MPI: Alicia Bolt, PhD
Alicia Bolt, PhD è assistente professore presso il College of Pharmacy. Il laboratorio Bolt è focalizzato sulla tossicologia dei metalli utilizzando modelli sia in vitro che in vivo. Gli attuali interessi di ricerca del laboratorio riguardano la determinazione dei meccanismi molecolari di come i metalli ambientali possono far progredire la progressione del tumore prendendo di mira il microambiente tumorale circostante e come le esposizioni miste di metalli portano alla disfunzione immunitaria. Il laboratorio Bolt ha una grande esperienza nell'uso di modelli di differenziazione cellulare primaria e citometria a flusso multiparametrica come strumenti per caratterizzare la tossicità indotta da metalli e gli stati patologici.
Sintesi del progetto
Il tungsteno è un tossico emergente, a causa dell'aumento dell'esposizione umana, ma della conoscenza limitata dei rischi per la salute umana. Un grande divario di ricerca è la nostra mancanza di conoscenza dei rischi cancerogeni/tumorigeni dell'esposizione al tungsteno. È importante sottolineare che alcuni studi in vivo suggeriscono che il tungsteno può migliorare la promozione del tumore. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per determinare quali forme e vie di esposizione al tungsteno possono guidare la tumorigenesi e i meccanismi d'azione cellulari/molecolari sottostanti. Un'esposizione accidentale di pazienti con cancro al seno al tungsteno a seguito di radioterapia sperimentale, ci ha spinto a studiare il ruolo del tungsteno sulla progressione e sulle metastasi del cancro al seno, conducendo uno studio sugli animali utilizzando un modello murino di cancro mammario ortotopico aggressivo. L'esposizione orale al tungstato ha aumentato le metastasi del cancro al seno al polmone e ha aumentato la crescita nel sito metastatico. È interessante notare che le metastasi potenziate dal tungsteno erano associate a stroma potenziato nel microambiente tumorale, soprattutto fibroblasti associati al cancro (CAF) che sono noti per guidare la progressione del tumore. La nostra ricerca ha identificato, per la prima volta, un potenziale meccanismo d'azione cellulare per la promozione del tumore potenziato dal tungsteno. Tuttavia, resta da chiarire quale ruolo svolgano i CAF in questo complesso processo. Questa proposta utilizzerà un nuovo approccio integrativo per studiare quando e come il tungsteno prende di mira il microambiente tumorale per promuovere il cancro al seno. OBIETTIVO 1 Valuterò come diverse forme di tungsteno (tungstato orale, carburo di tungsteno inalato e frammenti di metallo di tungsteno da impianto) colpiscano il microambiente tumorale per influenzare la progressione del cancro al seno dall'inizio alla metastasi. Estenderò le mie scoperte iniziali per determinare come diverse forme di tungsteno alterano lo sviluppo, la crescita e le metastasi del cancro al seno a più siti tra cui polmone, fegato, ossa e cervello. OBIETTIVO 2, misurerò l'attivazione del CAF dopo esposizione al tungsteno in vitro. Risponderò alle seguenti domande. Il tungsteno può migliorare l'attivazione del CAF dai precursori stromali? I CAF esposti al tungsteno migliorano l'invasione delle cellule tumorali, la crescita e il reclutamento delle cellule immunitarie? E il tungsteno altera i segnali delle cellule tumorali per migliorare l'attivazione e/o il reclutamento di CAF? Infine, in AIM 3 testerò l'impatto dei CAF alterati dal tungsteno per migliorare la metastasi in un modello in vivo. Determinare se i CAF alterati dal tungsteno promuovono la metastasi e la crescita nella nicchia polmonare rispondendo alle seguenti domande. Qual è la fonte dei CAF potenziati con tungsteno nella nicchia polmonare? I CAF della nicchia polmonare dei topi portatori di tumore esposti al tungsteno hanno un profilo alterato di citochine/chemochine? E i CAF sono mediatori critici delle metastasi polmonari potenziate dal tungsteno? Il completamento di questa proposta estenderà la nostra conoscenza tossicologica del tungsteno per determinare come diverse forme di tungsteno influenzano la progressione del cancro al seno e definire il ruolo del microambiente tumorale, in particolare i CAF nella tumorigenesi della mammella potenziata dal tungsteno.
MPI: Xixi Zhou, PhD
Xixi Zhou, PhD è un assistente professore presso il College of Pharmacy. Il laboratorio Zhou è principalmente interessato a 1) il meccanismo molecolare della tossicologia e della carcinogenesi indotte dall'arsenito, 2) il coinvolgimento dello stress ossidativo/nitrosativo e dell'ossidazione/nitrosazione delle proteine nello sviluppo del cancro e 3) analisi proteomiche basate sulla spettrometria di massa (MS). per le interazioni metallo-proteina.
Sintesi del progetto
L'arsenico è un fattore importante per l'aumento del rischio di diversi problemi di salute umana, compresi i tumori del fegato, delle vie urinarie, della pelle e dei polmoni, tra i quali il cancro ai polmoni è la principale causa di mortalità per cancro. Il triossido di arsenico particolato (pATO) è frequentemente osservato come un componente del particolato ambientale (PM), in particolare nella polvere proveniente da siti minerari di superficie non bonificati e cumuli di sterili, entrambi comuni nel sud-ovest degli Stati Uniti. L'ingestione di arsenito solubile e l'inalazione di pATO a bassa solubilità portano entrambi ad un aumento del rischio di sviluppo del cancro ai polmoni. Sebbene l'inalazione di pATO sia una via di esposizione più rilevante per la carcinogenesi polmonare, ci sono pochissimi studi che indagano sull'impatto biologico di pATO. Inoltre, i meccanismi molecolari alla base della carcinogenesi polmonare indotta dall'arsenico rimangono sconosciuti. Precedenti studi che esplorano le proprietà cancerogene dell'arsenico solubile possono sottovalutare significativamente i rischi per la salute umana associati all'inalazione di pATO. L'obiettivo a lungo termine di questo lavoro è fornire informazioni quantitative per la valutazione del rischio e facilitare la prevenzione degli effetti negativi sulla salute dell'arsenico particolato inalato nelle popolazioni umane. Lo scopo dell'attuale proposta è di chiarire i meccanismi cancerogeni dell'esposizione a pATO. I nostri risultati preliminari rivelano che alla stessa concentrazione, pATO genera significativamente più specie reattive dell'ossigeno (ROS) e produce un danno al DNA maggiore rispetto all'arsenico solubile. Pertanto, ipotizziamo che l'arsenico particolato abbia un potenziale maggiore di incitare la carcinogenesi polmonare rispetto all'arsenico solubile attraverso gli effetti combinati dello stress ossidativo; Danno al DNA e inibizione della riparazione del DNA. Inoltre, i nostri risultati preliminari confermano, per la prima volta, che l'esposizione all'arsenico a un livello ambientalmente rilevante è sufficiente per generare uno spettro unico di mutazioni somatiche sul genoma. L'attuale proposta mira ad analizzare le firme mutazionali derivanti dall'esposizione a pATO come lettura dei processi mutazionali e dei successivi processi operativi di riparazione. A tal fine, proponiamo i seguenti obiettivi specifici: Obiettivo 1: Valutare la maggiore potenza di pATO in termini di induzione di ROS e danno ossidativo al DNA. Obiettivo 2: analizzare le firme mutazionali dell'esposizione a pATO e dei meccanismi di riparazione del DNA, comprese le alterazioni nella specificità della sequenza di legame del DNA delle proteine di riparazione del DNA come PARP-1. Obiettivo 3: Valutare l'effetto di trasformazione e mutagenicità dell'esposizione cronica all'arsenico particolato nelle cellule epiteliali polmonari utilizzando il sequenziamento dell'intero esoma (WES) per identificare mutazioni e delezioni sui geni codificanti proteine associati alla trasformazione. Il completamento con successo di questi obiettivi migliorerà la nostra conoscenza scientifica della carcinogenesi polmonare indotta da arsenico particolato identificando le firme mutazionali specifiche delle cellule e le loro cause, comprese le azioni sinergiche dello stress ossidativo, del danno al DNA e dell'inibizione della riparazione del DNA.
MPI: Xiang Xue, PhD
Xiang Xue, PhD è un assistente professore presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare. Il suo laboratorio è focalizzato sullo studio dei meccanismi molecolari per la malattia infiammatoria intestinale (IBD) e il cancro del colon-retto (CRC). Utilizza linee cellulari e colture di enteroidi, modelli murini, tessuti di pazienti e un'ampia gamma di metodologie molecolari e biochimiche. Gli obiettivi a lungo termine della sua ricerca sono capire come i micronutrienti, in particolare il ferro, interagiscono con i macronutrienti e le cellule intestinali e sfruttare questa conoscenza per sviluppare nuove terapie per trattare la colite e il cancro del colon-retto senza alterare l'omeostasi sistemica dei nutrienti.
Sintesi del progetto
Il cancro del colon-retto (CRC) è la terza causa di morte per cancro negli Stati Uniti. Comprendere i meccanismi di sviluppo del CRC è essenziale per migliorare il trattamento. L'aumento del ferro tissutale sia nei topi che nell'uomo è associato ad un aumento della tumorigenesi del colon. Tuttavia, i meccanismi precisi di come il ferro contribuisce alla carcinogenesi del colon non sono ancora chiari. Le differenze metaboliche tra cellule normali e cancerose vengono interrogate per scoprire potenziali nuovi approcci terapeutici. Molte cellule tumorali mostrano un aumento del consumo di glucosio, del metabolismo della glutammina e della sintesi dei nucleotidi. Questa proposta verificherà l'ipotesi centrale che la riprogrammazione metabolica cellulare guidata dal ferro promuova la sintesi del DNA e la tumorigenesi del colon. Questa ipotesi si basa su: 1) aumento dell'integrazione di ferro, mentre la chelazione del ferro da parte della deferoxamina (DFO) inibisce la crescita e la proliferazione cellulare dei colonidi CRC derivati dal paziente; 2) trattare i topi con una dieta ad alto contenuto di ferro aumenta, mentre una dieta a basso contenuto di ferro riduce la molteplicità, l'incidenza e la progressione del tumore del colon; 3) l'analisi metabolomica rivela che l'eccesso di ferro influisce sulla sintesi dei nucleotidi stimolata dal glucosio promuovendo un "effetto Warburg-like" indipendente dall'ipossia e alimentando la via del pentoso fosfato nei colonoidi; 4) la restrizione del ferro da parte della DFO porta all'accumulo di glutammina e alla riduzione dei metaboliti nelle vie di biosintesi dei nucleotidi nei colonoidi. Sulla base di queste osservazioni, la proposta verificherà i seguenti tre obiettivi specifici: 1) Definire il meccanismo attraverso il quale l'eccesso di ferro influenza la biosintesi del DNA stimolata dal glucosio nel CRC; 2) Studiare l'impatto della restrizione del ferro sulla sintesi nucleotidica dipendente dalla glutammina nel CRC; 3) Caratterizzare il ruolo di una DNA polimerasi nel metabolismo dei nucleotidi ferro-regolato e nel CRC. Utilizzeremo colture di colonoidi derivate da pazienti CRC altamente rilevanti per la clinica, analisi metabolomiche e vari modelli animali. La realizzazione degli obiettivi di cui sopra fornirà meccanismi molecolari precisi su come le cellule tumorali si adattano al segnale del ferro per sintetizzare i nucleotidi per facilitare la proliferazione tumorale. Questi studi colmeranno la nostra lacuna di conoscenza su come il ferro regola la crescita e la progressione del CRC.
MPI: Rama Gullapalli, MD, PhD
Il Dr. Gullapalli è Assistant Professor nei dipartimenti di Patologia e Ingegneria Chimica e Nucleare presso l'Università del New Mexico (UNM). Il laboratorio Gullapalli è molto interessato alla convergenza delle tecnologie emergenti con la pratica clinica e patologica tradizionale nell'ambito della genomica clinica e della bioinformatica. Il laboratorio è attualmente focalizzato in due aree di ricerca 1) Biologia del cancro di base dei tumori epatobiliari utilizzando tecniche ad alto rendimento di sequenziamento di nuova generazione e 2) Sviluppo di tecniche non invasive e ad alta sensibilità per la cattura e l'analisi del DNA circolante nei pazienti con cancro epatobiliare. Il laboratorio Gullapalli utilizza un'ampia varietà di tecniche come il sequenziamento ad alto rendimento, la bioinformatica, la biologia molecolare, la sintesi di nanoparticelle e la biologia dei sistemi per comprendere i meccanismi sottostanti che guidano i tumori epatobiliari.
Sintesi del progetto
Il cancro della cistifellea (GBC) è il quinto tumore maligno più comune del tratto gastrointestinale e il più comune nell'albero biliare umano. Ogni anno negli Stati Uniti vengono diagnosticati circa 4,000-5,000 nuovi casi di GBC. Gli esiti di sopravvivenza sono scarsi con un tasso di sopravvivenza a 8 anni di solo ~ 5%, che lo rende uno dei tumori più mortali. GBC ha un modello di incidenza geografica distinto con hotspot globali. Questi hotspot includono paesi come Cile, Bolivia, India e lo stato del New Mexico (NM) negli Stati Uniti. L'incidenza del GBC è anormalmente alta tra i nativi americani "maggioranza-minoranza" (5-8 volte più alti) e gli ispanici (2-4 volte più alti) rispetto ai caucasici che vivono nel New Mexico. Le ragioni alla base delle disparità di incidenza del GBC nella MN sono sconosciute e ci sono lacune critiche nella nostra comprensione della carcinogenesi della colecisti. Ipotizziamo che l'esposizione ambientale ai metalli pesanti sia il fattore di rischio chiave responsabile delle disparità GBC osservate tra le minoranze di NM. Gli Stati Uniti sudoccidentali (NM, AZ, UT e NV) hanno una lunga eredità ambientale di miniere di metalli pesanti abbandonate. Queste miniere si trovano solitamente in prossimità di un numero significativo di comunità di nativi americani e ispanici del Nuovo Messico svantaggiate dal punto di vista socio-economico. Per dimostrare la nostra ipotesi GBC, proponiamo l'uso di linee cellulari epiteliali della colecisti derivate da pazienti del Nuovo Messico in questa proposta. L'obiettivo 1 utilizzerà campioni di colecisti post-chirurgici per determinare i paesaggi mutazionali somatici e i fattori chiave molecolari del GBC in modo dipendente dall'etnia e dal genere. L'obiettivo 2 determinerà l'impatto dell'esposizione di due metalli significativi nel New Mexico, uranio e cadmio, sulla disregolazione del segnale cellulare fosfoproteomico del GB. In particolare, ci concentreremo sul ruolo delle alterazioni della via di segnalazione di PI3K-Akt e MAPK indotte dall'esposizione al metallo. L'obiettivo 3 determinerà gli effetti dell'esposizione al cadmio e all'uranio sulla rottura della barriera epiteliale della colecisti e sulla guarigione delle ferite come spiegazione meccanicistica delle disparità di GBC osservate in NM. L'obiettivo 3 confermerà, per la prima volta, il ruolo della distruzione indotta dal metallo della barriera epiteliale GB causando infiammazione transmurale cronica che è un noto prerequisito della carcinogenesi della colecisti. Il nostro obiettivo a lungo termine è comprendere i meccanismi molecolari della carcinogenesi della colecisti utilizzando approcci bioinformatici innovativi e ad alto rendimento. Questa proposta scientifica di base informa profondamente le iniziative cliniche traslazionali attualmente in corso nel nostro laboratorio. Infine, questa proposta fornirà anche una solida base scientifica per consentire misure di screening preventive e basate sulla popolazione per alleviare le disparità GBC osservate nelle comunità di nativi americani e ispanici del New Mexico.
