ABSTRACT
As alterações genéticas mais frequentes em câncer de pulmão são mutações pontuais que ativam o oncogene KRAS. Embora estas mutações estejam causalmente relacionadas à oncogênese, até hoje diferentes abordagens para inibir as proteínas RAS diretamente não obtiveram sucesso. Portanto, para que melhores alvos terapêuticos para o câncer de pulmão se tornem disponíveis é necessário identificar os mecanismos moleculares ativados por KRAS que estão diretamente envolvidos com a aquisição de propriedades malignas importantes, como o desenvolvimento e a manutenção de um fenótipo tronco-tumoral pelas células iniciadoras de tumor (CITs). CITs, também conhecidas como células tronco-tumorais, são definidas como uma subpopulação de células tumorais capazes de se autorrenovar, iniciar a formação de tumores e sustentar o crescimento tumoral. O desenvolvimento de estratégias terapêuticas dirigidas a estas células é imprescindível para melhorar a eficácia da terapia antitumoral. Uma vez que KRAS está associada a manutenção de um fenótipo tronco-tumoral e ativa o fator de transcrição NF-kB através da quinase IKKß para promover a tumorigênese pulmonar, nós hipotetizamos que a quinase IKKß contribui para o fenótipo tronco-tumoral induzido por KRAS em câncer de pulmão. Nós utilizamos ensaios de formação de tumoresferas para enriquecer e avaliar a função de CITs das linhagens pulmonares positivas para KRAS A549 e H358. As células A549 e H358 formaram tumoresferas em cultura de baixa aderência e, quando comparadas às células derivadas da cultura aderente, as células oriundas da cultura de tumoresferas apresentaram maior crescimento clonogênico, maior expressão de genes associados ao fenótipo tronco por qPCR e maior atividade da quinase IKKß. A inibição da atividade de IKKß através de um inibidor farmacológico altamente específico (Composto A) diminuiu levemente a proliferação de células A549 e H358, sem resultar em morte celular significativa. Entretanto, a inibição da atividade ou da expressão de IKKß por interferência de RNA reduziu a expressão de genes associados ao fenótipo tronco e diminuiu a formação de tumoresferas. A inibição da expressão de IKKß em células A549 reduziu também a capacidade de autorrenovação de CITs. Estes resultados sugerem que IKKß desempenha um papel importante na manutenção do fenótipo tronco-tumoral de CITs pulmonares induzidas por KRAS. Em seguida, nós demonstramos que a inibição da atividade de IKKß afetou preferencialmente a proliferação celular e o crescimento clonogênico de células oriundas da cultura de tumoresfera, sugerindo que IKKß desempenha um papel mais importante em CITs do que em células derivadas da cultura aderente. A análise por citometria de fluxo identificou que células derivadas da cultura de tumoresfera apresentam um enriquecimento para células CD24+ na linhagem A549 e células CD44+ na linhagem H358, sugerindo que estes possam ser marcadores promissores para purificação de CITs nestas linhagens. Adicionalmente, demonstramos, por ensaios de wound-healing de células A549 e H358, que a inibição da atividade de IKKß reduziu a migração celular, uma outra uma propriedade aumentada em CITs. Além disso, mostramos que a atividade da quinase IKKß em células A549 e H358 não depende das vias da MAPK ou PI3K/Akt. Interessantemente, a inibição combinada de IKK (um efetor downstream de KRAS) e de EGFR/ERRB2 (reguladores upstream de KRAS que ativam as vias MAPK e PI3K/Akt) reduziu de forma aditiva a formação de tumoresferas, proliferação e migração celular. Quando avaliados em conjunto, nossos resultados sugerem que a quinase IKKß desempenha um papel importante na biologia de CITs pulmonares portadoras de KRAS oncogênica e que a inibição desta quinase sozinha ou em combinação com a inibição de outras vias pode representar uma estratégia terapêutica promissora a ser explorada para reduzir a recidiva e metástase no câncer de pulmão induzido por KRAS
The most frequent genetic alterations in lung cancer are point mutations that activate the KRAS oncogene. Although these mutations are causally related to oncogenesis, different approaches to inhibit RAS proteins directly have not been successful to date. Therefore, for better therapeutic targets for lung cancer to become available, it is necessary to identify the molecular mechanisms activated by KRAS that are directly involved with important malignant features, such as the development and maintenance of a cancer stem-like phenotype by the tumour-initiating cells (TICs). TICs, also known as cancer stem cells, are defined as a subpopulation of tumour cells able to self-renew, promote tumour initiation, and sustain tumour growth. The development of therapeutic strategies to target these cells is imperative to improve the efficacy of antitumor therapy. Since KRAS is associated with the maintenance of a cancer stem-like phenotype and activates the transcription factor NF-kB through the IKKß kinase to promote lung tumourigenesis, we hypothesised that IKKß kinase contributes to the cancer stem-like phenotype induced by KRAS in lung cancer. We used tumoursphere formation assays to enrich and evaluate the function of TICs of KRAS-mutant cell lines A549 and H358. A549 and H358 cells formed tumourspheres in low adhesion culture and, when compared to cells grown in adherent culture, sphere-derived cells displayed increased clonogenic growth, higher expression of stemness genes by qPCR, and increased IKKß kinase activity . Inhibition of IKKß activity through a highly specific pharmacological inhibitor (Compound A) slightly decreased proliferation of A549 and H358 cells without inducing significant cell death. On the other hand, inhibition of IKKß activity or expression by RNA interference reduced the expression of stemness genes and decreased tumoursphere formation. Inhibition of IKKß expression in A549 cells also reduced TICs self-renewal . These results suggest that IKKß plays an important role in maintaining the cancer stem-like phenotype of KRAS-driven lung TICs. Next, we demonstrated that IKKß inhibition preferentially reduced cell proliferation and clonogenic growth of sphere-derived cells, suggesting that IKKß plays a more important role in TICs than in adherent culture-derived cells. Flow cytometry analysis identified that sphere-derived cells display an enrichment for the surface marker CD24 in A549 cells and CD44 in H358 cells, indicating that these could be promising markers for the purification of TICs in these cell lines. Furthermore, we have shown by wound-healing assays of A549 and H358 cells that IKKß inhibition reduced cell migration , another feature increased in TICs. In addition, we have shown that IKKß activity in A549 and H358 cells does not depend on the MAPK or PI3K/Akt pathways. Interestingly, combined inhibition of IKKß (a downstream effector of KRAS) and EGFR/ERBB2 (upstream regulators of KRAS that activate the MAPK and PI3K/Akt pathways) additively reduced tumoursphere formation, cell proliferation and migration. Taken together, our results suggest that IKKß kinase plays an important role in the biology of KRAS-driven lung TICs, and that inhibition of this kinase alone or in combination with inhibition of other signalling pathways may represent a promising therapeutic strategy to be explored in order to reduce tumour recurrence and metastasis in KRAS-driven lung cancer
Subject(s)
Genes, ras , I-kappa B Kinase/analysis , Lung Neoplasms/diagnosis , Lung Neoplasms/drug therapyABSTRACT
O câncer de mama é a doença maligna que mais acomete as mulheres no mundo. Apesar dos inúmeros tratamentos, o óbito se deve principalmente à doença metastática que pode se desenvolver a partir do tumor primário. Esta progressão tumoral decorre da dificuldade de se estabelecer um prognóstico mais preciso. Atualmente, a teoria de células iniciadoras de tumor vem sendo estudada para tentar explicar a biologia do câncer e descrever novos alvos para prognósticos e terapias. O carcinoma mamário foi o primeiro tumor sólido para o qual foi identificada uma subpopulação celular, definida como CD44+/CD24-, apresentando as características de células iniciadoras tumorais. Embora este fenótipo venha sendo muito utilizado para descrever as células iniciadoras tumorais de mama, muitos trabalhos tem questionado a relevância clínica desses marcadores, enfatizando que outros marcadores devem ser identificados. Assim, o objetivo deste trabalho é analisar e caracterizar marcadores de células-tronco que possam estar relacionados com o grau de malignidade no modelo de câncer de mama. Inicialmente, analisou-se a expressão de 10 marcadores de células-tronco em diferentes linhagens de câncer de mama que apresentam graus crescentes de malignidade. O CD90 foi selecionado devido à alta expressão desse marcador na linhagem mais agressiva Hs578T. Para a caracterização deste marcador, realizou-se ensaios funcionais, através do silenciamento do CD90 na linhagem tumorigênica Hs579T e sua superexpressão na linhagem não-tumorigênica MCF10A. As linhagens celulares geradas foram caracterizadas quanto ao crescimento celular, potencial invasivo e metastático. Foi possível observar que houve uma alteração da morfologia nas linhagens transformadas com o CD90 e, também, um maior tempo de dobramento na linhagem Hs578T-CD90- e um menor na MCF10A-CD90+. Além disso, a linhagem MCF10-CD90+ foi capaz de crescer independentemente de EGF. Através da análise da via EGF, foi possível observar que houve um aumento da expressão da forma fosforilada do receptor e dos fatores Erk, c-Jun, e Jnk na linhagem MCF10A-CD90+ e uma diminuição dos mesmos na linhagem Hs578T-CD90-. A análise da atividade do elemento responsivo do fator de transcrição AP1 comprovou que a via de EGF é funcional na linhagem MCF10-CD90+. Também foram analisados os marcadores de transição epitélio-mesenquimal, verificando-se aumento da expressão dos marcadores mesenquimais na linhagem MCF10A-CD90+ e diminuição na linhagem Hs578T-CD90-. Os ensaios in vitro de invasão mostraram que as células MCF10-CD90+ são capazes de migrar e invadir e as células Hs578T-CD90- apresentam diminuição significativa da habilidade de migração e invasão. Além disso, os ensaios de metástase in vitro e in vivo, mostraram que a superexpressão de CD90 levou à malignização das células MCF10A. Por outro lado, a linhagem Hs578T-CD90- apresentou menor potencial metastático in vitro. Portanto, neste trabalho, pela primeira vez, o CD 90 foi caracterizado funcionalmente como um marcador envolvido na transformação maligna do carcinoma mamário, contribuindo, assim, para melhor entendimento da biologia do câncer de mama e para que se possa desenvolver novas ferramentas de diagnóstico/prognóstico e novos protocolos clínicos e terapêuticos
Breast cancer is the malignant disease which affects the highest number of women in the world. In spite of the numerous treatments available, death is primarily due to the metastatic disease that may develop from the primary tumor. This tumor progression occurs because of the difficulty in establishing an accurate diagnosis/prognosis. Currently, the tumor initiating cells theory is being applied in an attempt to explain cancer biology and to unveil new diagnostic and therapeutic targets. Mammary carcinoma was the first solid tumor in which a cellular subpopulation, defined as CD44+/CD24-, was associated with tumor initiating cells. Although this phenotype has been widely used to describe breast tumor initiating cells, several studies have questioned the clinical relevance of these markers, emphasizing that additional markers should be identified. The objective of the present study is to analyze and characterize stem cell markers that may be related to malignancy stages in the breast cancer model. Initially, the expression of 10 stem cell markers was analyzed in different breast cancer cell lines displaying different malignancy grades. CD90 was selected due to its high expression levels in the most aggressive cell line, namely: Hs578T. In order to further characterize this marker, a functional study was performed in which CD90 was silenced in the Hs578T tumorigenic cell line and overexpressed in the non-tumorigenic MCF10A cell line. The resulting cell lines were characterized relative to growth rate and invasive and metastatic potential. A change in morphology readily was observed in the cell lines overexpressing CD90. In addition, the Hs578T-CD90-cell line presented an increased doubling time (DT), while the MCF10A-CD90+ cell line displayed a lower DT.. Furthermore, MC10-CD90+ cells were able to grow in the absence of EGF. Analysis of components of the EGF pathwayrevealed increased expression levels of the phosphorylated form of Erk, c-Jun and Jnk receptors in the MCF10-CD90+ cell line, while Hs578T-CD90- cells presented decreased expression of the same factors and receptors. Analysis of the activity of the AP1 responsive element allowed confirmation that the EGF pathway is functional in the MCF10-CD90+. . Epithelial-mesenquimal transition markers presented increased expression levels in the MCF10A-CD90+ cell line, accompanied by decreased expression levels in Hs578T-CD90- cells. In vitro invasion assays showed that MCF10A-CD90+ cells are capable of migrating and invading, while Hs578T-CD90- cells presented a significant decrease in their ability to migrate and invade. Additionally, in vitro and in vivo metastasis assays showed that malignization ensued upon overexpression of CD90 in MCF10A cells and a lower tendency to form metastasis in vitro was observed for the Hs578T-CD90- cell line. Therefore, the present study presents, for the first time in the literature, the functional characterization of CD90 as a genetic marker involved in the malignant transformation of mammary carcinoma, leading to a better understanding of the breast cancer biology, which may, in turn, lead to the development of new clinical and therapeutic protocols