Sınırlı ve yaygın evre küçük hücreli akciğer kanseri (KHAK)’nde eksozomal RNA ve protein içeriğinin tanımlanması ile eksozom biyolojik etkinliğinin araştırılması

Abstract

Küçük hücreli akciğer kanseri (KHAK) sınırlı (%30-35) ve yaygın (%65-70) evre olarak ikiye ayrılır. Hızlı proliferatif indeks ve erken metastatik aktivite sergilemesinden dolayı erken tanısı zor, teşhis ve tedavi seçenekleri yetersizdir. Eksozomlar salgılandıkları hücrelerin karakteristik moleküllerini kargolayabilirler. Böylelikle, kanser hücrelerinden salgılanan eksozomlar tümörün moleküler profili hakkında bilgi verir. Dolayısıyla, KHAK’in de tümör hücrelerinden salgılanan eksozomların içeriğinin tanımlanması erken teşhis, tedaviye yanıt ve yeni hedef yeni moleküllerin belirlenmesi için kritik öneme sahiptir. Bu doğrultuda, tez çalışmamızda, sınırlı (H524 ve H1963) ve yaygın evre-KHAK hücrelerinden (H889 ve N417) salgılanan eksozomların RNA sekanslama (Illumina Platformu) ile transkriptomik analizler ile RNA içeriği ve LC-qTOF-MS ile proteomik analizler ile protein içeriği araştırıldı. Evre-spesifik ifadeleri değişen eksozomal RNA ve protein moleküllerinin ilişkili oldukları biyolojik süreçler Gene Ontology (GO), KEGG ve GSEA analizleri ile araştırıldı. Ardından, Sınırlı ve yaygın evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomların mikroçevrede bulunan Beas-2B ve HUVEC alıcı hücrelerindeki olası etkileri proliferasyon ve yara kapanma deneyleri ile incelendi. Ayrıca yaygın evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomların sınırlı evre KHAK hücrelerinin ilaç yanıtına olan etkileri JC-1 mitokondriyal membran potansiyeli ve hücresel sağkalım deneyleri ile incelendi. Çalışmamız kapsamında sınırlı ve yaygın evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomların farklı RNA ve protein içeriğine sahip olduğu tanımlandı. Sınırlı evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomlara kıyasla yaygın evre-KHAK eksozomların da 620 transkriptin ve 103 proteinin ifadelerinin istatistiksel olarak anlamlı düzeyde değiştiği(p<0,05) ve KHAK progresyonunda rol alan biyolojik süreçler ile ilişkili olduğu saptandı. Yapılan fonksiyonel çalışmalarda sınırlı evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomlara kıyasla yaygın evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomların alıcı hücrelere daha agresif bir karakter kazandırdığı belirlendi. Sonuçlarımız sınırlı ve yaygın evre-KHAK hücrelerinden salgılanan eksozomların RNA ve protein içeriğini evre-spesifik tanımlayarak olası fonksiyonel etkilerini de göstermektedir. Dolayısıyla çalışmamızın KHAK erken teşhis, tanı ve yeni hedef moleküllerin belirlenmesi için önemli bilgiler sunduğunu düşünmekteyiz.

Small cell lung cancer (SCLC) is divided into limited (30-35%) and extensive (65-70%) stages. Its rapid proliferative index and early metastatic activity make early diagnosis difficult. Diagnostic and treatment options are inadequate. Exosomes, small vesicles that can carry a variety of molecules such as proteins, lipids, and nucleic acids, are characteristic of the cells that secrete them. Thus, the exosomes secreted by cancer cells provide information about the tumor's molecular profile. Therefore, identification of the content of exosomes secreted by tumor cells in SCLC, particularly the specific molecules they carry, is critical for early diagnosis, treatment response, and identification of new targets. Accordingly, in this comprehensive study, we meticulously investigated the RNA content of exosomes secreted from limited (H524 and H1963) and extensive stage-SCLC cells (H889 and N417) using transcriptomic analyses with the high-throughput RNA sequencing (Illumina platform). We also thoroughly examined the protein content by proteomic analyses using LC-qTOF MS. The biological processes associated with exosomal RNA and protein molecules with altered stage-specific expression were rigorously investigated using Gene Ontology (GO), KEGG, and GSEA analyses. The potential effects of exosomes secreted by limited and extensive stage-SCLC cells on Beas-2B and HUVEC recipient cells in the microenvironment were then investigated using proliferation and wound healing assays. In addition, the effects of exosomes secreted from extensive stage-SCLC cells on the drug response of limited stage-SCLC cells were analyzed by JC-1 mitochondrial membrane potential and cellular survival assays. In our study, exosomes secreted from limited and extensive stage-SCLC cells were found to have different RNA and protein content. Compared to exosomes secreted from limited stage-SCLC cells, the expression of 620 transcripts and 103 proteins in extensive stage-SCLC exosomes were statistically significantly altered (p<0.05). These altered transcripts and proteins are associated with biological processes involved in SCLC progression and could serve as biomarkers for early diagnosis or therapeutic targets. In functional studies, exosomes secreted from extensive stage-SCLC cells confer a more aggressive character to the recipient cells than exosomes secreted from limited stage-SCLC cells. Our results also demonstrate the potential functional effects of exosomes secreted from limited and extensive stage-SCLC cells, as defined by their stage-specific RNA and protein content. This insight, a significant outcome of our study, holds promise for early detection, diagnosis, and identifying new targets in the fight against SCLC.