The Nucleolus : a connection between cell fate and tumorigenesis in colorectal cancer

Abstract

El càncer de colon es caracteritza per presentar una composició cel·lular heterogènia en la qual només un subgrup de cèl·lules retenen la capacitat de contribuir en el manteniment i creixement del tumor. L‘investigació duta a terme en aquesta tesis es focalitza en estudiar aquelles funcions biològiques que estan específicament enriquides en aquesta subpoblació tumoral comparat amb altres cèl·lules cancerígenes que no tenen potencial tumoral.

A partir de dades obtingudes en analitzar l’expressió genètica de cèl·lules mare normals i tumorals, hem descobert que l’activitat nucleolar està específicament sobre-activada en aquestes dues poblacions. Hem validat aquestes dades utilitzant diferents models in vivo i in vitro que ens permeten reproduir la biologia intestinal. Hem descobert que l’activitat nucleolar està regulada de forma heterogènia en els tumors de colon. Concretament, són les cèl·lules mare del tumor que presenten una major activació d’aquesta funció biològica. Utilitzant tècniques d’edició del genoma (CRISPR-Cas9) hem pogut generar cèl·lules tumorals de colon que expressen la proteïna RNA Polymerasa I fusionada a una molècula fluorescent (EGFP). D’aquesta manera hem pogut aïllar dels tumors de colon cèl·lules tumorals que presenten una elevada activitat nucleolar. Hem descobert que aquestes cèl·lules tenen una elevada capacitat tumoral, mentre que altres cèl·lules tumorals amb baixa activitat nucleolar no són capaces de retenir aquest potencial cancerigen. Finalment també hem obtingut evidències de que aquesta activitat nucleolar podria estar regulada per la via de senyalització de WNT i que el oncogen MYC podria jugar un paper molt important en aquest escenari.

Els resultats obtinguts durant aquesta tesis proveeixen nova informació per al que fa a les funcions biològiques que regulen el potencial tumoral de les cèl·lules de càncer de colon. Això en permetrà entendre millor la malaltia i poder desenvolupar noves teràpies més efectives.

Colorectal cancers (CRCs) are amalgams of phenotypically distinct tumor cell populations in which only a subset of cells retain the capacity to sustain tumor growth and propagate the disease. The research in this thesis has focus on the biological functions specifically enriched in this population compared with their differentiated and non-tumorigenic counterparts.

Data mining of the expression profiles of normal and cancer stem cells suggested that nucleolar function was enhanced in both types of stem cells. We have validated these in silico observations using different in vitro and in vivo models that allow us to reproduce the intestinal biology and disease. We have discovered that nucleolar activity is heterogeneously regulated in colorectal cancer (CRC) and that high levels of this activity correlate with the undifferentiated state of tumor cells. By means of CRISPR-Cas9 technology we have generated colorectal cancer organoids expressing endogenous RNA Polymerase I (RNA POL I) fused to a EGFP reporter protein. Analysis of tumor cells purified from patient derived xenografts (PDX) expressing high levels of RNA Pol I demonstrated that these cells display elevated rDNA transcriptional activity as well as tumorigenic potential. On the contrary, tumor cells with low levels of RNA Pol I represent a differentiated population with dismal tumor capacity. Furthermore, we also put forward evidence that nucleolar activity is WNT regulated and that the WNT target MYC may be essential in this scenario.

Taken together, our data provides new insights on the biology behind the differential tumorigenic behavior and fate of tumor cells in CRCs. Importantly, it also contributes to better understanding cell heterogeneity and may provide the basis for the development of new therapeutic strategies to tackle this disease.