A 3D culture system to study gene regulation in breast cancer cells

Abstract

In this Thesis we report the successful growth of hormone responsive T47D cells as 3D spheroids in Matrigel mimicking the ECM. A detailed characterization by using a genome-wide approach of the main physical and biochemical differences between cells cultured in conventional 2D and as 3D spheroids, focusing on the particular pathways regulated through mechano-transductional signaling. In the first two chapters, the main physical and genomic differences are detailed. 3D grown cells have a rounder nucleus with less accessible and more compacted chromatin, impacting on the regulation of over 2000 genes. Gene topology was by HiC, results indicate that 3D cells exhibit a subtle trend towards enrichment in regions belonging to the B compartment, a decrease on chromatin bound architectural protein CTCF and increased TAD fusion. In the third chapter we discuss the involvement of the Hippo pathway, involved in mechanosensing in 3D grown cells. In line with the observed p-LATS mediated phosphorylation of CTCF promoting its displacement from chromatin. Regarding hormone regulation, 3D grown cells respond more efficiently and exhibit an increase in PR binding sites leading to chromatin remodeling and to a higher number of regulated genes. Our results suggest that ECM exerts important effects on the structure and function of the breast cancer cell nucleus.

En esta tesis informamos del crecimiento de células T47D que responden a hormonas como esferoides 3D en Matrigel imitando la MEC. Una caracterización detallada de las principales diferencias físicas y bioquímicas entre las células cultivadas en 2D y como esferoides 3D, centrándose en las vías particulares reguladas a través de la señalización mecano-transduccional. En los dos primeros capítulos se detallan las principales diferencias físicas y genómicas. Las células cultivadas en 3D tienen un núcleo más redondo con cromatina menos accesible y más compactada, lo que influye en la regulación de más de 2000 genes. La topología génica analizada por HiC, indica que las células 3D exhiben una tendencia sutil hacia el enriquecimiento en las regiones que pertenecen al compartimento B, con una disminución de unión en la proteína CTCF y mayor fusión de TAD. En el tercer capítulo discutimos la participación de la vía Hippo, involucrada en la mecanosensibilidad en células cultivadas en 3D. La fosforilación de CTCF mediada por p-LATS promueve su desplazamiento de la cromatina. Con respecto a la regulación hormonal, las células cultivadas en 3D responden de manera más eficiente y exhiben un aumento en los sitios de unión de PR que conducen a la remodelación de la cromatina y a un mayor número de genes regulados. Nuestros resultados sugieren que la MEC ejerce efectos importantes sobre la estructura y función del núcleo de las células del cáncer de mama.