Varol GÜLER 1,2,
Sacide PEHLİVAN 2
1-İstanbul Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye
2-İstanbul Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, İstanbul, Türkiye
Özet
Glioblastoma multiforme (GBM) yetişkinlerde görülen en agresif ve tedaviye dirençli primer beyin tümörlerinden biridir. Son yıllarda, hücreler arası iletişimde rol oynayan küçük hücre dışı veziküller olan eksozomlar, kanser ilerlemesi ve tedavi direncindeki rolleri nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Glioblastoma kaynaklı eksozomlar, tümör hücreleri, stromal hücreler ve bağışıklık hücreleri arasında çift yönlü sinyalleşmeyi kolaylaştırarak, tümör mikroçevresinde hücreler arası iletişimin kilit aracıları olarak ortaya çıkmaktadır. Bu eksozomlar, tümör biyolojisinin çeşitli yönlerini kolektif bir şekilde modüle eden proteinler, nükleik asitler ve lipidler dahil olmak üzere çeşitli biyoaktif molekül kargoları taşır. Bu moleküllerin eksozom yolu ile transferi hedef hücrede proliferasyonunu, invazyonunu, anjiyogenezi, immün baskılanmayı ve tedavi direncini teşvik eder. Bununla birlikte, glioblastomadan elde edilen eksozomlar, tanısal ve prognostik öneme sahip zengin bir biyomolekül repertuvarı barındırır. Ayrıca, eksozomlar glioblastoma tedavisi için umut verici terapötik yollar da sunmaktadır. Küçük moleküllü ilaçlar, nükleik asitler ve immünomodülatör moleküller de dahil olmak üzere terapötik kargoları tümör hücrelerine hedefli olarak iletmek üzere tasarlanabilirler. Sonuç olarak, eksozomların glioblastom ilerlemesi, teşhisi ve tedavisindeki rollerinin anlaşılması, kişiselleştirilmiş tıp için yeni terapötik stratejiler ve biyobelirteçler hakkında bir bilgi birikimi sağlar ve nihayetinde bu zorlu hastalıkta hasta sonuçlarını iyileştirmeyi amaçlar. Bu derleme, glioblastoma ve eksozomlar arasındaki çok yönlü etkileşimin tümör ilerlemesi, tanı ve terapötik stratejilere katkılarına ışık tutmaktadır.
Anahtar Kelimeler: Glioblastoma, eksozom, glioma, ilaç direnci
1. Giriş
Glioblastoma multiforme (GBM) olarak da bilinen glioblastoma, yetişkinlerde glial hücrelerden kaynaklanan en agresif ve malign primer beyin tümörüdür. Belirgin özellikleri arasında hızlı büyüme, çevre beyin dokusuna invaziv davranış, genetik ve moleküler heterojenite, kemoterapi ve radyasyon gibi geleneksel tedavilere direnç yer almaktadır. Glioblastoma, Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından yüksek derecede kötü huylu doğasını yansıtan Sınıf IV tümör olarak sınıflandırılmıştır (1). Tüm primer beyin tümörlerinin yaklaşık %15’ini ve tüm gliomların yaklaşık %50’sini oluşturur (2). Yaygın semptomlar arasında baş ağrısı, nöbetler ve bilişsel eksiklikler yer alır ve tanı tipik olarak görüntüleme çalışmaları ve biyopsiyi içerir. Cerrahi rezeksiyon ve adjuvan tedavisine rağmen, glioblastomun prognozu kötüdür ve medyan sağkalım birkaç yıl ile sınırlıdır (3). Glioblastomun ilerlemesine ve tedavi direncine yol açan moleküler mekanizmaların anlaşılması, bu zorlu hastalık karşısında daha etkili tedaviler geliştirmek ve hasta sonuçlarını iyileştirmek için çok önemlidir. Eksozomlar, hücreler tarafından hücre dışı ortama salınan, boyutları 40 ila 160 nanometre arasında değişen küçük hücre dışı veziküllerdir. Bu veziküller hücreden hücreye iletişimde görev almakla birlikte çeşitli fizyolojik ve patolojik süreçlerde önemli rol oynar (4). Eksozomlar hücrelerin endozomal bölmesinden türetilir ve multiveziküler cisimlerin (MVB’ler) plazma membranı ile füzyonu yoluyla hücre dışı boşluğa salınır. Proteinler, lipidler, nükleik asitler (mRNA, mikroRNA ve diğer kodlamayan RNA’lar dahil) ve köken hücrelerinin moleküler bileşimini yansıtan diğer biyoaktif moleküllerden oluşan bir kargo içerirler (5). Eksozomlar serbest bırakıldıktan sonra alıcı hücreler tarafından alınabilir ve eksozom içeriğindeki moleküller alıcı hücrenin işlevleri ve sinyal yollarını modüle edebilir. Eksozomların biyomolekülleri hücreler arasında transfer etme yeteneği, hücreler arası iletişim, bağışıklık düzenlemesi, doku homeostazı ve hastalık patogenezindeki rollerine olan ilginin artmasına yol açmıştır (4). Eksozomların biyolojisini ve işlevsel önemini anlamanın kanser biyolojisi, sinirbilim, immünoloji ve rejeneratif tıp dahil olmak üzere çeşitli alanlar için önemli etkileri olacaktır. Bu derlemede, glioblastoma ve eksozomlar arasındaki etkileşimi inceleyerek, tümör gelişimi, tanı, prognoz ve tedavi stratejilerinde katkılarına ışık tutmak amaçlanmıştır.
2. Eksozom Biyogenezi
Hücre içinde hassas bir şekilde düzenlenmiş bir süreç olan eksozom biyogenezi, hücreler arası iletişimde ve hücresel kargonun yayılmasında kritik bir rol oynar. Plazma membranının invajinasyonu ile başlatılan eksozom oluşumu, MVB olarak da bilinen geç endozomların öncüsü olarak hizmet eden erken endozomların oluşumu ile başlar. Oluşan geç endozomlar, membranlarının içe doğru tomurcuklanarak intralüminal vezikül (ILV) adı verilen endozom içi keseciklerin oluşumu ile bir dönüşüm geçirirler (4,5). Kargonun ILV’lere ayrılması, eksozom biyogenezinde önemli bir adımı temsil eder ve moleküler mekanizmaların kompleks bir şekilde etkileşimi ile düzenlenir. Bu sürecin merkezinde, ESCRT-0, ESCRT-I, ESCRT-II ve ESCRT-III protein komplekslerinden oluşan ve kargonun ILV’lerde tanınmasını ve ayrıştırılmasını kolaylaştıran, taşıma için gerekli endozomal sıralama kompleksleri (ESCRT) mekanizması yer alır(5). Ek olarak, seramid aracılı ayırma ve tetraspanin bağımlı yollar gibi ESCRT’den bağımsız mekanizmalar, kargo seçimine ve paketlenmesine katkıda bulunarak eksozomlar içinde kapsüllenmiş çeşitli biyomolekül repertuvarını sağlar (6). Kargoyla yüklendikten sonra MVB’ler, lizozomlar içindeki parçalanma veya eksozomlar olarak salgılanma arasında önemli bir kararla karşı karşıya kalır. Yolağın belirlenmesi, hücre içi sinyalleşme basamakları, Rab GTPazlar ve MVB zarının lipit bileşimi dâhil olmak üzere sayısız düzenleyici faktör tarafından yönetilir. Eksozom salınımına yönlendirildiğinde, MVB’ler hücre zarı ile birleşerek kargo yüklü ILV’lerini hücre dışı ortama atar (5) (Şekil 1).
3. Glioblastoma Gelişiminde Eksozomların Rolü
Eksozomlar, tümör hücreleri, stromal hücreler ve bağışıklık hücreleri arasında çift yönlü sinyalleşmeyi kolaylaştırarak glioblastoma mikroçevresinde hücreler arası iletişimde önemli rol oynadığı ortaya konulmuştur. Glioblastoma kaynaklı eksozomlar, proteinler, nükleik asitler ve lipidler de dahil olmak üzere sayısız biyoaktif molekülle zenginleştirilmiştir ve bunlar toplu olarak tümör büyümesine, invazyona, anjiyogeneze, immün kaçışa ve tedavi direncine katkıda bulunmaktadır (7). Bu eksozomal kargolar alıcı hücrelerdeki çeşitli hücresel süreçleri modüle edebilir ve böylece glioblastomaların agresif davranışını şekillendirebilir.
3.1. Tümör Hücresi Proliferasyonu ve İnvazyonu:
Glioblastoma hücrelerinden elde edilen eksozomlar, tümör hücresi çoğalmasını ve invazyonunu destekleyen onkojenik proteinler, büyüme faktörleri ve sinyal molekülleri taşır. Örneğin, glioblastomun ayırt edici özelliklerinden biri olan epidermal büyüme faktörü reseptörü varyant III (EGFRvIII), glioblastoma kaynaklı eksozomlarda zenginleşir ve hücre çoğalması ve göçü ile ilişkili aşağı akış sinyal yollarını aktive edebilir. Buna ek olarak glioblastoma kökenli eksozomlar hedef hücredeki EGFR yolağı aktivasyonunu taşıdığı miRNA’lar aracılığı ile aktive ederek hücre çoğalmasını tetikleyebilir (8,9). Eksozomların taşıdığı kargoda bulunan matriks metaloproteinazlar (MMP’ler) ve diğer proteazlar, hücre dışı matriksin yeniden şekillenmesini ve tümör hücresi invazyonunu kolaylaştırarak glioblastoma ilerlemesini teşvik eder (10,11).
3.2. Anjiyogenez ve Tümör Vaskülatürünün Yeniden Şekillenmesi:
Glioblastoma’dan türetilen eksozomlar, tümör büyümesini ve metastazı desteklemek için yeni kan damarlarının oluştuğu süreç olan anjiyogenezin desteklenmesinde çok önemli bir rol oynar. Eksozomlar, vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF), fibroblast büyüme faktörü (FGF) ve anjiyopoietin-2(Ang-2) gibi pro-anjiyogenik faktörleri endotel hücrelerine aktarabilir, böylece kan damarı oluşumunu ve tümör mikroçevresinde yeniden yapılanmayı uyarabilir (12). Wang ve ark. yaptıkları çalışmada, glioblastoma kaynaklı eksozomlar içinde yeni bir VEGF izoformunun tanımlanmışlardır. VEGF-C olarak doğrulanan bu 120-kDa izoform, VEGF reseptörü 2’ye (VEGFR2) bağlanarak ve aşağı akış yolaklarını modüle ederek anjiyogenezi uyarmaktadır. Spesifik olarak, Hippo sinyal yolunu inhibe ederek endotel hücrelerinde tafazzin (TAZ) ekspresyonunun artmasına yol açan bu izoform endotel hücre canlılığını, göçünü ve tübülasyonunu artırarak tümör mikroçevresinde yeni kan damarlarının oluşumunu teşvik eder (13). Hipoksik koşullar, tümör mikroçevresinin düzenlenmesinde önemli bir role sahiptir. Yapılan çalışmalar, hipoksik koşullarda glioblastomalardan salınan eksozom içeriğinin anjiyogenezi ve vaskülerizasyonu teşvik edici moleküllerce daha zengin olduğunu göstermiştir. Buna örnek çalışmalardan bir tanesinde glioama hücrelerinin hipoksik koşullar altında özellikle miR-182-5p içeriği yüksek eksozomlar ürettiği gözlemlenmiştir. Bu miRNA doğrudan Kruppel benzeri faktör 2 ve 4’ü hedef alarak VEGFR seviyelerinin yükselmesine ve tümör anjiyogenezinin kolaylaşmasına neden olur. Ayrıca,eksozomla iletilen miR-182-5p, ZO-1, okludin ve klaudin-5 gibi sıkı bağlantı ile ilişkili proteinleri inhibe ederek vasküler geçirgenliği artırır ve tümör trans endotelyal göçünü kolaylaştırır (14). Buna ek olarak U251 hücrelerinde yapılan bir çalışmada eksozomların hedef hücrelerce alınmasını sağlayan hücreler arası bağlantı proteini olan konneksin-43’ün ekspresyonun hipoksik koşullarda normal şartlara göre arttığı ve anjiyogenezi teşvik ettiği gösterilmiştir (15).
3.3. İmmün Baskılama ve Modülasyon:
Glioblastoma türevi eksozomlar, tümör immün kaçışına katkıda bulunan immünomodülatör özelliklere sahiptir. Bu eksozomlar T hücreleri, doğal öldürücü (Natural Killer=NK) hücreler ve dendritik hücreler dahil olmak üzere efektör immün hücrelerin işlevini engelleyen TGF-β, IL-10 ve PDL1 gibi immünosupresif moleküller taşır (16). Ayrıca, glioblastoma türevi eksozomlar tümörle ilişkili makrofajların (TAM) immünosupresif M2 benzeri bir fenotipe doğru polarizasyonunu indükleyerek anti-tümör immün yanıtlarını daha da azaltmaktadır (17–19).
3.4. Terapi Direnci:
Glioblastoma hücreleri tarafından salınan eksozomlar, hücre sağkalımını, DNA onarımını ve ilaç akış pompalarının transferini teşvik ederek glioblastomun ayırt edici özelliği olan tedavi direncine aracılık etmede kritik bir rol oynamaktadır. Geleneksel tedavilere direnç göstermesiyle karakterize edilen glioblastoma, tedavide zorlu bir meydan okuma oluşturmaktadır. Bu eksozomlar, temozolomid (TMZ) gibi kemoterapi ajanlarına direnç kazandırarak ve radyasyon tedavisine direnci teşvik ederek tedavi direncine önemli ölçüde katkıda bulunur (20). Bunu, DNA hasar onarım mekanizmalarını güçlendirerek ve tümör hücreleri içinde “pro-survival” sinyal yollarını aktive ederek başarırlar. Ek olarak, biyoaktif moleküllerin transferi yoluyla, glioblastoma türevi eksozomlar hücre hayatta kalma yollarını destekleyerek tümör hücrelerinin kemoterapi ve radyasyon tedavisinin sitotoksik etkilerine dayanmasını sağlar (21). Eksozom aracılı tedavi direncinin altında yatan mekanizmaların anlaşılması, direncin üstesinden gelmek ve glioblastoma hastalarında tedavi sonuçlarını iyileştirmek için stratejiler geliştirmek için gereklidir.
4. Glioblastoma Tanı ve Prognozunda Eksozomlar
Glioblastoma kaynaklı eksozomlar, tümör mikroçevresini yansıtan çok çeşitli moleküler kargoları kapsamakta ve hastalığın ilerleyişi ve terapötik yanıt hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır. Yapılan araştırmalar göstermektedir ki eksozomların glioblastoma (GBM) tanısı ve prognozundaki gelişen rolü, nöro-onkolojide önemli bir adımı temsil etmekte, hastalık izleme ve risk sınıflandırması için yeni yollar sunmaktadır. Glioblastoma kaynaklı eksozomlar, hastalığın tespiti ve takibi için potansiyel biyobelirteçler olarak hizmet eden proteinler, nükleik asitler, lipidler ve metabolitler dahil olmak üzere çok sayıda biyomolekül barındırır. Eksozomların proteomik profili, hücre proliferasyonu, invazyon, anjiyogenez ve tedavi direnci gibi GBM patofizyolojisinin kritik yönleriyle ilişkili aday biyobelirteçleri tanımlamıştır. Benzer şekilde, eksozomal nükleik asitlerin, özellikle mikroRNA'ların (miRNA'lar) ve uzun kodlamayan RNA’ların (long non-coding RNAs=lncRNA’lar) analizi, hastalığın agresifliğini ve hasta prognozunu gösteren moleküler izleri ortaya çıkarmıştır. Glioblastoma kaynaklı eksozomların biyobelirteç potansiyeline yönelik son yıllarda yapılmış kayda değer çalışmalar Tablo 1’de belirtilmiştir. Eksozomların, glioblastom tanı ve izlemesinde likit biyopsi temelli analizler geleneksel doku biyopsilerine kıyasla daha az invaziv bir seçenek sunmaktadır. Biyolojik sıvılarda glioblastoma kaynaklı eksozomların analizi, tümöre özgü biyobelirteçlerin profilinin çıkarılmasına olanak tanıyarak hastalık nüksünün erken tespitini, tedavi yanıtının değerlendirilmesini ve hastalığın ilerlemesinin dinamik olarak izlenmesini kolaylaştırır (33). Ekzozomal biyobelirteçler GBM’de prognostik önem göstermiş olup, hastalığın agresifliği, tedaviye yanıt ve hasta sağkalımı ile yakından ilişkilidir. Epidermal büyüme faktörü reseptörü varyant III (EGFRvIII) gibi spesifik eksozomal proteinlerin yüksek seviyeleri ve eksozomal miRNA’ların değişmiş ekspresyon paternleri, GBM hastalarında kötü prognozun ve genel sağkalımın azaldığının göstergeleri olarak ortaya çıkmıştır (34,35). Bu biyobelirteçler, hastalığın moleküler manzarası hakkında değerli bilgiler sağlayarak klinisyenlere tedavi stratejilerini hastalara göre uyarlama konusunda yol göstermektedir. Ayrıca, eksozomal biyobelirteçlerin prognostik modellere entegrasyonu, GBM yönetiminde risk sınıflandırmasını geliştirmek ve klinik karar verme sürecini bilgilendirmek ve nihayetinde bu zorlu hastalıkta hasta sonuçlarını iyileştirmek için umut vaat etmektedir (36).
5. Glioblastoma için Eksozom Aracılı Tedavi Eksozomların
GBM için terapötik araçlar olarak kullanılması, bu zorlu hastalıkta tedavi stratejilerini ilerletmek için önemli potansiyele sahip yeni gelişen bir alanı temsil etmektedir. Eksozomlar, kan-beyin bariyeri (blood-brain barrier=BBB) gibi biyolojik bariyerleri aşma doğal yetenekleri ile beraber proteinler, nükleik asitler ve lipidler dahil olmak üzere çeşitli biyoaktif molekül yüklerini taşıma kapasiteleri dahil olmak üzere, dağıtım araçları olarak çeşitli avantajlar sunmaktadır (7). Glioblastoma tedavisi için eksozom temelli güncel çalışmalar Tablo 2’de derlenmiştir.
5.1. İlaç Taşıyıcı Eksozomlar:
Eksozomlar, küçük moleküllü ilaçlar, nükleik asitler (örneğin siRNA’lar, miRNA’lar) veya proteinler gibi terapötik kargoları kapsüllemek ve bunları özellikle GBM hücrelerine iletmek üzere tasarlanabilir. GBM hücreleri için eksozomların doğal tropizminden yararlanılarak, hedef dışı etkileri potansiyel olarak en aza indiren ve terapötik etkinliği artıran hedefli ilaç dağıtımı sağlanabilir (37,38). Bununla beraber ilaç taşıyıcı eksozomlara hedef hücreye spesifik reseptör eklenmesi ile beraber terapide hedef hücre spesifitesi arttırılabilmektedir (39) . 5.2. İmmünoterapi: Dendritik hücreler veya T hücreleri gibi bağışıklık hücrelerinden türetilen eksozomlar, tümör antijenlerini veya immünomodülatör molekülleri taşıyacak şekilde tasarlanabilir ve bu da onları kanser immünoterapisi için umut verici adaylar haline getirir. Bu tasarlanmış eksozomlar anti-tümör immün yanıtlarını uyarabilir, sitotoksik T hücrelerini aktive edebilir ve GBM hücrelerine karşı immün gözetimi artırarak GBM’de immünoterapi için yeni bir yaklaşım sunar (40).
5.3. RNA Terapisi:
Eksozomlar, GBM hücrelerinde gen ekspresyonunu modüle etmek için küçük interferans RNA’lar (siRNA’lar) veya mikroRNA’lar (miRNA’lar) gibi RNA bazlı terapötiklerin iletilmesi için araç görevi görebilir (41,42). Eksozom aracılı RNA terapisi, tümör ilerlemesinde rol oynayan spesifik onkojenik yolları veya genleri hedefleyerek, GBM’de tümör büyümesini engelleme, tedavi direncinin üstesinden gelme ve hasta sonuçlarını iyileştirme konusunda umut vaat etmektedir.
5.4 Kombinasyon Terapisi (Sinerjik Etki):
Eksozom bazlı tedavinin kemoterapi veya radyasyon tedavisi gibi geleneksel tedavilerle birleştirilmesi, GBM’de sinerjik etkiler ve gelişmiş terapötik sonuçlar için potansiyel taşımaktadır. Eksozomlar, terapötik yükleri doğrudan tümör hücrelerine ileterek ve tümör mikroçevresini modüle ederek mevcut tedavi yöntemlerinin etkinliğini artırabilir ve direnç mekanizmalarının üstesinden gelerek hasta yanıtlarının iyileşmesine yol açabilir (43).
6. Sonuç Bu derleme, GBM bağlamında eksozomların rolünün altını çizmekle beraber tümör biyolojisi, tanı ve terapötik yaklaşımlara çok yönlü katılımlarını vurgulamaktadır. Glioblastoma kaynaklı eksozomlar, tümör mikroçevresinde çift yönlü sinyalizasyon yoluyla, proliferasyon, invazyon, anjiyogenez, bağışıklıktan kaçınma ve tedavi direnci dahil olmak üzere tümör ilerlemesinin kritik aşamalarını yönlendirir. Ayrıca, eksozomal biyobelirteçlerin tanımlanması, hastalığın agresifliği ve tedavi yanıtı hakkında değerli bilgiler sunarak hastalık dinamiklerinin invazif olmayan bir şekilde izlenmesini sağlar. İleriye bakıldığında, eksozomlar GBM’de hedefe yönelik ilaç dağıtımı, immünoterapi ve RNA tabanlı müdahaleler için umut verici yolları temsil etmekte, kişiselleştirilmiş tedavi stratejileri ve iyileştirilmiş hasta sonuçları için potansiyel taşımaktadır. Eksozomların GBM’deki çeşitli rollerini kapsamlı bir şekilde anlayarak, araştırmacılar ve klinisyenler tanısal hassasiyeti, terapötik etkinliği ve nihayetinde bu zorlu hastalığın yönetimini ilerletebilirler.
Received/Geliş Tarihi: 07.06.2024
Comentarios