Characterization of the Role of Cyclin D1 and Ral GTPases in the Proliferation and Dissemination of Glioblastoma

Abstract

El glioblastoma (GBM) és el tumor més freqüent del sistema nerviós central en adults. Aquesta neoplàsia mostra una elevada capacitat d’evasió migrant cap als teixits circumdants que impossibiliten la resecció quirúrgica completa. Per tant, es necessiten noves teràpies antitumorals per al tractament de GBM. En aquest context, l’activitat del complex oncogènic ccnd1-CDK4 i de les GTPases Ral A i Ral B es consideren objectius terapèutics prometedors. Per exemple, hem descrit anteriorment que ccnd1-CDK4 activa les GTPases Rac1 i Ral promovent la invasió dels carcinomes. Així, els principals objectius d’aquesta tesi són caracteritzar el paper de la ciclina D1 i les Ral GTPases en la proliferació i difusió dels glioblastomes, i avaluar si la inhibició d’aquestes proteïnes és suficient per al tractament de GBM. En general, aquest estudi resol que ccnd1 i Ral GTPases poden ser objectius possibles per al tractament de GBM. Mostrem que CycD1-Cdk4 promou la invasió de GBM mitjançant l’activació de les vies de paxil·lina-Rac1 i Ral GTPases. In vivo, la presència de complexos citoplasmàtics ccnd1-CDK4 indueix la difusió dels GBM. La inhibició de l'activitat ccnd1-CDK4 dificulta la invasió de cèl·lules de GBM independentment de l'estat de RB1. No obstant això, la inhibició del complex només impedeix el creixement de cèl·lules de GBM RB1-positives. L'inhibidor de ccnd1-CDK4 ,Palbociclib, ja ha estat aprovat per la FDA com a tractament per reduir la proliferació del càncer de mama triple negatiu. No obstant, el nostre treball proposa un nou concepte en l’ús dels inhibidors de ccnd1-CDK4, la inhibició de l’activitat associada a ccnd1 és especialment eficaç evitant la difusió de les cèl·lules tumorals, essent raonablement rellevant en tumors com el GBM. Pel que fa a les Ral GTPases, els nostres resultats indiquen que aquestes GTPases conserven el creixement de cèl·lules GBM evitant una resposta senescent que pot ser estimulada per l’excés de danys a l’ADN present en les cèl·lules de GBM primàries (estrès oncogènic). La inhibició de Ral GTPases promou senescència, per la qual cosa frena la proliferació de cèl·lules de GBM. Malauradament, no hi ha inhibidors funcionals disponibles. Finalment, en aquest treball, vaig realitzar l’anàlisi del quinoma induït per l’expressió citoplasmàtica de ccnd1. Les dades preliminars juntament amb els resultats obtinguts amb les cèl·lules primàries de GBM suggereixen que la ccnd1 citoplasmàtica podria tenir un paper destacat com a mediador de senyalització cel·lular. A més, el coneixement d’aquest rol associat a l’activitat citoplasmàtica de ccnd1 pot ser un instrument poderós per a tractaments futurs contra el càncer.

El glioblastoma (GBM) es el tumor más común en el sistema nervioso central en adultos. Esta neoplasia muestra una capacidad elevada de evasión al migrar a los tejidos circundantes, lo que hace imposible la resección quirúrgica completa. Por este motivo se requieren nuevas terapias antitumorales para su tratamiento. En este contexto, la actividad del complejo oncogénico ccnd1-CDK4 y las GTPasas Ral A y Ral B se consideran dianas terapéuticas prometedoras. . Por ejemplo, anteriormente hemos descrito ccnd1-CDK4 activa las GTPasas Rac1 y Ral promoviendo la invasión de los carcinomas. Por lo tanto, los principales objetivos de esta tesis son caracterizar el papel de la ciclina D1 y las Ral GTPasas en la proliferación y diseminación de los GBM, y evaluar si la inhibición de estas proteínas es lo suficientemente efectiva para su tratamiento. En general, este estudio caracteriza ccnd1 y Ral GTPasas como posibles objetivos para el tratamiento de GBM. Mostramos que ccnd1-CDK4 promueve la invasión de GBM a través de la activación de las vías paxilina-Rac1 y Ral GTPasas. In vivo, la presencia de complejos citoplasmáticos ccnd1-CDK4 induce la diseminación de los GBM. La inhibición de la actividad de ccnd1-CDK4 dificulta la invasión de células de GBM independientemente del estado RB1. Sin embargo, la inhibición del complejo solo impide el crecimiento en células de GBM positivas para RB1. El inhibidor de ccnd1-CDK4, Palbociclib, ya ha sido aprobado por la FDA como un tratamiento para reducir la proliferación del cáncer de mama triple negativo. En cambio, nuestro trabajo propone un nuevo concepto para el uso de este inhibidor, la inhibición de la actividad asociada a ccnd1 es particularmente eficaz para evitar la diseminación de células tumorales, siendo razonablemente relevante en tumores como el GBM. Con respecto a las Ral GTPasas, nuestros resultados indican que preservan el crecimiento de las células GBM al evitar una respuesta senescente que puede ser estimulada por el exceso de daño en el ADN presente en las células primarias de GBM (estrés oncogénico). La inhibición de las Ral GTPasas promueve senescencia y, en consecuencia, detiene la proliferación en las células GBM. Desafortunadamente, no hay inhibidores funcionales disponibles. Finalmente, en este trabajo, realicé el análisis del quinoma inducido por la expresión citoplasmática de ccnd1. Los datos preliminares, junto con los resultados obtenidos con las células de GBM primarias, sugieren fuertemente que la ccnd1 citoplasmática podría tener un papel prominente como mediador de señalización celular. Además, el conocimiento de este papel asociado con la actividad citoplasmática de ccnd1 puede ser un instrumento poderoso para futuros tratamientos contra el cáncer.

Glioblastoma (GBM) is the most common tumor in the central nervous system in adults. This neoplasia shows an elevated capacity of evasion by migrating to surrounding tissues that makes the complete surgical resection impossible. Then, new anti-tumoral therapies are required for GBM treatment. In this context, the activity of the oncogenic complex ccnd1-CDK4 and the small GTPases Ral A and Ral B are considered promising therapeutic targets. For instance, we previously described that ccnd1-CDK4 activates the small GTPases Rac1 and Ral promoting carcinoma invasion. Thus, the main objectives of this thesis are to characterize the role of cyclin D1 and Ral GTPases in the proliferation and dissemination of glioblastomas, and to evaluate whether the inhibition of these targets is enough effective for GBM treatment. Overall, this study resolves that ccnd1 and Ral GTPases could be possible targets for GBM treatment. We show that ccnd1-CDK4 promotes GBM invasion through the activation of the Paxillin-Rac1 and Ral GTPases pathways. In vivo, the presence of cytoplasmic ccnd1-CDK4 complexes induces GBM dissemination. The inhibition of ccnd1-CDK4 activity hinders the invasion of GBM cells independently of the RB1 status. However, the inhibition of the complex only impede the growth in RB1-positive GBM cells. Ccnd1-CDK4 inhibitor Palbociclib has already been approved by FDA as a treatment to reduce the proliferation in triple negative breast cancer. Conversely, our work proposes a new concept in the use of ccnd1-CDK4 inhibitors, the inhibition of ccnd1-associated activity is particularly efficient avoiding tumoral cells dissemination, and this matter is reasonably relevant in tumors such as GBM. Concerning Ral GTPases, our results indicate that these small GTPases preserve growth of GBM cells by avoiding a senescent response that may be stimulated by the excess of DNA damage present in primary GBM cells (oncogenic stress). The inhibition of Ral GTPases promotes senescence, consequently arresting proliferation in GBM cells. Unfortunately, there are no available functional inhibitors. Finally, in this work, I carried out the analysis of the kinoma induced by cytoplasmic expression of ccnd1. The preliminary data together with the results obtained with primary GBM cells strongly suggests that cytoplasmic ccnd1 could have a prominent role as cell signaling mediator. Furthermore, the knowledge of this role associated with the cytoplasmic activity of ccnd1 may be a powerful instrument for future cancer treatments.