The role of the oncogene prostate tumor overexpressed-1 and the regulation of mRNA translation in prostate cancer progression and chemoresistance

Abstract

El cáncer de próstata (CaP) metastásico es actualmente incurable. Prostate tumor overexpressed 1 (PTOV1) se expresa a niveles altos en CaP y otras neoplasias asociado a estadíos más agresivos y mal pronóstico clínico. Un objetivo principal de esta tesis es estudiar la función de PTOV1 en la progresión del CaP y su papel en el desarrollo de resistencia a la quimioterapia, principalmente con taxanos. Hemos demostrado que PTOV1 induce una transición epitelio-mesénquima parcial promoviendo la sobreexpresión de c-Jun, Snail1 y vimentina. Como soporte de su relevancia en la progresión del cáncer de próstata, su downregulation significativamente inhibe el potencial tumorigénico y metastásico de células de cáncer de próstata PC3. La sobreexpresión de PTOV1 en células de cáncer de próstata sensibles al tratamiento con docetaxel incrementa la supervivencia de estas células tras la exposición a dicho fármaco e induce la sobreexpresión de genes relacionados con el fenotipo resistente al docetaxel (ABCB1, CCNG2 y TUBB2B). Además, PTOV1 favorece “in vitro” la formación de prostatoesferas y la expresión de genes de autorenovación (ALDH1A1, LIN28A, MYC y NANOG). Por el contrario, la disminución de expresión de PTOV1 disminuye la supervivencia celular provocando un arresto del ciclo celular en la fase G2/M seguido de muerte celular por apoptosis. Estos efectos son mayores en células resistentes al docetaxel. Análisis de bases de datos públicas de tumores de próstata sin tratar muestra que la expresión de PTOV1 correlaciona positivamente con mayor grado de los tumores, y con la expresión de CCNG2 y ALDH1A1. También observamos que PTOV1, CCNG2 y ALDH1A1 están significativamente sobreexpresados en el grupo de pacientes que posteriormente a la prostatectomía radical desarrolló metastatasis y que el análisis de las metástasis muestra gran expresión y amplificación de estos 3 genes, sugiriendo que estos genes podrían ser utilizados como predictores de metástasis y mal pronóstico. En otros tumores como máma y ovario, la mala respuesta a la quimioterapia está asociada a niveles más altos de PTOV1. En conjunto, nuestros datos confirman el papel pro-oncogénico de PTOV1 e indican que podría ser un gene candidato para determinar el pronóstico de pacientes con cáncer de próstata.

Un segundo objetivo era estudiar el papel de la desregulación de la traducción de proteínas en cáncer de próstata resistente a la supresión androgénica y a la quimioterapia. La mayoría de intentos para determinar el perfil genético de células de próstata resistente a las terapias han sido llevados a cabo mediante el análisis de la expresión génica usando el RNA total. Sin embargo, datos de otros y de nuestro grupo sugieren que el control a nivel de la traducción de proteínas es un importante regulador de la expresión génica en cáncer. En modelos desarrollados in vitro de células de cáncer de próstata resistentes a la supresión androgénica y la quimioterapia con docetaxel, hemos observado una disminución significativa de la proliferación y la vía de señalización PI3K/ AKT/mTOR, principal regulador de la síntesis de proteínas. Mediante secuenciación masiva (NGS) hemos analizado el conjunto de RNAm asociados a polisomas de estos modelos resistentes, como un reflejo más directo de aquellos transcritos que activamente están siendo traducidos. Mediante estos análisis, pretendemos discernir los mecanismos que operan la regulación de la traducción del RNA en la progresión del cáncer de próstata especialmente en el desarrollo de resistencia a las terapias.

Metastatic prostate cancer is presently incurable. Prostate tumor overexpressed 1 (PTOV1) is expressed at high levels in prostate cancer and other neoplasias in association with a more aggressive disease and poor clinical outcomes. One main objective of this thesis is to study PTOV1 function in prostate cancer progression and its role in the development and maintenance of resistance to current therapies, mainly chemotherapy with taxanes. We showed here that PTOV1 increased cell motility and invasion of prostate cancer cells inducing a partial epithelial-to-mesenchymal transition promoting the translation of c-Jun protein, Snail1 and Vimentin. In support of the relevance of PTOV1 in prostate cancer progression, its knockdown significantly inhibited the tumorigenic and metastatic potentials of PC-3 prostate cancer cells. Transduction of PTOV1 in docetaxel-sensitive Du145 and PC3 cells significantly increased cell survival after docetaxel exposure and induced docetaxel-resistance genes expression (ABCB1, CCNG2 and TUBB2B). In addition, PTOV1 induced prostatospheres formation and self-renewal genes expression (ALDH1A1, LIN28A, MYC and NANOG). In contrast, Du145 and PC3 cells knockdown for PTOV1 significantly accumulated in the G2/M phase, presented a concomitant increased subG1 peak, and cell death by apoptosis. These effects were enhanced in docetaxel-resistant cells. Analyses of tumor datasets show that PTOV1 expression significantly correlated with prostate tumor grade, drug resistance (CCNG2) and self-renewal (ALDH1A1, MYC) markers. These genes are concurrently overexpressed in most metastatic lesions. Metastases also show PTOV1 genomic amplification in significant co-occurrence with docetaxel-resistance and self-renewal genes. Our findings identify PTOV1 as a promoter of docetaxel-resistance and self-renewal characteristics for castration resistant prostate cancer. The concomitant increased expression of PTOV1, ALDH1A1 and CCNG2 in primary tumors, may predict metastasis and bad prognosis. In addition high expression of PTOV1 in breast and ovarian tumors are associated with bad response to chemotherapy and lower overall survivals.​ Altogether, data point to a pro-oncogenic role of PTOV1 in different tumors and indicate that it is a candidate gene for patient prognosis.

A second main objective is to study the role of translation deregulation in aggressive prostate cancer, in particular in the cells resistance to most conventional therapies used in metastatic in prostate cancer. Most attempts to determine the mRNA profile of androgen independent cells and chemoresistant cells have made use of total RNA for gene expression analysis. However, several lines of evidence suggest that translational control is a central regulator of gene expression in cancer. By using polysome profiling coupled to RNA-seq approach we aim to discern selective regulation of a subset of mRNAs among resistant cells that might help us to elucidate the mechanisms operating in the control of RNA translational in prostate cancer progression, especially in the development of resistance to current therapies.