Identificació i estudi funcional de nous gens supressors tumorals implicats en càncer de pulmó

Abstract

El càncer de pulmó afecta 1,6 milions de persones a tot el món, i és la primera causa de mort per càncer. El promig de l’índex de supervivència als 5 anys per tots els càncers està al voltant del 50%, mentre que en el cas del càncer de pulmó no arriba a un 10%, és un dels més baixos.

El mal pronòstic del càncer de pulmó es deu al diagnòstic en fases avançades i a la manca de teràpies específiques pels seus subtipus. Tot i així ja hi ha teràpies basades en alteracions genètiques que es donen específicament en un tipus histològic i que estan funcionant de manera exitosa. Aquests avenços posen en relleu la importància del coneixement de les bases moleculars del càncer des d’un punt de vista de la biologia del càncer i la necessitat de la classificació dels tumors segons les alteracions genètiques que pateixen.

Per tot això, en aquesta tesi doctoral s’ha fet una cerca de nous gens supressors tumorals que estan implicats en càncer de pulmó. Partint de la informació de número de còpies de la base de dades de Sanger, s’han buscat línies cel•lulars de càncer de pulmó amb delecions homozigotes en possibles gens supressors tumorals. Després d’escollir alguns dels candidats i confirmar les delecions que patien, s’ha fet un screening de mutacions en els gens SMAD2, PARD3 i PIK3R1. El gen SMAD2 està alterat en càncer de pulmó però amb una freqüència molt baixa, doncs no s’han trobat mutacions addicionals a la deleció homozigota de partida (Sanger Database).

El treball amb el gen PARD3 ha permès la identificació de delecions intragèniques i homozigotes i de mutacions puntuals en tumors primaris i línies cel•lulars de pulmó. S’ha detectat una major incidència d’inactivació de PARD3 en tumors del subtipus histològic escamós, on la freqüència d’inactivació és del 8%. Algunes de les mutacions s’han estudiat fenotípicament. Algunes proteïnes PAR3 mutants no permeten la formació dels contactes entre cèl•lules veïnes mitjançant la reducció de la capacitat de formar unions estretes i protrusions d’actina. La senyalització corrent avall de PAR3 també està afectada en alguns mutants, ja que perden la capacitat d’unió a aPKC i activació de RAC1. A més, també s’ha descobert que la proteïna PAR3 salvatge activa l'expressió de transcrits relacionats amb l'adhesió cel•lular i la polaritat; així com dianes transcripcionals de STAT3. S’ha vist que PAR3 activa STAT3 sota condicions de confluència cel•lular. Finalment, la restitució de PAR3 en models in vivo redueix significativament la formació de metàstasis.

Pel que fa al gen PIK3R1, la freqüència mutacional trobada en càncer de pulmó ha estat del 3,5%. En aquest cas, s’ha vist que una manca de la proteïna codificada per aquest gen (p85alfa) en línies cel•lulars de càncer de pulmó no activa constitutivament la via de AKT. Contràriament a l’esperat, la manté menys activa comparant-se amb altres línies cel•lulars de càncer de pulmó sense aquesta alteració. Per altra banda, la reintroducció de la proteïna p85alfa en línies deficients disminueix l’expressió de transcrits de la via de PI3K que són protumorogènics.

En conclusió, en aquesta tesi doctoral s’han descobert dos nous gens supressors tumorals implicats en la carcinogènesi pulmonar i s’han establert les bases moleculars per les quals potencien l’oncogènesi.

Lung cancer is the leading cause of cancer death and has very bad prognosis. Despite that, nowadays, there are therapies based on genetic alterations that are running successfully. These developments highlight the importance of understanding the molecular basis of cancer and the need to classify tumors according to their genetic alterations. Therefore, the aim of this thesis has been the search for new tumor suppressor genes that are involved in lung cancer. Based on the copy number information from the Sanger database, we have selected genes with homozygous deletions in lung cancer cell lines to be candidate tumor suppressor genes. After choosing some candidates and confirming the deletions they suffer we made mutational screenings.

We identified homozygous intragenic deletions and mutations in primary tumors and cell lines of lung cancer at PARD3 gene. We detected a higher incidence of PARD3 inactivation in the squamous histological subtype, where the inactivation rate is 8%. Some of the mutations found were studied phenotypically. Some PAR3 mutant proteins do not allow the formation of contacts between neighboring cells by reducing the ability to form tight junctions and actin protrusions. Signaling downstream of PAR3 is also affected in some mutants, as they lose the ability to bind aPKC and to activate RAC1. In addition, we have discovered that the wild type PAR3 protein activates the expression of transcripts related to cell adhesion and cell polarity, as well as transcriptional targets of STAT3. We have shown that PAR3 activates STAT3 especially under conditions of high cell density. Finally, the recovery of PAR3 in tumors produced in two mouse models significantly reduces metastasis formation.

The mutation frequency found for PIK3R1 gene in lung cancer was 3.5%. The lack of the protein encoded by this gene (p85alpha) in lung cancer cell lines does not maintain constitutively active the AKT pathway. Contrary to the expectations, this pathway is less active in cell lines without p85alpha expression compared to other lung cancer cell lines without this alteration. Furthermore, the reintroduction of p85alpha protein in deficient lines decreases the expression of transcripts of the PI3K pathway that are protumorogenic.

In conclusion, in this thesis we have discovered two new tumor suppressor genes involved in lung carcinogenesis.