Targeting Mek1/2-Erk1/2 signaling pathway in pancreatic cancer

Abstract

El cáncer de páncreas es una de las enfermedades más letales, siendo la cuarta causa de muerte por cáncer en países occidentales. Con una supervivencia global a los 5 años de alrededor del 5%, el tratamiento estándar actual consiste en quimioterapia, y la amplia mayoría de terapias dirigidas que se han probado hasta ahora no han tenido éxito. Por ello, es necesario el desarrollo de nuevas terapias contra componentes clave de esta enfermedad, así como que combatan los mecanismos de resistencia. Alrededor del 90% de los cánceres de páncreas contienen mutaciones en K-Ras, clave para el desarrollo de esta enfermedad. K-Ras es una GTPasa que transduce señales iniciadas en receptores tirosina quinasa (RTKs) y controla proliferación celular y supervivencia, entre otras funciones. A pesar del desarrollo de inhibidores específicos de K-Ras durante las últimas décadas, ninguno ha conseguido demostrar eficacia en la clínica. Como consecuencia, los esfuerzos se han dirigido a inhibir a las proteínas reguladas por K-Ras, como las Raf o las Mek. Sin embargo, a pesar de que los inhibidores de B-Raf y Mek1/2 han demostrado eficacia clínica en melanoma, en cáncer de páncreas no se ha observado tal eficacia. En esta tesis, probamos la eficacia de la inhibición de Mek1/2 en modelos de cáncer de páncreas, en combinación con quimioterapia, utilizando líneas celulares y xenoinjertos derivados de pacientes con cáncer páncreas (PC-PDXs). Sin embargo, demostramos que este efecto se ve limitado por la aparición de clones resistentes, que resultan como consecuencia del alto grado de heterogeneidad de estos tumores. En este trabajo también se muestra que, cuando las células de cáncer de páncreas adquieren resistencia a la inhibición de Mek1/2, aumentan la expresión del factor de transcripción Slug. Este factor de transcripción induce resistencia, con un mecanismo de acción que consiste en desacoplar la división celular del control de la ruta de señalización Raf-Mek-Erk. Además, la expresión de Slug correlaciona con resistencia en células de cáncer de páncreas y melanoma. Asimismo, también mostramos que Slug controla la capacidad metastásica de las células de resistentes y es un indicador de mal pronóstico en pacientes con cáncer de páncreas y melanoma.

Pancreatic cancer is one of most lethal human diseases, being the fourth leading cause of cancer-related deaths in western countries. With a 5-year overall survival of around 5%, the development of novel therapies is needed. The current standard treatment for this disease consists of chemotherapy, and many targeted therapies have failed to improve patients’ survival so far. For this reason, the development of novel therapies targeting key components of this cancer as well as the study of resistance becomes necessary. 90% of pancreatic cancers are mutated in the GTPase K-Ras, required for the development of this disease. K-Ras is a GTPase that transduces signals from tyrosine kinase receptors (RTKs) and controls cell proliferation and survival. Despite the initial approaches for pharmacologically inhibiting K-Ras started more than twenty years ago, none of the inhibitors has succeed in the clinics so far. As K-Ras is still considered ‘undruggable’, the efforts have been focused on targeting its downstream effectors, as the Raf and Mek proteins. Despite B-Raf and Mek1/2 inhibitors have improved patients’ survival in melanoma, they have failed to succeed in pancreatic cancer patients. In this work, we assess the efficacy of Mek1/2 inhibition against pancreatic cancer. Using cell lines and pancreatic cancer-derived xenografts (PC-PDXs), we gauged the efficacy of the Mek1/2 inhibitor MEK162 in addition to the standard chemotherapy and we show that it impairs growth in vitro and in vivo. However, we also demonstrate that the effectiveness of Mek1/2 inhibition is limited by the emergence of resistant clonal populations, that result from the high degree of tumor heterogeneity and they compromise the effectiveness of this treatment. In this thesis, we also demonstrate that, when pancreatic cancer cells acquire resistance to Mek1/2 inhibition they increase the expression of the EMT zinc finger transcription factor Slug. This transcription factor regulates resistance to Mek1/2 inhibitors in pancreatic cancer cells by uncoupling the regulation of cell division by the Mek1/2-Erk1/2 pathway, and it correlates with resistance in a panel of pancreatic cancer and melanoma cell lines. Likewise, Slug is responsible for the enhanced metastatic ability of resistant cells, and it consistently correlates with poor survival in pancreatic cancer and melanoma patients.