Estudi del paper del TGF-β en la carciogènesi causada per la deficiència de PTEN

Abstract

The TGF-β and the PI3K/Akt/mTROC1 pathways are two important regulators of the homeostasis of endometrial cellular cells. Alterations in the elements of these two pathways have been associated with endometrial carcinogenesis. On the one hand, the PI3K/Akt pathway is one of the main regulators of cell proliferation in the endometrium, this pathway is altered in a large number of endometrial tumors, both due to gain of function alterations and also because a loss of its main inhibitor, Pten. On the other hand, the TGF-/Smad pathway is also capable of regulating cell proliferation in a large number of tissues. Its role in cell regulation is controversial cause it can act as a tumor suppressor or as a powerful inducer of EMT and metastasis, depending on the cellular context on which it acts. That is why this thesis analyzes the effect of TGF- in the same cell type (endometrial epithelial cells) but in two different contexts, one in a well-polarized three-dimensional culture and another in a two-dimensional culture with poor cellular polarization. In recent times, many interaction mechanisms have been described between these two pathways that attempt to explain the coordinated effects which occurs between the PI3K/Akt and the TGF-β pathway that regulate processes such as proliferation and cell survival. In this thesis, the effects of cellular polarity and alterations in the PI3K/Akt and the TGF-/Smad pathways have been studied in terms of proliferation and survival on endometrial epithelial cells, as well as its role in the development and progression of endometrial cancer. To achieve these objectives, genetically modified murine models and three-dimensional endometrial cell cultures have been used. In the case of three-dimensional cultures of normal endometrial cells, TGF- is capable to induce apoptotic cell death. However, in Smad3 or Pten deficient cultures, there is a total inhibition of the apoptotic cell death induced by TGF-β and a marked increase in cell proliferation. These results support a tumor suppressor role of TGF-β when acting on endometrial cells, and that molecular alterations that affect its signaling can result in the acquisition of resistance to apoptosis and an increased cell proliferation, two of the fundamental characteristics of oncogenic processes. At a molecular level, the possible interactions between PTEN and Smads have been studied. In this terms, the results show that Smad3 directly regulates Pten transcription and, on the other hand, that PTEN regulates the activation of the Smads, establishing a regulation loop between these two pathways that control cell proliferation and tumor suppressor functions in the endometrium. In the second part of this thesis, the effects of the presence of extracellular matrix and the establishment of correct cellular polarity in relation to TGF-β effects on endometrial cells have been studied. Unlike the effects observed in three-dimensional cultures, the lack of extracellular matrix and the consequent loss of cellular polarity causes a completely different response to TGF-β addition to these cells changing the apoptotic cell response to an induction of the epithelial-mesenchymal transition leading a brake in cell proliferation. At a molecular level, the absence of the extracellular matrix has been shown to cause an over-activation of the PI3K/Akt and the ERK/MAPK pathways, resistance to apoptosis induced by TGF-β and a promotion of the epithelial to mesenchymal transition. These results show that the correct establishment of cellular polarity due to the presence of cell matrix can act as an important tumor suppressor.

La via del TGF-β i la via PI3K/Akt/mTROC1 són dos importants reguladors de l’ homeòstasi cel·lular de les cèl·lules endometrials. Alteracions en elements d’ aquestes dues vies s’ han associat a processos relacionats amb la carcinogènesi endometrial. Per una banda, la via PI3K/Akt és una de les principals reguladores de la proliferació cel·lular en l’ endometri, aquesta via es troba alterada en un gran nombre de tumors endometrials, tant per alteracions que li confereixen guany de funció com per alteracions que provoquen la pèrdua del seu principal inhibidor, Pten. Per altra banda, la via TGF-/Smad també és capaç de regular la proliferació cel·lular en un gran nombre de teixits, el seu paper en quan a aquesta regulació és controvertit ja que pot actuar tant com a supressor tumoral com a un potent inductor de l’ EMT i la metàstasis, tot depenent del context cel·lular sobre el qual actua. És per això, que en aquesta tesi s’ analitza l’ efecte del TGF- en el mateix tipus cel·lular (cèl·lules epitelials d’ endometri) però en dos contextos diferents, un en cultiu tridimensional ben polaritzat gràcies a la presència de matriu extracel·lular i un altre en cultiu bidimensional amb una polarització cel·lular deficient. En els últims temps s’ han descrit nombrosos mecanismes d’ interacció entre aquestes dues vies que intenten explicar els efectes coordinats que es donen entre la via PI3K/Akt i la del TGF- en processos tals com proliferació i supervivència cel·lular. En aquesta tesi s’ han estudiat els efectes de la polaritat cel·lular i de les alteracions en la via PI3K/Akt i TGF-/Smad en la proliferació i la supervivència de les cèl·lules epitelials d’ endometri, així com també el seu paper en el desenvolupament i la progressió del càncer endometrial. Per assolir aquests objectius s’ han utilitzat models murins genèticament modificats i cultius tridimensionals de cèl·lules endometrials. En el cas dels cultius tridimensionals de cèl·lules d’ endometri normals el TGF- és capaç d’ induir una mort cel·lular apoptòtica. En canvi, en cultius deficients en Smad3 o Pten, hi ha una inhibició total de la mort induïda per TGF- i un marcat increment de la proliferació cel·lular. Aquests resultats recolzen un paper de supressor tumoral del TGF- quan actua sobre cèl·lules d’ endometri, i que alteracions moleculars que afecten a la seva senyalització resulten en l’ adquisició de resistència a l’ apoptosi i en un increment de la proliferació cel·lular, dos de les característiques fonamentals dels processos oncogènics. A nivell molecular, s’ han estudiat les possibles interaccions entre PTEN i les Smads. En aquest sentit, els resultats demostren que, per una banda, Smad3 regula de forma directa la transcripció de Pten i, per una altra banda, que PTEN regula l’ activació de les Smads, establint-se així un bucle de regulació entre ambdues vies que controla la proliferació cel·lular i condiciona la funció de supressor tumoral en l’ endometri. En la segona part d’ aquesta tesi, s’ han estudiat els efectes de la presència de matriu extracel·lular i l’ establiment d’ una correcta polaritat cel·lular en relació amb els efectes del TGF- en cèl·lules endometrials. A diferència del efectes observats en cultius tridimensionals, la manca de matriu extracel·lular i la conseqüent pèrdua de la polaritat cel·lular fa que l’ addició del TGF- en aquestes cèl·lules canviï completament la resposta cel·lular apoptòtica per una inducció de la transició epiteli-mesènquima i una frenada en la proliferació. A nivell molecular, s’ ha demostrat que l’ absència de matriu extracel·lular causa una sobre-activació de les vies PI3K/Akt i ERK/MAPK, resistència a l’ apoptosi induïda pel TGF- i una promoció de la transició epiteli-mesènquima. Aquests resultats demostren que el correcte establiment de la polaritat cel·lular gràcies a la presència de matriu extracel·lular pot actuar com a un important supressor tumoral.

La vía del TGF-β y la vía PI3K/Akt/mTROC1 son dos importantes reguladores de la homeostasis celular de las células endometriales. Alteraciones en elementos de estas dos vías se han asociado a procesos relacionados con la carcinogénesis endometrial. Por un lado, la vía PI3K/Akt es uno de los reguladores principales de la proliferación celular en el endometrio, esta vía se encuentra alterada en un gran número de tumores endometriales, bien por alteraciones que le confieren ganancia de función como también por alteraciones que provocan la pérdida de su principal inhibidor, Pten. Por otra parte, la vía TGF-/Smad también es capaz de regular la proliferación celular en un gran número de tejidos, su papel en esta regulación es controvertido ya que puede actuar tanto como supresor tumoral o como un potente inductor de la EMT y la metástasis, dependiendo del contexto celular en el que actúa. Es debido a esta dicotomía, que en esta tesis se analiza el efecto del TGF- sobre el mismo tipo celular (células epiteliales endometriales) pero en dos contextos diferentes, uno en cultivo tridimensional bien polarizado y otro en cultivo bidimensional con una polarización celular deficiente. En los últimos tiempos se han descrito numerosos mecanismos de interacción entre estas dos vías que intentan explicar los efectos coordinados que se dan entre la vía PI3K/Akt y la del TGF- en procesos tales como proliferación y supervivencia celular. En esta tesis se han estudiado los efectos de la polaridad celular y de las alteraciones en la vía PI3K/Akt y TGF-/Smad en la proliferación y la supervivencia de las células epiteliales de endometrio, así como también su papel en el desarrollo y progresión del cáncer endometrial. Para alcanzar estos objetivos, se han utilizado modelos murinos genéticamente modificados y cultivos tridimensionales de células endometriales. En el caso de los cultivos tridimensionales de células de endometrio normales el TGF- es capaz de inducir una muerte celular apoptótica. En cambio, en cultivos deficientes en Smad3 o Pten, hay una inhibición total de la muerte inducida por TGF- y un marcado incremento de la proliferación celular. Estos resultados apoyan un papel de supresor tumoral del TGF- cuando actúa sobre células de endometrio, así como el hecho que alteraciones moleculares que afectan a su señalización resultan en la adquisición de resistencia a la apoptosis y en un incremento de la proliferación celular, dos de las características fundamentales de los procesos oncogénicos. A nivel molecular, se han estudiado las posibles interacciones entre PTEN y las Smads. En este sentido, los resultados demuestran que Smad3 regula de forma directa la transcripción de Pten y, por otra parte, que PTEN regula la activación de las Smads, estableciéndose así un bucle de regulación entre ambas vías que controla la proliferación celular y condiciona la función de supresor tumoral en el endometrio. En la segunda parte de esta tesis, se han estudiado los efectos de la presencia de matriz extracelular y el establecimiento de una correcta polaridad celular en relación con los efectos del TGF- en células endometriales. A diferencia de los efectos observados en cultivos tridimensionales, la falta de matriz extracelular y la consecuente pérdida de la polaridad celular hace que la adición del TGF- en estas células cambie completamente la respuesta celular apoptótica por una inducción de la transición epitelio-mesénquima y provoque una parada en la proliferación. A nivel molecular, se ha demostrado que la ausencia de matriz extracelular causa una sobre-activación de las vías PI3K/Akt y ERK/MAPK, resistencia a la apoptosis inducida por TGF- y una promoción de la transición epitelio-mesénquima. Estos resultados demuestran que el correcto establecimiento de la polaridad celular gracias a la presencia de matriz extracelular puede actuar como un importante supresor tumoral.