Estudio de los mecanismos moleculares que promueven la progresión del carcinoma escamoso de piel

Abstract

El carcinoma escamoso (SCC) es el segundo tumor de piel más frecuente en humanos caucásicos. Estudios recientes demuestran que el crecimiento tumoral es mantenido por una población de células tumorales, las células madre del cáncer (CSCs), con capacidad de autorenovación y diferenciación, las cuales serían además responsables del desarrollo de metástasis. Nuestros estudios previos demostraron que los carcinomas escamosos de piel de estadios tempranos, que muestran características de diferenciación epitelial (WD- SCCs), progresan a carcinomas indiferenciados y con características mesenquimales (PD/S-SCCs), los cuales presentan un crecimiento mucho más agresivo y una mayor capacidad metastásica que los WD-SCCs.

El objetivo principal esta tesis es estudiar los mecanismos moleculares que promueven la progresión del SCC de piel de ratón y determinar si el origen o la localización de las células madre (SCs) epidérmicas favorece la progresión de los SCCs y el desarrollo de PD-SCCs.

Nuestros resultados demuestran que, tanto la población de SCs de la epidermis interfolicular (IFE) y su progenie, como las SCs del bulge del folículo piloso y su progenie, contribuyen a la generación de WD-SCCs y PD-SCCs en los ratones K14-HPV16. Sin embargo, observamos que se produce un mayor desarrollo de PD-SCCs a partir de las SCs del folículo piloso y su progenie que a partir de las SCs de la IFE y su progenie. Estos resultados sugieren que la generación de los tumores más indiferenciados y agresivos estaría favorecida por el origen folicular de las SCs.

Por otra parte, demostramos que durante la progresión de los WD-SCCs a PD/S-SCCs se produce una expansión de la población de CSCs y una fuerte inducción del programa de transición epitelio-mesénquima (EMT), que correlaciona con un incremento del crecimiento tumoral y un mayor desarrollo de metástasis. La caracterización molecular de las CSCs de los SCCs en diferentes estadíos de progresión demostró, que las características y las vías de señalización que regulan la proliferación y la supervivencia de esta población de células cambian a lo largo de la progresión. Así, los PD/S-SCCs presentan atenuada la vía de señalización de β-catenina, la cual juega un papel importante en estadios tempranos de progresión. Además, mientras que la activación autocrina de la vía de EGFR promueve la proliferación de las CSCs de WD-SCCs, esta vía está atenuada en las CSCs de los PD/S-SCCs, donde se produce la activación autocrina de las vías de PDGFRα y FGFR1. Nuestros datos demuestran que la activación de la vía de FGFR1 en PD/S-SCCs induce significativamente la proliferación de las CSCs y el crecimiento tumoral, mientras que la activación autocrina de la vía de PDGFRα promueve la capacidad de migración e invasión de las CSCs y, en consecuencia, el desarrollo de metástasis de los PD/S-SCCs.

Estudios previos mostraron que determinadas señales o factores del microambiente tumoral, promueven la proliferación y la diseminación de las CSCs y en consecuencia, el crecimiento tumoral y el desarrollo de metástasis. Nosotros demostramos que durante la progresión de los SCCs, se producen importantes cambios en el microambiente tumoral, como una disminución del porcentaje de células inmunes que infiltran el tumor, un aumento de la angiogénesis e importantes cambios en la expresión de citoquinas y de sus respectivos receptores. En este sentido, observamos que los PD/S-SCCs presentan un aumento de la expresión de citoquinas angiogénicas como Ccl2, Cx3cl1 y Sdf-1α, correlacionando con el aumento de la angiogénesis observada en estos tumores. Además, demostramos que la activación autocrina de la vía de PDGFRα induce la producción de SDF-1α y la activación autocrina de esta vía a través de CXCR4 en las CSCs de los SCCs avanzados. La activación de la vía de SDF-1α/CXCR4 induce significativamente la proliferación y la capacidad de invasión de las CSCs de PD/S-SCCs, así como el crecimiento de los tumores avanzados y el desarrollo de metástasis. Por lo tanto, estos resultados indican PDGFRα estimula la invasión y migración de las CSCs y el desarrollo de metástasis a través de la activación de la vía de SDF-1α.

Tumor growth is sustained by cancer stem cells (CSCs), which is also responsible of metastases development and resistance to chemotherapy. Our previous studies demonstrated that mouse skin squamous cell carcinoma (SCCs) exhibiting epithelial differentiation traits (WD-SCCs), progress to undifferentiated carcinomas with mesenchymal features (PD/S-SCCs), which show aggressive growth and enhanced metastasis compared to WD-SCCs. Our major aim was to determine mechanisms involved in skin SCC progression. We found that, although stem cells (SCs) from interfolicular epidermis (IFE) and those from hair follicles contribute to the generation of PD-SCCs in K14-HPV16 mice, the percentage of PD-SCCs generated from hair follicle SCs and its progeny was higher than from IFE SCs, suggesting that the progression from WD-SCCs to PD- SCCs may be favored by the follicular origin of SCs. The characterization of SCCs at different stages of progression demonstrated that PD/S-SCCs show an expansion of CSCs and a strong induction of the EMT program, correlating with the aggressive growth and enhanced metastasis associated to these tumors. Furthermore, features and signaling pathways regulating proliferation/survival and dissemination of these CSCs change during progression. Thus, whereas WNT/-catenin signaling and an autocrine activation of EGFR promote the proliferation and survival of WD-SCC CSCs (E-CSCs), these signaling were attenuated in PD/S-SCC CSCs (L- CSCs). In contrast, an autocrine activation of FGFR1 and PDGFRα pathways were induced in L- CSCs. Activation of FGFR1 signaling induced L-CSCs proliferation and tumor growth, whereas the autocrine activation of the PDGFRα signaling induced L-CSCs migration and invasiveness, and metastasis development. Previous studies demonstrated that signals from tumor microenvironment promote CSCs proliferation and dissemination. Here, we demonstrated that the microenvironment features change during SCCs progression. Thus, tumor immune infiltrate was strongly reduced and the angiogenesis was induced in advanced SCCs, whereas the cytokines expression by tumor cells dramatically changed, suggesting that the activation of cytokine-dependent signaling may contribute to PD/S-SCC growth and metastasis. Finally, we demonstrated that the activation of the PDGFRα pathway in L-CSCs induces SDF-1α synthesis and an autocrine activation of CXCR4 in L-CSCs, which promote tumor growth and metastasis. Therefore, PDGFRα stimulates metastasis development through of the activation of SDF-1α pathway.