Rol de la vía PI3K/AKT/mTOR en la progresión del cáncer de mama

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Antecedentes: El cáncer de mama es la neoplasia maligna más común en mujeres y una de las primeras causas de muerte por cáncer en el mundo. A pesar de los avances en el diagnóstico y en el tratamiento para esta enfermedad, un alto porcentaje de los tumores progresan y metastatizan en órganos distant...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Riggio, Marina
Otros Autores: Novaro, Virginia
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2016
Materias:
CANCER DE MAMA
PI3K/AKT/MTOR
HORMONO-INDEPENDENCIA
PROGRESION TUMORAL
RECEPTORES HORMONALES
INVASION CELULAR
BREAST CANCER
HORMONE-INDEPENDENCE
TUMOR PROGRESSION
HORMONE RECEPTORS
CELL INVASION
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6003_Riggio
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description Antecedentes: El cáncer de mama es la neoplasia maligna más común en mujeres y una de las primeras causas de muerte por cáncer en el mundo. A pesar de los avances en el diagnóstico y en el tratamiento para esta enfermedad, un alto porcentaje de los tumores progresan y metastatizan en órganos distantes. PI3K/AKT/mTOR es la vía mutada con mayor frecuencia en tumores sólidos; alrededor del 70% de los tumores de mama presentan alguna mutación en esta vía, lo cual se asocia con un peor pronóstico yresistencia a la terapia endócrina, contra HER-2, radio y quimioterapia. Existen tres isoformas para Akt: AKT1, AKT2 y AKT3, con discrepancias sobre sus funciones específicas. Objetivo: El objetivo de este trabajo fue estudiar el rol diferencial de AKT1y AKT2 en los procesos de proliferación, migración e invasión celular a lo largo de la progresión tumoral en cáncer de mama. Antecedentes: En trabajos previos del laboratorio utilizando un modelo de carcinomas mamarios murinos habíamos demostrado que la sobre activación de la isoforma AKT1 era capaz de inducir el crecimiento tumoral hormono-independiente. Los tumores generados resultaron ser más diferenciados que los tumores de los que derivaron, con formación de estructurasductales y mayor expresión de citoqueratina 8 y laminina I, y menor expresión de citoqueratina 14. Metodología: Para extrapolar los resultados obtenidos en otros modelos experimentales, utilizamos tres líneas celulares humanas de cáncer de mama (IBH-7, IBH-6 y T47D), analizamos el efecto de sobreactivar o silenciar específicamente cada isoforma sobre el fenotipo tumoral en cultivo y en xenotransplantes. Resultados: En las líneas celulares IBH-7 e IBH-6 demostramos que AKT1 induce el crecimiento de tumores mamarios, a través de la activación de la proteína ribosomal S6 y el aumento en la expresión de ciclina D1. Además, la sobre activación de AKT1 induce el crecimiento tumoral hormono-independiente a través de la fosforilación de receptores hormonales en ausencia de agregado exógeno de hormona. En consecuencia, la sobreactivación de AKT1 fue capaz de inducir resistencia al tratamiento con ICI182780 (Fulvestrant), unantagonista del receptor de estrógenos. Coincidente con los antecedentes mencionados,el fenotipo tumoral obtenido con la sobreactivación de AKT1 es de tipo glandular diferenciado, con aumento en la expresión de las proteínas luminales E-cadherina y laminina-I. Sorprendentemente, el silenciamiento de AKT1 endógeno disminuyó la proliferación e incrementó la migración e invasión celular in vitro a través de la inducción del eje β1-integrina/FAK/MMP9, e in vivo, siendo los tumores resultantes altamente infiltrantes. Por otro lado, la sobre activación de AKT2 también indujo tumores con características infiltrantes pero sin modificar el crecimiento tumoral. Por el contrario, el silenciamiento de AKT2 endógeno disminuyó la motilidad celular en cultivo, regulando proteínas del citoesqueleto como F-actina y vimentina. El grado de invasión de los xenotransplantes IBH-6 y T47D con distintos niveles de AKT1 y AKT2 se asoció con la pérdida en la expresión de E-cadherina y un aumento en la expresión de vimentina, marcadores de progresión tumoral. Encontramos además que el silenciamiento de AKT1 induce un aumento en la expresión de AKT2 endógeno, sugiriendo una regulación entre isoformas. Por último, en un ensayo preliminar encontramos que el tratamiento con inhibidores de PI3K/AKT/mTOR si bien disminuye el crecimiento tumoral, aumenta laincidencia de metástasis pulmonares. Este resultado puede ser relevante en el diseño de terapias con inhibidores específicos de dicha vía. En conjunto, nuestros resultados muestran funciones diferentes, y en algunos casos opuestas, para AKT1 y AKT2 en laprogresión del cáncer de mama. Demostramos que AKT1 tiene un rol relevante en el crecimiento tumoral, regulando proteínas involucradas en la sobrevida y proliferación celular y activando en forma ligando-independiente los receptores hormonales, esto último conlleva a la adquisición de resistencia a la terapia endócrina. En un estadio tumoral más avanzado, tanto la disminución de AKT1 a través de la activación del ejeβ1-integrina/FAK/MMP9, como el aumento de AKT2 a través de la regulación del citoesqueleto de actina, llevarían a una mayor agresividad tumoral dada por un aumento de la invasión celular. Conclusión: En base a nuestros resultados, proponemos que tanto la pérdida de AKT1 como la ganancia de AKT2 podrían ser consideradas como biomarcadores para clasificar a los tumores mamarios con características más agresivas. La relevancia de nuestro trabajo radica en el análisis exhaustivo de la función de la vía PI3K/AKT/mTOR, diferenciando el rol particular de AKT1 y AKT2 y de sus proteínas target down stream, que a futuro podría aplicarse en el diseño de terapias dirigidas a cada tipo y estadio tumoral para lograr un mayor efecto terapéutico.
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Existen tres isoformas para Akt: AKT1, AKT2 y AKT3, con discrepancias sobre sus funciones específicas. Objetivo: El objetivo de este trabajo fue estudiar el rol diferencial de AKT1y AKT2 en los procesos de proliferación, migración e invasión celular a lo largo de la progresión tumoral en cáncer de mama. Antecedentes: En trabajos previos del laboratorio utilizando un modelo de carcinomas mamarios murinos habíamos demostrado que la sobre activación de la isoforma AKT1 era capaz de inducir el crecimiento tumoral hormono-independiente. Los tumores generados resultaron ser más diferenciados que los tumores de los que derivaron, con formación de estructurasductales y mayor expresión de citoqueratina 8 y laminina I, y menor expresión de citoqueratina 14. Metodología: Para extrapolar los resultados obtenidos en otros modelos experimentales, utilizamos tres líneas celulares humanas de cáncer de mama (IBH-7, IBH-6 y T47D), analizamos el efecto de sobreactivar o silenciar específicamente cada isoforma sobre el fenotipo tumoral en cultivo y en xenotransplantes. Resultados: En las líneas celulares IBH-7 e IBH-6 demostramos que AKT1 induce el crecimiento de tumores mamarios, a través de la activación de la proteína ribosomal S6 y el aumento en la expresión de ciclina D1. Además, la sobre activación de AKT1 induce el crecimiento tumoral hormono-independiente a través de la fosforilación de receptores hormonales en ausencia de agregado exógeno de hormona. En consecuencia, la sobreactivación de AKT1 fue capaz de inducir resistencia al tratamiento con ICI182780 (Fulvestrant), unantagonista del receptor de estrógenos. Coincidente con los antecedentes mencionados,el fenotipo tumoral obtenido con la sobreactivación de AKT1 es de tipo glandular diferenciado, con aumento en la expresión de las proteínas luminales E-cadherina y laminina-I. Sorprendentemente, el silenciamiento de AKT1 endógeno disminuyó la proliferación e incrementó la migración e invasión celular in vitro a través de la inducción del eje β1-integrina/FAK/MMP9, e in vivo, siendo los tumores resultantes altamente infiltrantes. Por otro lado, la sobre activación de AKT2 también indujo tumores con características infiltrantes pero sin modificar el crecimiento tumoral. Por el contrario, el silenciamiento de AKT2 endógeno disminuyó la motilidad celular en cultivo, regulando proteínas del citoesqueleto como F-actina y vimentina. El grado de invasión de los xenotransplantes IBH-6 y T47D con distintos niveles de AKT1 y AKT2 se asoció con la pérdida en la expresión de E-cadherina y un aumento en la expresión de vimentina, marcadores de progresión tumoral. Encontramos además que el silenciamiento de AKT1 induce un aumento en la expresión de AKT2 endógeno, sugiriendo una regulación entre isoformas. Por último, en un ensayo preliminar encontramos que el tratamiento con inhibidores de PI3K/AKT/mTOR si bien disminuye el crecimiento tumoral, aumenta laincidencia de metástasis pulmonares. Este resultado puede ser relevante en el diseño de terapias con inhibidores específicos de dicha vía. En conjunto, nuestros resultados muestran funciones diferentes, y en algunos casos opuestas, para AKT1 y AKT2 en laprogresión del cáncer de mama. Demostramos que AKT1 tiene un rol relevante en el crecimiento tumoral, regulando proteínas involucradas en la sobrevida y proliferación celular y activando en forma ligando-independiente los receptores hormonales, esto último conlleva a la adquisición de resistencia a la terapia endócrina. En un estadio tumoral más avanzado, tanto la disminución de AKT1 a través de la activación del ejeβ1-integrina/FAK/MMP9, como el aumento de AKT2 a través de la regulación del citoesqueleto de actina, llevarían a una mayor agresividad tumoral dada por un aumento de la invasión celular. Conclusión: En base a nuestros resultados, proponemos que tanto la pérdida de AKT1 como la ganancia de AKT2 podrían ser consideradas como biomarcadores para clasificar a los tumores mamarios con características más agresivas. La relevancia de nuestro trabajo radica en el análisis exhaustivo de la función de la vía PI3K/AKT/mTOR, diferenciando el rol particular de AKT1 y AKT2 y de sus proteínas target down stream, que a futuro podría aplicarse en el diseño de terapias dirigidas a cada tipo y estadio tumoral para lograr un mayor efecto terapéutico. Background: Breast cancer is the most frequently diagnosed cancer and the leadingcause of cancer death among females worldwide. Despite the early diagnosis and theimprovement in the treatments, a considerable amount of tumors progress andmetastasize. PI3K/AKT/mTOR is the most frequently mutated pathway in solidtumors; approximately 70% of breast tumors display an activating mutation in onecomponent of the pathway, and it is associated with a poor outcome and resistance toconventional therapy. There are three AKT isoforms: AKT1, AKT2 and AKT3, withdifferent specific functions. Specific aims: The main aim of this thesis was to study thespecific role of AKT1 and AKT2 during proliferation, cell migration and invasionthrough breast cancer progression. Background: We have previously demonstrated that AKT1 overactivation was sufficient to induce hormone-independent breast tumorgrowth. The resultant tumors were differentiated, with high levels of cytokeratin 8 andlaminin-I and low levels of cytokeratin 14 expression. Methodology: In this study, weused three human breast cancer cell lines, IBH-7, IBH-6 and T47D and we analyzed theeffect of up- or downregulation of AKT1 or AKT2 on tumor phenotype, in culture andin xenografts. Results: We demonstrated that AKT1 induced tumor growth throughribosomal S6 protein and cyclin D1 increase. Moreover, AKT1 upregulation lead tohormone-receptors activation, even in the absence of exogenous hormone supply. Consequently, AKT1 overexpression induced resistance to the estrogen receptordownregulator, ICI182780 (Fulvestrant). Moreover, AKT1 overexpressing tumorsdisplayed glandular differentiation, with high levels of E-cadherin and laminin-I. AKT1silencing decreased cell proliferation and, surprisingly, increased cell migration andinvasion in cell culture, through the β1-integrin/FAK/MMP9 axe. Besides, silenced AKT1 tumors were highly invasive of the adjacent adipose and muscle tissue, andinduced lung metastasis. On the other hand, AKT2 overactivation also induced moreinvasive tumors and lung metastasis, with no changes in tumor growth although. On theopposite, AKT2 downregulation decreased motility in cell culture, by regulatingcitoskeleton proteins as F-actin and vimentin. We also found that AKT1 silencinginduced an upregulation in AKT2 expression, suggesting a cross regulation between thetwo isoforms. Finally, in a preliminary study we found that PI3K/AKT/mTORinhibitors are capable of decreasing breast tumor size but of inducing more aggressivetumors and lung metastasis. This effect could have great implications in the managementof new targeted therapies against the pathway. Altogether, our results clearly showdifferent, and in some cases opposite roles for AKT1 and AKT2 isoforms in breastcancer progression. We demonstrated that AKT1 has a relevant role in tumor growth,through the regulation of proteins involved in cell survival and proliferation, and troughthe activation of hormone receptors, ultimately leading to endocrine resistance. On theother hand, the downregulation of AKT1, as well as the upregulation of AKT2, canincrease cell invasion and tumor aggressiveness. Conclusion: We propose that AKT1loss and/or AKT2 gain should be considered as biomarkers to better classify invasivemammary tumors. The relevance of this work is the deep analyses of PI3K/AKT/mTOR pathway, differentiating AKT1 and AKT2 functions, and itsdownstream proteins in breast cancer progression, which could be useful in the future todesign targeted therapies for each tumor type and stage. Fil: Riggio, Marina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2016-04-12 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf spa info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6003_Riggio

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