Estudio de la fase perivascular de la enfermedad metastásica cerebral: efecto de la sobreexpresión tumoral de her2 en la regulación del endotelio cerebrovascular por astrocitos

• Autores: Daniel Masana Diego
• Directores de la Tesis: Fernando Vidal Vanaclocha (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Alfredo Carrato Mena (presid.), Javier Cortés (secret.), Cristina Peña Maroto (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología Funcional y Biotecnología por la Universidad de Alcalá
• Materias:
  • Ciencias médicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen
  • español

    La metástasis cerebral es una importante causa de muerte en pacientes con cáncer avanzado, y su desarrollo se inicia en un microambiente funcional condicionado por el endotelio cerebrovascular (ECV) y los astrocitos de la barrera hematoencefálica (BHE), desconociéndose en gran medida su patogenia molecular, y no existiendo por el momento biomarcadores que pronostiquen el riesgo de padecerlas, o que representen dianas moleculares para su tratamiento.

    El presente proyecto se planteó con el objetivo de estudiar el microambiente neurovascular y el patrón de crecimiento de la metástasis cerebral y, más en concreto, la actividad transcripcional y el secretoma del ECV en respuesta a factores solubles del astrocito activado por células del cáncer de mama con o sin sobreexpresión de Her2, tras su exposición o no a factores característicos del microambiente tumoral.

    Los resultados obtenidos demostraron que el crecimiento inicial de las metástasis cerebrales tanto experimentales como clínicas se produjo en el espacio perivascular, quedando la barrera hematoencefálica (BHE) original desdoblada en dos nuevas barreras, una interna hematotumoral (entre sangre y tejido metastásico), y otra externa neurotumoral (entre tejido metastásico y tejido nervioso).

    Al profundizar mediante modelos in vitro en las interrelaciones funcionales que acontecen en el microambiente de la metástasis cerebral entre células tumorales, astrocitos perivasculares y células del ECV, el presente trabajo demostró por vez primera una alteración en la expresión génica y la composición del secretoma del ECV inducido por astrocitos activados por factores tumorales. Más en concreto, demostró que el microambiente tumoral (MAT) en condiciones de deprivación de oxígeno (hipoxia), estrés oxidativo, estímulo mecánico e inflamación, activaron en tumores con sobreexpresión de Her2, la producción de factores estimulantes de astrocitos, cuyo efecto sobre el ECV propició su paso a un estado neuroespecífico proinflamatorio, caracterizado por su aumento en la expresión génica de Clau-1, Vcam-1 y Pecam-1 (implicados en la regulación de las relaciones intercelulares), de Vegfr-2, Rage y Col-IV (implicados en la regulación de la diferenciación endotelial) y de Pgp (implicado en la regulación de los intercambios moleculares transcelulares); también la producción de un secretoma enriquecido en proteínas implicadas en los procesos de desarrollo neural, regulación neurovascular y de la BHE, neuroinflamación, neuroprotección, neurotrofismo, neurodegeneración y desarrollo tumoral.

    De esta forma se pudo verificar la hipótesis planteada en el proyecto, y concluir que el crecimiento metastásico precoz en el microambiente perivascular del cerebro alteró la función de los astrocitos que regulan el endotelio de la BHE, contribuyendo la sobreexpresión de Her2 a la clase de respuesta funcional del tumor en el microambiente perivascular, con respecto a su efecto regulador del ECV por intermediación de los astrocitos perivasculares

  • English

    Brain metastasis is an important cause of death in patients with advanced cancer, and its development begins in a functional microenvironment regulated by cerebrovascular endothelium (CVD) and astrocytes of the blood-brain barrier (BBB).

    However, its molecular pathogenesis is largely unknown, and there are no molecular biomarkers alerting us on the risk of suffering brain metastasis, or that might represent good targets for therapy.

    The aim of the project was to study the neurovascular microenvironment and the growth pattern of brain metastasis and, more specifically, the transcriptional activity and the secretome of the ECV in response to soluble factors from - astrocytes activated by breast cancer cell with or without HER2 overexpression, exposed or not to tumor microenvironment factors.

    Results showed that initial growth of both experimental and clinical brain metastases occurred in the perivascular space, with the original blood-brain barrier (BHE) being split into two new barriers, an internal hematotumoral (between blood and metastatic tissue), and another external neurotumoral (between metastatic tissue and unaffected brain tissue).

    Next, in vitro models recapitulating the functional interrelationship operating in the brain metastasis microenvironment among cancer cells, perivascular astrocytes and ECV cells, demonstrated for first time an alteration in gene expression and composition of the ECV secretome induced by tumor-activated astrocytes. More specifically, we showed that the tumor microenvironment (MAT) in conditions of oxygen deprivation (hypoxia), oxidative stress, mechanical stimulation and inflammation, activated the production of astrocyte stimulating factors from Her2-overexpressing tumors, inducing CVE cell passage to a proinflammatory neuro-specific state, defined by increased gene expression of Clau1, Vcam-1 and Pecam-1 (involved in the regulation of intercellular relationships), Vegfr-2, Rage and Col-IV (involved in the regulation of endothelial differentiation) and Pgp (involved in the regulation of transcellular molecular exchanges); and production of a secretome enriched in proteins involved in the processes of neural development, neurovascular and BHE regulation, neuroinflammation, neuroprotection and neurotrophism, neurodegeneration and tumor development.

    Therefore, we verified the hypothesis raised in the project, and conclude that early metastatic growth in the perivascular microenvironment of the brain altered the function of the astrocytes that regulate the BBB endothelium, contributing the overexpression of Her2 to the functional response of the tumor to the perivascular microenvironment, with respect to regulating CVE via perivascular astrocytes.