیه می شوند ولی داده های دقیق توالی یابی نشان می دهد تعدادی از minor miRNA ها تجزیه نشده و دارای نقش عملکردی در تنظیم هوموستازی miRNA و اثرات پایین دست رونویسی، ترجمه RNA و DNA هستند. رشته ی بالغ miRNA در ترکیب با کمپلکس خاموش کننده ی القا شونده با RNA (⁷RISC) بیان ژنهای هدف را با اتصال به توالی های مکمل در ناحیه 3’-UTR از طریق اتصال جفت باز واتسون-کریک تنظیم می کند. Micro RNA ها بر حسب حفاظت توالی مولکول های سنجاق سری و pre-miRNA ها بر اساس توالی و ساختار، درخانواده های مختلفی طبقه بندی می شوند. (6)

شواهد نشان می دهد miRNA های خاصی در CRC با مرحله بیماری، متاستاز و شانس زنده ماندن در ارتباط هستند. نتایج جستجوهای Mazeh و همکاران در سال 2013 در PubMed با دو کلیدواژه ی miRNA و colorectal cancer پیدا شدن صد و هجده miRNA بود که همه مورد تائید و مرتبط با CRC هستند.(7) از میان آنها شصتmiRNA دارای افزایش بیان و پنجاه و هشت miRNA دارای کاهش بیان در CRC نسبت به بافت مجاور سالم هستند. تعدادی از miRNA ها به عنوان سرکوبگر تومور گزارش شده اند مانند: let7a، mir-34 a/b/c، mir-126، mir-143، mir-145 و خانواده ی mir-200. این miRNA ها انکوژن ها را هدف قرار می دهند و همیشه در CRC دچار کاهش بیان می شوند. از طرف دیگر کلاستر mir-17-92، mir-21 و mir-135، miRNA های انکوژن به نظر می رسند که ژن های سرکوبگر تومور را مهار می کنند و همیشه در CRC نسبت به بافت نرمال دچار افزایش بیان می شوند.(8) اخیراً تکنولوژی های جدید (مثل تکنولوژی high-throughput illumine sequencing) برای کشف miRNA های جدید در CRC بکار گرفته شده است. در نتیجه تعداد miRNA جدید مرتبط با CRC رو به افزایش می باشد.(9)  نتایج استفاده از این تکنولوژی ها در مطالعه Nishida و همکاران در سال 2012 نشان داد که سی و هفت miRNA ، بطور قابل توجه از تنظیم خارج شده اند. از این میان، بیست و یک miRNA مرتبط با CRC بود مانند mir-1، mir-96 و mir-145 که در مقالات معرفی شده بودند. مطالعات نشان داد از میان شانزده miRNA دیگر که ارتباط شان برای اولین بار مرتبط با CRC معرفی شد، برخی افزایش بیان و برخی نیز کاهش بیان نشان دادند. در این میان MiR-182-3p افزایش بیان نشان می دهد که در زیر بطور مفصل توضیح داده شده است.(10)

miR-182

miR-182 جز کلاستر miR-182-96-183 می باشد و بر روی کروموزم 7 و جایگاه q327 قرار دارد. بیان miR-182 در 26 درصد از تومورهای اولیه CRC و در 30 درصد از بیماران با متاستاز کبد افزایش بیان داشته است. miR-182 باعث افزایش بقای سلول های توموری و پیشرفت CRC می شود. (11) تجزیه و تحلیل نمونه های بالینی نشاندهنده ی ارتباط بیان miR-182 با پیش آگهی ضعیف در بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال می باشد. miR-182 با مسیرهای سیگنال دهی سرطان از جمله مسیر TGFB وNFKB در ارتباط می باشد. تا کنون برای miR-182، چندین تارگت مانند MITF،MIM و FOXO شناسایی شده است. در این میان گزارش ها حاکی از این است که فاکتور رونویسی FOXO1 درانواع مختلف سلول ها توسطmiR-182 سرکوب می شود.

 

 

شکل2-تنظیم بیان FOXO از طریق miR-182 (فاکتورهای رونویسی STAT5 یا Sp1، تولید miR-182 را تحریک می کنندMiR-182. به نوبه خود، ترجمه mRNA FOXO1 و FOXO3 را مسدود کرده یا پایداری آن را کاهش می دهد) (33)

 

 

 

 FOXO1 در استخوان سازی، توسعه ی سلول های T و تومورزایی نقش دارد. FOXO1 به عنوان یک سرکوبگر احتمالی تومور در نظر گرفته می شود. مهار miR-182 در سلول های سرطان سینه(MCF7) باعث افزایش بیان FOXO1 و افزایش آپپتوز سلول ها گردید. همچنین کاهش بیان miR-182 با کمک siRNAها باعث افزایش بیان FOXO1 گردید مطالعاتی از این دست نشان دادند که FOXO1 یکی از اهداف miR-182 می باشد.

تنظیم مثبت miR-182 در بافت های تومور روده ی بزرگ در مقایسه با نمونه های طبیعی به طور مداوم توسط مطالعات متعدد گزارش شده است. مطالعات عملکردی اولیه نشان داد که بیان بیش از حد miR-182 باعث تکثیر و بقای سلول های تومور کولورکتال می شود.(12)

تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک روی مجموعه داده های پروفایل بیان ژن ها، حاکی از  کاهش بیان FOXO1 در بافت توموربیماران کولورکتال نسبت به بافت طبیعی کلون است. همچنین نشان داده شد که افزایش بیان FOXF2 در سلول های CRC باعث سرکوب بتاکاتنین می شود و به طور همزمان رشد و تهاجم سلولی را مهار می کند. FOXF2 یکی از ژن های هدف miR-182 می باشد کاهش بیان miR-182 به وسیله ی آنتیmiR-182 در سلول های CRC باعث افزایش بیان FOXF2 و کاهش همزمان بیان بتا کاتنین می شود. همچنین اتصال مستقیم miR-182 با ناحیه ی 3utr mRNA FOXF2 با استفاده از ژن گزارشگر لوسیفراز تایید شده است. بنابراین پیوند miR-182 و FOXF2 باعث کمک به توسعه ی CRC می شود.(13)

خانواده فاکتورهای رونویسی FOX

خانواده فاکتور رونویسی جعبه چنگال (FOX)⁸ شامل گروهی از تنظیم‌کننده‌های رونویسی است که به طور تکاملی حفظ شده‌اند و اختلال در عملکرد آنها با بیماری ارتباط دارد.(14) خانواده ژن FOX به عنوان ژن های فاکتورهای رونویسی شناخته می شوند اختلال در این زیرگروه ، بر چندین آبشار مولکولی پیچیده تأثیر می‌گذارد، که با طیف وسیعی از انواع سرطان ها مرتبط می باشد که نقش آنها را به عنوان نشانگرهای زیستی مولکولی برجسته می‌کند. حداقل 14 زیر گروه FOX با پاتوژنز CRC مرتبط می باشد بنابراین بر روی نقش آنها جهت اهداف تشخیص، پیش آگهی و درمان تاکید شده است.

چندین post-translational modifications، مانند فسفوریلاسیون، استیلاسیون و یوبی کوئیتیناسیون شرح داده شده است که به تعدیل عملکردهای مختلف پروتئین های FOX، از جمله میل اتصال به DNA آنها کمک می کند. مناطق عملکردی علاوه بر DBD برای برخی از پروتئین‌های FOX، مانند زیرخانواده FOXO، دارای بخشهای  trans-activation domain (TAD)و  the nuclear localization sequence (NLS) می باشند. فاکتورهای FOX تنظیم کننده کلیدی مسیرهای سیگنالینگ مختلف فیزیولوژیکی و پاتولوژیک می باشد. این مسیرها عبارتند از: فسفاتیدیل 3-کیناز/پروتئین کیناز (PI3K-AKT)، فاکتور رشد بتا (TGF-β)، WNT/β، Sonic-Hedgehogو Jagged-Notch .

نقش FOXO در پاتوفیزیولوژی سرطان اینگونه است که پیامدهایی را در مورد زمان شروع بیماری (onset)، پیشرفت بیماری (progression)، مقاومت دارویی (drug resistance ) و حفظ وضعیت بیمار (maintenance)  تحت تاثیر قرار می دهد، بنابراین می تواند به عنوان بیومارکری مفید استفاده شود.

 نقش دوگانه FOXOs در سرطان ها

بررسی ها نشان می دهد که FOXOs در سرطان ها دارای نقش دوگانه هستند. ممکن است به عنوان سرکوبگر تومور و یا به عنوان پروتئین های انکوژن عمل کنند. مولکول‌های FOXO درطول رشد جنین و زندگی بزرگسالی، در بافت‌های متعدد بیان می‌شوند و با عملکردهای مختلفی مانند تمایز/ تکثیرسلولی، کنترل متابولیسم، ایمنی، آپوپتوز، سم‌ زدایی، ترمیم آسیب DNA، توقف چرخه سلولی، اتوفاژی، حفظ هموستاز مرتبط هستند. خانواده FOXO در پستانداران از چهار عضو FOXO1، FOXO3A، FOXO4 و FOXO6 تشکیل شده است.

تنظیمات بالادستی⁹ اعضای زیرخانواده FOXO به خوبی مشخص شده است. به ویژه مکانیسم مربوط phosphoinositide-3-kinase–protein kinase B (AKT) (PI3K-AKT) که در پاسخ به انسولین و تحریک فاکتور رشد و فسفوریلاسیون FOXOs توسط AKT انجام می شود ودرنهایت کمپلکس تشکیل شده از هسته به سیتوپلاسم منتقل می گردد. علاوه برAKT، کینازهای دیگر (مانند SGK، IKK، ERK) تنظیم کننده منفی FOXO هستند، در حالی که JNK و MST1 قادر به فعال کردن آن هستند. با توجه به بیولوژی سرطان، پروتئین های FOXO در پایین دست چندین مسیر انکوژنی مانند: PI3K-AKT، ERK و NF-κB-IKKβ عمل می کنند. FOXOها عمدتاً به عنوان سرکوبگرهای تومور توصیف شده اند زیرا دارای خواص ضد تکثیر و پروآپوپتوز هستند. عملکرد ضد تومور FOXOs با تنظیم ژن‌های کلیدی شرکت‌کننده در مرگ سلولی و توقف چرخه سلولی، مانند p27KIP1، CDKN1A/p21، FasL، Trail و Bim مرتبط است(شکل1). FOXOها همچنین در شبکه‌های پیچیده دیگری از جمله ژن‌های متعددی که فرآیند مربوط به تومورزایی را تنظیم می‌کنند، مانند پیری ناشی از انکوژن، رگ‌زایی، تهاجم، تنظیم استرس اکسیداتیو و تعامل با سایر سرکوب‌کننده‌ها (مانند p53) درگیر هستند. (1)

 

شکل 3- فعالیت درون سلولی FOXO از طریق فعال سازی (PI3K/AKT). این شکل برگرفته از مقاله Laissue, P  در سال 2019 می باشد. (1)

 

نقش FOXOs در سرطان کولورکتال:

مطالعات نشان میدهد که مولکولهای FOXO در سرطان کولورکتال نیز دارای نقش دوگانه و در عین حال متناقض هستند زیرا می توانند به عنوان یک ژن سرکوبگر سرطان یا یک انکوژن عمل کنند. در سلول‌های مشتق شده از سرطان کولون نشان داده شده است که فعال‌سازی/مهار سیستم FOXO از طریق بیان بیش از حد ژن/خاموش کردن یا اختلال فارماکولوژیک چندین مسیر سیگنالینگ (PI3K-AKT، Wnt، β-کاتنین، EGFR) منجر به سرطان‌زایی CRC می‌شود.(15)

چندین گزارش اثر فعال سازی و یا غیرفعال سازی FOXO را بر روی بیولوژی CRC مطالعه کرده اند. اریکسون و همکاران  از نوترکیبی همولوگ هدف در سلول‌های CRC برای غیرفعال کردن ژن‌های AKT1، AKT2 یا PDPK1 استفاده کردند که منجر به کاهش قابل توجه تکثیر سلولی در شرایط آزمایشگاهی و متاستاز در موش شد(16)

تنباوم و همکاران، ارتباط متقابل بین مسیرهای WNT-β-catenin و PI3K-AKT-FOXO3A را در تومورزایی CRC مورد مطالعه قرار داد و اثر همزمان فعال سازی مولکول WNT-β-catenin و مهار PI3K-AKT را بر روی بیولوژی CRC بررسی کردند.(17) این سناریو باعث تجمع هسته ای FOXO3A و β-کاتنین بود. FOXO3A و β-کاتنین بسیاری از ژن های مرتبط با متاستاز مانند: IQGAP2، CYR61، CLDN1، CAV1، EDN1 و KIT را تنظیم می کنند. در واقع فرآیندهای بیولوژیکی مختلف مرتبط با متاستاز توسط FOXO3A و β-کاتنین تعدیل می‌شود. این تعدیل از طریق ژن‌های هدف و به منظور تحرک و مهاجرت سلولی، رگ‌زایی، فرار از سیستم ایمنی و سازماندهی مجدد اسکلت سلولی انجام می شود.  مقاومت هسته‌ای β-کاتنین به آپوپتوز با واسطه FOXO3A توسط مهارکننده‌های PI3K و AKT در سلول‌های CRC اولیه القا می شود. جالب توجه است که غلظت‌های بالای FOXO3A و β-کاتنین هسته‌ای با مرحله متاستاتیک CRC مرتبط بوده و بر زمان بقای کوتاه‌تر بیماران تأثیر گذاشته است. برخلاف آنچه که توسط دیگران گزارش شده است، این یافته ها اطلاعاتی را در مورد ماهیت انکوژنیک بالقوه FOXO3A اضافه می کند. (18)

شوب و همکاران نشان داده‌اند که مهار آلدوز ردوکتاز، از طریق PI3K/AKT، باعث فعال‌سازی FOXO3A در سلول‌های CRC می شود، که باعث نکروز شدن سلول‌های تومورمی شود. چندین مطالعه دیگر اثر تجمع FOXO را در هسته سلول‌های CRC توصیف کرده‌اند که برخی از آنها بر اساس استفاده از انواع مختلف مولکول‌ها بوده‌اند. به عنوان مثال، سیس پلاتین به رده های سلولی مختلف CRC برای ارزیابی نقش مسیر PI3K/FOXO درعملکرد دارویی و مقاومت تجویز شد. (19) سیس پلاتین با عث آپوپتوز در سلول های حساس شد و بقای سلولی درازمدت را تغییر داد که با جابجایی هسته ای FOXO3A مرتبط بود. دفسفوریلاسیون FOXO3A در سلول های مقاوم دچار اختلال شد و در نتیجه باعث فعال شدن پروموتر ژن هدف (یعنی p27Kip1 و BIM) شد. استفاده از سیس پلاتین، همراه با مهار دارویی p38α، همچنین نشان داده شده است که با کاهش زنده ماندن سلول های سرطانی از طریق افزایش مرگ سلولی آپوپتوز وابسته به BAX با فعال کردن خواص سرکوبگر تومور FOXO3A مرتبط است. چنین فعال سازی مربوط به p21، PTEN، BIM و GADD باعث آپوپتوز در سلول های CRC می شود. (20)

گزارشهای متعدد نشان می دهد که کاهش بیان رونوشت FOXO، درک مکانیسم‌های تنظیمی بالقوه دخیل در پاتوژنز سرطان کولورکتال را امکان‌پذیر کرده است. در واقع، نتایج مطالعه ی microRNA های مختلف در داخل بدن و در شرایط آزمایشگاهی برای ارزیابی خواص سرکوبگر تومور FOXO ، نشان داده است که miR-544 به FOXO1 متصل می شود، در حالی که miR-153 و miR-592 به FOXO3A متصل می شوند. از طرفی miR-96 به عنوان اتصال به FOXO1 و FOXO3A توصیف شده است (21). در همه این موارد، اثرات مولکول ها به بیولوژی CRC کمک کرده است. بیشتر گزارش های هیستوپاتولوژیک با هدف بررسی بیان ¹⁰ و محل تمرکز ¹¹ FOXO با پیامد بیماری در بیماران سرطانی، نقش FOXO ها را به عنوان سرکوبگرهای تومور توصیف کرده اند. مطالعه بافت‌های CRC اولیه و متاستاز آن‌ها نشان داده است که سطوح FOXO3A در طول متاستاز کاهش می‌یابد و در نتیجه نقش این پروتئین را به عنوان یک سرکوب‌کننده سرطان برمی‌انگیزد.  با این حال، localization هسته ای آن نیز با بقای کلی CRC، ارتباط کمتری دارد. در مجموع، این نتایج پیچیدگی شبکه‌های نظارتی FOXO را مشخص می‌کند و نقش دوگانه این عوامل رونویسی را به عنوان سرکوب‌کننده‌های سرطان و انکوژن‌ها تقویت می‌کند. (22)

FOXM1

بررسی ها نشان می دهند که اختلال در فعال سازی چندین گیرنده تیروزین کیناز، مانند: RTK، RAF، RAS و MAPK2، در سلول های سرطانی منجر به تجمع هسته ای FOXM1 از طریق فسفوریلاسیون ERK می گردد. FOXM1 یک عامل اصلی است که در انتقال چرخه سلولی G1/S و G2/M و پیشرفت فاز M نقش دارد. نقش اصلی را درحفظ ثبات کروموزومی و جداسازی طبیعی در طول میتوز دارد(23) FOXM1 با پیری سلولی، نوسازی مجدد¹² سلول های بنیادی، تمایز و تکثیر سلولی، هموستاز بافتی، مهاجرت و تهاجم سلولی، ترمیم آسیب DNA و رگزایی، تنظیم استرس اکسیداتیو و مقاومت دارویی در طول تومورزایی مرتبط است. در مورد بیولوژی CRC، سطوح بیان FOXM1 با پیشرفت سرطان، متاستاز به غدد لنفاوی ، کبد و مراحل  (Tumour–Node–Metastasis)  TNMبالا گزارش شده است . این یافته ها با کاهش میزان بقای بیمار همراه بود. جالب توجه است که بیان بیش از حد همزمان FOXM1 و CAV-1 (caveolin 1) نقش مهمی در توسعه و پیشرفت CRC با تنظیم منفی E-cadherin ایفا می کند(24).  با توجه به مکانیسم‌های miRNA که منجر به کاهش بیان FOXM1 می‌شود، نشان داده شده است که تنظیم منفی miR-320، miR-149، mi-R-342 به بیولوژی CRC مربوط می‌شود .قابل ذکر است که miR-320 و miR-342 سرکوبگرهای FOXM1 و FOXQ1 هستند و ابزارهای درمانی بالقوه جالبی برای CRC را تشکیل می دهند. از نظر بالینی، FOXM1 ممکن است مستقیماً به‌عنوان یک نشانگر تشخیصی/پیش‌آگهی مورد استفاده قرار گیرد، زیرا سطوح بیان بالا، در گروه‌های مستقل بیماران CRC، با بقای ضعیف مرتبط است . علاوه بر این، به دلیل ماهیت انکوژنیک واضح آن، FOXM1 به عنوان هدف اصلی برای درمان دارویی سرطان ظاهر شده است.(25)   

FOXP3

جهش در Foxp3 در موش منجر به یک اختلال لنفوپرولیفراتیو کشنده می شود در حالی که بیان بیش از حد آن باعث فنوتیپ نقص ایمنی می گردد. جهش‌های FOXP3 در انسان با سندرم اختلال خودایمنی-آلرژیک مرتبط با X، که به نام‌های تنظیم ایمنی، Polyendocrinopathy،  Enteropathyوسندرم وابسته به X (IPEX)¹³ نیز شناخته می‌شود، مرتبط است . FOXP3 عمدتاً توسط سلول‌های T تنظیمی (Treg) بیان می‌شود، اما در سلول‌های دیگر (مانند لنفوسیت‌های B) و بافت‌های طبیعی مختلف (مانند سینه، پروستات، ریه، تیموس، روده بزرگ، کلیه، تخمدان) نیز یافت شده است. رده های سلولی سرطانی زیادی دارای سطوح مختلف بیان FOXP3 هستند که امکان ارزیابی عملکرد آن را در شرایط آزمایشگاهی مختلف فراهم کرده است. در این میان رده های سلولی با منشاء کولورکتال مانند HCA 2.6، HCA 3.2 نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. اگرچه نقش FOXP3 در بیوژنز CRC هنوز به طور کامل شناخته نشده است، گزارش‌های متعددی به نفع عملکرد محافظتی سلول‌های FoxP3+ Treg با کنترل سرطان‌زایی، بهبود التهاب در بیماران عنوان کرده اند.

Other FOX 

چندین پروتئین FOX دیگر به عنوان تنظیم کننده های مهم تومورزایی CRC توصیف شده اند. به عنوان مثال، FOXC1 و  FOXC2 که متاستاز CRC را با تنظیم بیان ITGA7/FGFR4 و MET به ترتیب ترویج می‌کنند. گزارش ها نشان می دهد که FOXQ1 نقش تنظیمی کلیدی در انتقال اپیتلیال-مزانشیمی انواع مختلف سرطان از جمله CRC دارد و بیان بیش از حد FOXQ1 نقش مرتبطی در افزایش تومورزایی CRC، رشد تومور و مهاجرت/تهاجم به سلول‌های تومور با اثرگذاری بر مسیرهای مولکولی WNT و TGF-B دارد. سایر پروتئین های FOX که دارای خواص انکوژنیک در CRC هستند عبارتند از: FOXA1، FOXD1، FOXD3، FOXF1، FOXF2 FOXJ1، FOXK1، FOXK2، FOXN3 و FOXR2 مطالعات اضافی FOX خواص سرکوبگر تومور را برای برخی از آنها گزارش کرده است، مانند FOXE1، FOXF1، FOXF2 و FOXJ3 (26)

 

microRNA وFOXO

Micro-RNA ها سطح FOXO را در سرطان ها تنظیم می کنند. برخی از میکرو RNA ها از جمله miR-183، miR-182 و miR-96 به عنوان تنظیم کننده بیان FOXO در انواع مختلف سرطان عمل می کنند. مطالعات اخیر در سرطان سینه نشان میدهد بیان بیش از حد miR-96 با هدف قرار دادن FOXO3 و FOXO1 منجر به تکثیر سلول‌های تومور می‌شود. miR-182 ،FOXO3 را در سلول‌های ملانوما MITF هدف قرار می‌دهد که منجر به افزایش ویژگی‌های تهاجم می‌ گردد. همچنین در رده سلولی سرطان سینه انسان MCF7، miR-27a همراه با miR-182 و FOXO1 را هدف قرارداده و رشد سلول های تومور را افزایش می دهند. در لنفوم هوچکین کلاسیک، FOXO1 تا حدی از طریق عملکرد متقابل miR-182، miR-183 و miR-96 کاهش می یابد .در سرطان آندومتر، میکرو RNA ها، از جمله: miR-182، miR-183 و miR-96، FOXO1 را کاهش می دهندکه بقا و تکثیر سلول های سرطانی را هدایت می کنند(27)

 

FOXF2 و miR-182

شواهد نشان می دهد که miR-182 با انواع مختلفی از تومورها از جمله سرطان پروستات، ملانوم، سرطان سینه و گلیوم در ارتباط هست. اگرچه مطالعات نقش های متفاوت و حتی متناقضی از miR-182 را در تومورزایی گزارش می کند. در نمونه های توموری کولورکتال، miR-182  افزایش بیان دارد و تنظیم مثبت آن به طور قابل توجهی با متاستاز به غدد لنفاوی، مرحله TNM و پیش آگهی ضعیف مرتبط است.  Diep و همکاران گزارش کردند که بیان ژن miR-182 در 26 درصد تومورهای اولیه CRC و 30 درصد از متاستازهای کبدی تقویت شده است.(28) افزایش بیان miR-182 در آدنوم ها و CRC های اولیه در مقایسه با مخاط طبیعی کولون مشاهده می شود. علاوه بر این، افزایش miR-182 با مرحله تومورپیشرفته، مرتبط است. سرکوب همزمان رشد سلولی در شرایط آزمایشگاهی، تشکیل کلنی، مهاجرت، تهاجم به سلول های CRC با مهار miR-182 نشان داده شده است.(29) در مجموع ویژگی های عملکردی، miR-182 را به عنوان oncomiR در CRC برجسته می کند. اگرچه برخی گزارشها نشان می دهد miR-182 در انواعی از سرطان ها، هدفی برای چندین سرکوبگر تومور از جمله PTEN، MTSS1، Slug و CYLD می باشد، مطالعات در مورد بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال نشان می دهد miR-182 ژن‌های خاصی را  که در توسعه این بیماری نقش دارند هدف قرار میدهد. FoxF2، عضوی از خانواده فاکتورهای رونویسی جعبه پیشانی (FOX)، به عنوان یک هدف miR-182 می باشد.  FoxF2 برای رشد اندام، سنتز ماتریکس خارج سلولی (ECM) و برهمکنش اپیتلیال- مزانشیمی لازم است و می توان آن را با سیگنال دهی Bmp و Wnt محدود کرد. FoxF2 در بافت‌های CRC اولیه و رده‌های سلولی CRC کاهش می‌یابد. بازسازی FoxF2 در سلول های CRC به طور قابل توجهی رشد سلول، تشکیل کلنی و تحرک سلول را سرکوب می کند که نشان دهنده نقش سرکوب کننده تومور FoxF2 است. مطالعات نشان دادند که FoxF2 با مهار سیگنال دهی Wnt/β-catenin باعث کاهش تشکیل آدنوم در روده موش شد. کاهش FoxF2 منجر به افزایش بیان و فعالیت β-کاتنین می شود. با توجه به اینکه miR-182 بهUTR mRNA 3ژن FoxF2 متصل می شود و در نتیجه منجر به کاهش بیان FoxF2 می شود، افزایش miR-182 به طور نابهنجار تا حدی مسئول خاموش کردن FoxF2 و افزایش فعالیت β-کاتنین درCRC است. مطالعات اخیر نشان می دهد miR-182 انتقال β-کاتنین هسته‌ای را از طریق سرکوب SMAD4 در سرطان مثانه تحریک می‌کند، در حالی که miR-182 توسط β-کاتنین در سرطان سینه فعال می‌شود که نشان دهنده نقش مهم حلقه بازخورد β-کاتنین/miR-182 در پیشرفت تومورمی باشد.(30) FoxF2 به عنوان یک واسطه درگیر در این حلقه انکوژن می باشد. همچنن نشان داده شده است که miR-182 آنتاگونیست متالوپروتئینازهای ماتریکس (MMPs) را سرکوب می کند، در حالی که FoxF2 بیان بازدارنده بافتی متالوپروتئیناز 3 (TIMP3)، آنتاگونیست قوی دیگر MMPs را افزایش می دهد. این نشان می‌دهد که پیوند miR-182/FoxF2 ممکن است نقشی در تنظیم بازسازی ECM برای تسهیل تهاجم و متاستاز سلول‌های تومور ایفا کند.(31)

 

نتیجه گیری

خانواده فاکتور رونویسی جعبه چنگال (FOX) دارای نقش دوگانه در بیوژنز بیماری کولورکتال می باشد و از طریق بیان بیش از حد و یا خاموش کردن مسیر سیگنالیگ منجر به سرطان کولورکتال می شود با این حال اغلب به عنوان سرکوبگر تومور توصیف شده اند چون دارای خواص ضدتکثیری و ضد آپوپتوزی هستند.عوامل مختلف باعث افزایش بیان یا کاهش بیان FOXO ها میشود MicroRNA ها برمیزان بیان ژن ها تاثیر می گذارد. بیان miR-182 در بافت بیماران مبتلا به CRC  نسبت به بافت طبیعی روده افزایش پیدا می کند و به عنوان یک پیش آگهی ضعیف در بیماران نشان داده شده است. miR-182علاوه براینکه با سیگنال های مسیر سرطان مثل TGFBوNFKB در ارتباط است بر روی بیان ژن های خانواده ی FOXهم تاثیرگذار هست و باعث کاهش بیان ژن های خانواده FOXO مثل FOXO1 وFOXF2 می شود. این ژن ها جزو ژن های سرکوبگر تومور در نظر گرفته می شوند. فاکتورهای رونویسی خانواده FOXO درمسیرهای سیگنالینگ از جمله WNT، BMP و PI3K/AKT نقش دارند و همچنین فاکتورهای رونویسی مزانشیمی را رمزگذاری می کنند و از این طریق تکثیر و بقای اپیتلیال را کنترل می کنند درواقع مجموعه ای از بیان ژن ها را تحت تاثیر قرار میدهند. عواملی مانند افزایش بیان miR-182 که باعث اختلال در میزان بیانشان می شود سبب بروز بدخیمی هایی مثل CRC می گردد. از این رو می توان miR-182  را به عنوان استراتژی بالقوه در برابر CRC درنظر گرفت البته مستلزم مطالعه ی بیشتر در این زمینه می باشد.

 

 

 

تشکرو قدردانی:

نویسندگان بر خود لازم می دانند از مرکز مطالعات و همکاری های علمی بین المللی وزارت علوم تحقیقات و فناوری به لحاظ حمایت مالی آن مرکز، قدردانی نمایند.

Reference

1- Gonzalez-Pons M, Cruz-Correa M. Colorectal cancer biomarkers: where are we now? Biomed Res Int. 2015; 2015:1–14

2- PICARD, Emilie, et al. Relationships between immune landscapes, genetic subtypes and responses to immunotherapy in colorectal cancer. Frontiers in Immunology, 2020, 11: 369

3-The forkhead-box family of transcription factors: key molecular players in colorectal cancer pathogenesis. Laissue, Paul. Molecular cancer, 2019, 18.1: 1-13. 

4-Fabian MR, Sonenberg N, Filipowicz W. Regulation of mRNA translation and stability by microRNAs. Annual review of biochemistry. 2010;79:351-79.

5-Bartel DP. MicroRNAs: target recognition and regulatory functions. cell. 2009;136(2):215-33.

6-Bernardo BC, Charchar FJ, Lin RC, McMullen JR. A microRNA guide for clinicians and basic scientists: background and experimental techniques. Heart, Lung and Circulation. 2012;21(3):131-42.

7- Mazeh, Haggi, et al. "The diagnostic and prognostic role of microRNA in colorectal cancer-a comprehensive review." Journal of cancer 4.3 (2013): 281.‏

8-Ma Y, Li W, Wang H. Roles of miRNA in the initiation and development of colorectal carcinoma. Current pharmaceutical design. 2013;19(7):1253-61.

9- Hamfjord J, Stangeland AM, Hughes T, Skrede ML, Tveit KM, Ikdahl T, et al. Differential expression of miRNAs in colorectal cancer: comparison of paired tumor tissue and adjacent normal mucosa using high-throughput sequencing. PloS one. 2012;7(4):e34150.

10-Nishida N, Nagahara M, Sato T, Mimori K, Sudo T, Tanaka F, et al. Microarray analysis of colorectal cancer stromal tissue reveals upregulation of two oncogenic miRNA clusters. Clinical Cancer Research. 2012.

11-CEKAITE, Lina, et al. MiR-9,-31, and-182 deregulation promote proliferation and tumor cell survival in colon cancer. Neoplasia, 2012, 14.9: 868-IN21.‏

12-WEI Q ,LEI R. Roles of miR‐182 in sensory organ development and cancer. Thoracic cancer, 2015, 6.1: 2-9.‏

13-ZHANG, Y. U., et al. miR-182 promotes cell growth and invasion by targeting forkhead box F2 transcription factor in colorectal cancer. Oncology reports, 2015, 33.5: 2592-2598.‏

14- JIRAMONGKOL, Yannasittha; LAM, Eric W.-F. FOXO transcription factor family in cancer and metastasis. Cancer and Metastasis Reviews, 2020, 39.3: 681-709.‏

15- Qi W, Weber CR, Wasland K, Savkovic SD. Genistein inhibits proliferation of colon cancer cells by attenuating a negative effect of epidermal growth factor on tumor suppressor FOXO3 activity. BMC Cancer. 2011; 11:219. doi: 10.1186/1471-2407-11-219.

 16- Ericson K, Gan C, Cheong I, Rago C, Samuels Y, Velculescu VE, et al. Genetic inactivation of AKT1, AKT2, and PDPK1 in human colorectal cancer cells clarifies their roles in tumor growth regulation. Proc Natl Acad Sci. 2010; 107:2598–2603. doi: 10.1073/pnas.0914018107

 

17- Tenbaum SP, Ordóñez-Morán P, Puig I, Chicote I, Arqués O, Landolfi S, et al. β-catenin confers resistance to PI3K and AKT inhibitors and subverts FOXO3a to promote metastasis in colon cancer. Nat Med. 2012; 18:892–901. doi: 10.1038/nm.2772

18- SHORNING, Boris Y., et al. The PI3K-AKT-mTOR pathway and prostate cancer: at the crossroads of AR, MAPK, and WNT signaling. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21.12: 4507.‏

19- Fernández de Mattos S, Villalonga P, Clardy J, Lam EW-F. FOXO3a mediates the cytotoxic effects of cisplatin in colon cancer cells. Mol Cancer Ther. 2008; 7:3237–3246. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-08-0398. 

20- Germani A, Matrone A, Grossi V, Peserico A, Sanese P, Liuzzi M, et al. Targeted therapy against chemoresistant colorectal cancers: inhibition of p38α modulates the effect of cisplatin in vitro and in vivo through the tumor suppressor FOXO3A. Cancer Lett. 2014; 344:110–118. doi: 10.1016/j.canlet.2013.10.035.  

21- Gao F, Wang W. MicroRNA-96 promotes the proliferation of colorectal cancer cells and targets tumor protein p53 inducible nuclear protein 1, forkhead box protein O1 (FOXO1) and FOXO3a. Mol Med Rep. 2015;11:1200–1206. doi: 10.3892/mmr.2014.2854.

22- Hornsveld M, Dansen TB, Derksen PW, Burgering BMT. Re-evaluating the role of FOXOs in cancer. Semin Cancer Biol. 2018; 50:90–100. doi: 10.1016/j.semcancer.2017.11.017.  

23-Koo C-Y, Muir KW, Lam EW-F. FOXM1: from cancer initiation to progression and treatment. Biochim Biophys Acta. 1819; 2012:28–37. 

24-Zhang J, Zhang K, Zhou L, Wu W, Jiang T, Cao J, et al. Expression and potential correlation among Forkhead box protein M1, Caveolin-1 and E-cadherin in colorectal cancer. Oncol Lett. 2016; 12:2381–2388. doi: 10.3892/ol.2016.4915. 

25-Weng W, Okugawa Y, Toden S, Toiyama Y, Kusunoki M, Goel A. FOXM1 and FOXQ1 are promising prognostic biomarkers and novel targets of tumor-suppressive miR-342 in human colorectal cancer. Clin Cancer Res. 2016; 22:4947–4957. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-16-0360.

26- Dai Y, Wang M, Wu H, Xiao M, Liu H, Zhang D. Loss of FOXN3 in colon cancer activates beta-catenin/TCF signaling and promotes the growth and migration of cancer cells. Oncotarget. 2017; 8:9783-93. 

27- Marzi L, Combes E, Vié N, Ayrolles-Torro A, Tosi D, Desigaud D, et al. FOXO3a and the MAPK p38 are activated by cetuximab to induce cell death and inhibit cell proliferation and their expression predicts cetuximab efficacy in colorectal cancer. Br J Cancer. 2016; 115:1223–1233. doi: 10.1038/bjc.2016.313. 

28- JIRAMONGKOL, Yannasittha; LAM, Eric W.-F. FOXO transcription factor family in cancer and metastasis. Cancer and Metastasis Reviews, 2020, 39: 681-709

29- GARCIA-ALONSO, Luz, et al. Benchmark and integration of resources for the estimation of human transcription factor activities. Genome research, 2019, 29.8: 1363-1375.

30- LAM, Eric W.-F., et al. Forkhead box proteins: tuning forks for transcriptional harmony. Nature Reviews Cancer, 2013, 13.7: 482-495

31-Yusuf D, Butland SL, Swanson MI, Bolotin E, Ticoll A, Cheung WA, et al. The transcription factor encyclopedia. Genome Biol. 2012;13: R24. doi: 10.1186/gb-2012-13-3-r24.

32-LIU, Jinmeng, et al. The Biogenesis of miRNAs and Their Role in the Development of Amyotrophic Lateral Sclerosis. Cells, 2022, 11.3: 572

33-Urbánek, P., and L‐O. Klotz. "Posttranscriptional regulation of FOXO expression: microRNAs and beyond." British journal of pharmacology 174.12 (2017): 1514-1532

 

‏ 

 

 

 

 

15

 

---

[1]  Colorectal cancer (CRC)

[2]  Microsatellite instability (MSI) 

[3]  Chromosomal instability (CIN) 

[4]  CpG island methylator phenotype

[5]  sporadic

[6]  transcription factor  

[7]  RNA-induced silencing complex (RISC(

[8]   Human Forkhead-box (FOX) gene family 

[9]  Upstream regulation

[10]  expression

[11]  localization

[12]  self-renewal

[13]  Immunodysregulation polyendocrinopathy enteropathy X-linked (or IPEX) syndrome

---