Molecular subtypes of colorectal cancer: mechanisms involved in tumor progression and immune evasion
- Autores: Juan Rafael Mena
- Directores de la Tesis: Antonio Rodríguez Ariza (dir. tes.), Silvia Guil Luna (dir. tes.), Enrique Aranda Aguilar (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Teresa Roldan-Arjona (presid.), Ignacio Ochoa Garrido (secret.), Christine Sedlik (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Córdoba
- Materias:
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- Resumen
1. Introducción o motivación de la tesis El cáncer colorrectal (CCR) sigue siendo una de las principales causas de muerte en todo el mundo, a pesar del avance en los últimos años en el desarrollo de nuevas dianas terapéuticas y un conocimiento más profundo de los mecanismos moleculares1. Según GLOBOCAN 2020 el CCR es el segundo cáncer más diagnosticado y la segunda causa de muerte por cáncer a nivel mundial2. Como en otras neoplasias, la enfermedad metastásica es la principal causa de muerte en el CCR, con una tasa de supervivencia a 5 años cercana al 60%3. Debido a la alta heterogeneidad del CCR, el establecimiento de una clasificación molecular precisa es un desafío clave que tendrá un impacto en el diagnóstico, el tratamiento y la predicción de la progresión del cáncer de los pacientes. La clasificación molecular del CCR ha conducido a la identificación de cuatro Subtipos Moleculares de Consenso (CMS) que no solo están impulsados por los perfiles de expresión génica derivados de las células tumorales, sino que están muy influenciados por la naturaleza y composición del microambiente tumoral. Dichos subtipos CMS presentan diferentes microambientes inmunes vinculados a distintos pronósticos y respuestas terapéuticas, lo que permite una categorización más precisa de los pacientes4,5,6. Además recientemente, se ha descubierto que el budding tumoral, un componente del microambiente tumoral, tiene relevancia pronóstica en varios cánceres, incluido el CCR. Aun así, no se ha dilucidado por completo la asociación entre el budding tumoral y los diferentes subtipos CMS de CCR y los distintos perfiles inmunes. Por otro lado, la S-nitrosoglutatión reductasa (GSNOR) es una enzima denitrosilasa altamente conservada evolutivamente, que está codificada por el gen ADH5 en humanos y cuya expresión alterada se ha asociado con diferentes patologías, incluyendo el cáncer. En este sentido, nuestro grupo ha demostrado recientemente que el aumento de la expresión de ADH5 se asocia significativamente con mayores tasas de supervivencia en pacientes con cáncer de mama HER2+, y que la acción antiproliferativa del fármaco trastuzumab (anti-HER2) se suprime cuando se inhibe la actividad de GSNOR7. Además, esta enzima se encarga de regular los niveles de óxido nítrico (NO) y juega un papel importante en la regulación de la homeostasis de los S-nitrosotioles (SNO)8. En esta búsqueda de nuevas terapias, el NO ha sido señalado en las últimas décadas como un agente importante en carcinogénesis, incluido el CCR, sin embargo, no se conoce la relevancia de la GSNOR/ADH5 en la patogénesis del CCR y su relación con los distintos subtipos CMS y el microambiente tumoral inmune. Por tanto, el principal objetivo de esta tesis fue investigar los mecanismos involucrados en la progresión tumoral y en la evasión inmune en los diferentes subtipos CMS de CCR, especialmente en relación con el budding tumoral y la expresión de GSNOR/ADH5.
2.Contenido de la investigación En el presente trabajo, se estudiaron muestras clínicas de CCR con diferentes grados de budding y sus correspondientes modelos de xenoinjertos derivados de pacientes (PDXs), mediante el análisis de firmas de expresión génica de puntos de control inmune, receptores toll-like (TLRs), y familias de citoquinas. Significativamente, los distintos subtipos CMS y el grado de budding tumoral fueron fielmente reproducidos en los primeros pases de PDXs. Además, el alto grado de budding tumoral estuvo estrechamente asociado con el subtipo mesenquimal CMS4 de mal pronóstico. En los tumores con alto grado de budding se observó una sobreexpresión de reguladores negativos de puntos de control inmune (PDL1, TIM-3, NOX2, and IDO1), TLRs (TLR1, TLR3, TLR4, and TLR6), receptores de quimioquinas y sus ligandos (CXCR2, CXCR4, CXCL1, CXCL2, CXCL6, and CXCL9), tanto en las muestras clínicas como en sus correspondientes modelos PDXs. También se encontró una notable sobreexpresión de la isoforma endotelial de la óxido nítrico sintasa (eNOS), tanto en los tumores CMS4 de mal pronóstico como en aquellos con un alto grado de budding tumoral, lo que sugiere que la capacidad inmunosupresora del NO también puede facilitar la formación de buds tumorales.
A continuación, se investigó la importancia de la denitrosilasa GSNOR/ADH5 en CCR, y los análisis inmunohistoquímicos y de expresión génica mostraron que los niveles bajos de esta enzima se asociaron con el tipo agresivo CMS4 de CCR, con características clínicas de peor pronóstico y con una baja supervivencia en pacientes de CCR. Además, el análisis de expresión génica del perfil inmune reveló un microambiente inmunosupresor en tumores con niveles bajos de GSNOR/ADH5, con una marcada reducción en la firma de expresión génica de células T, una menor expresión de genes relacionados con citotoxicidad (GNLY, GZMA, CXCR6, CD3D y TARP), y una mayor expresión de genes que inhiben la inmunidad antitumoral (ITGA2, LGALS3 y CD46). La eliminación del gen ADH5 (KO) mediante tecnología CRISPR-Cas9 en células de CCR confirmó que la deficiencia de GSNOR/ADH5 confiere una mayor capacidad tumorigénica. Así, en comparación con las células parentales, las células ADH5-KO demostraron una mayor capacidad para generar tumorosferas y esferoides tumorales, e iniciaron tumores con mayor eficacia en ratones inmunodeficientes. Además, las células ADH5-KO mostraron una menor expresión del marcador de diferenciación intestinal CDX2 y una mayor expresión de la proteína del punto de control inmune PDL1, indicando una mayor capacidad inmunoevasiva. Es importante destacar que la mayor tumorigenicidad de las células ADH5-KO se asoció con una reprogramación metabólica desde la fosforilación oxidativa hacia un aumento de la glucólisis aerobia, con un menor contenido basal de ATP, una mayor sensibilidad a la 2-desoxiglucosa y una mayor producción de lactato. Se sabe que la fragmentación de la red mitocondrial, que conduce a un aumento de la glucólisis aeróbica y de la producción de lactato, se produce durante la desdiferenciación celular, la transformación maligna y la evasión inmune en cáncer. De manera significativa, el análisis de la red mitocondrial confirmó que, en comparación con las células parentales, las células ADH5-KO mostraron un mayor número de mitocondrias por célula y un diámetro mitocondrial más pequeño, lo que es consistente con una mayor tasa de fisión mitocondrial y reprogramación glucolítica.
3.Conclusión En conclusión, los resultados obtenidos indican un estrecho vínculo entre el alto grado de budding tumoral en CCR y un microambiente inmunosupresor distintivo que promueve la invasión tumoral, y que puede tener un papel determinante en el subtipo mesenquimal CMS4 de mal pronóstico. Además, este estudio también demuestra que los modelos PDXs pueden constituir una sólida plataforma preclínica para el desarrollo de nuevas terapias dirigidas contra el budding tumoral en CCR. Por otro lado, estos resultados también apoyan que la reprogramación metabólica inducida por una alterada desnitrosilación constituye un importante nuevo mecanismo que contribuye a la adquisición de fenotipos agresivos e inmunoevasores en CCR. Este nuevo papel del NO en la reprogramación metabólica tumoral puede ayudar a explicar algunos de los aspectos desconcertantes de la señalización mediada por el NO en cáncer, y puede sugerir nuevas aproximaciones terapéuticas en esta enfermedad.
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3. Van Cutsem, E., Cervantes, A., Nordlinger, B., Arnold, D. & The ESMO Guidelines Working Group. Metastatic colorectal cancer: ESMO clinical practice guidelines for diagnosis, treatment and follow-up. Ann. Oncol. 25, iii1–iii9 (2014).
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