Prognostic and therapeutic significance of KIF11 in neuroblastoma

Abstract

Els neuroblastomes d’alt risc són tumors embrionaris molt agressius que proliferen molt ràpidament. Encara que actualment s’utilitzen teràpies multimodals per tractar els pacients, més del 50% recau, i la seva supervivència al cap de 5 anys és menor del 50%. Per tant, és necessari trobar noves teràpies més efectives que incrementin les probabilitats de supervivència d’aquests pacients. KIF11 és una proteïna motora que és indispensable per la formació del fus acromàtic i per la progressió de la cèl·lula a les diferents fases de la mitosis. KIF11 també ha estat descrita com a diana terapèutica en varis tipus de tumors. En aquesta tesis hem investigat els efectes de l’inhibidor oral de KIF11 4SC-205 en neuroblastoma d’alt risc utilitzant models preclínics de tumors primaris i de metàstasis. El valor pronòstic de KIF11 es va investigar analitzant el nivell d’expressió de ARNm en bases de dades públiques i per immunohistoquímica en microarrays de teixits. A partir d’aquestes dades, vam observar que l’alta expressió de KIF11 està relacionada a pitjor supervivència i a alteracions genètiques associades a tumors agressius, com l’amplificació del gen MCYN, la pèrdua de heterozigositat del 1p36 o el guany del 17q23. A continuació vam investigar la inhibició gènica i farmacològica de KIF11 en línies cel·lulars de neuroblastoma. Vam veure que l’inhibidor 4SC-205 recapitula els efectes fenotípics del silenciament gènic, tant in vitro com in vivo, induint arrest en mitosis durant el cicle cel·lular i la subseqüent mort per apoptosis. In vivo, vam observar que el 4SC-205 inhibeix el creixement del tumor primari en models xenografts subcutanis de ratolí, en models PDOX (sigles de l’anglès Patient-Derived Orthotopic Xenograft) i models de metàstasis. Finalment, vam veure que el 4SC-205 potencia l’efecte de la quimioteràpia estàndard (cisplatí, doxorubicina i topotecan) i teràpies dirigides com la inhibició d’ALK i de la via de RAS/MAPK. Aquests resultats suggereixen que la inhibició de KIF11 utilitzant el 4SC-205 tot sol o en combinació amb quimioteràpia convencional i/o teràpies dirigides podria ser una nova estratègia terapèutica per tractar els pacients amb neuroblastoma d’alt risc.

Los neuroblastomas de alto riesgo son tumores embrionarios muy agresivos que proliferan muy rápidamente. A pesar del uso de terapias multimodales, aproximadamente un 50% de los pacientes presenta recaídas, y su supervivencia a los 5 años es inferior al 50%. Por lo tanto, es necesario encontrar nuevas terapias más eficaces que permitan aumentar la probabilidad de supervivencia de estos pacientes. KIF11 es una proteína motora que es indispensable para la formación del huso acromático y para la progresión de la célula a las distintas fases de la mitosis. KIF11 ha sido descrita como diana terapéutica en varios tipos de tumores del adulto. En esta tesis hemos investigado los efectos del inhibidor oral de KIF11 4SC-205 en neuroblastoma de alto riesgo usando modelos preclínicos de tumores primarios y de metástasis. El valor pronóstico de KIF11 se investigó analizando los niveles de expresión de ARNm en bases de datos públicos y por inmunohistoquímica en microarrays de tejidos. Usando estos datos, observamos que la expresión de KIF11 correlaciona con una peor supervivencia y con alteraciones génicas asociadas a tumores agresivos, como la amplificación del gen MYCN, la pérdida de heterocigosidad del 1p36 o la ganancia del 17q23. A continuación investigamos la inhibición génica y farmacológica de KIF11 en líneas celulares de neuroblastoma. Vimos que el inhibidor 4SC-205 recapitula los efectos fenotípicos del silenciamento génico, tanto in vitro como in vivo, induciendo arresto en mitosis durante el ciclo celular y la subsecuente muerte por apoptosis. In vivo, observamos que el 4SC-205 inhibe el crecimiento del tumor primario en modelos de xenotrasplates subcutáneos de ratón, en modelos PDOX (siglas del inglés Patient-Derived Orthotopic Xenograft) y modelos de metástasis. Finalmente, vimos que el 4SC-205 potencia los efectos de la quimioterapia estándar (cisplatino, doxorubicina y topotecan) y terapias dirigidas como la inhibición de ALK y de la vía de RAS/MAPK. Estos resultados sugieren que la inhibición de KIF11 utilizando el 4SC-205 sólo o en combinación con quimioterapia convencional y/o terapias dirigidas podría ser una nueva estrategia terapéutica para tratar pacientes con neuroblastoma de alto riesgo.

High-risk neuroblastomas are highly proliferative embryonal tumors with extremely aggressive behavior. Despite multimodal therapies, more than 50% of patients relapse, and their 5-year overall survival is still below than 50%. Therefore, it is necessary to find more effective therapies to increase the survival chances of these patients. KIF11 is a motor protein that is essential for bipolar spindle formation and mitotic progression in human cells and is a therapeutic target in multiple tumor types. In this thesis, we investigated the effects of the oral KIF11 inhibitor, 4SC-205, in high-risk neuroblastoma using preclinical primary and metastatic models. KIF11 prognostic value was analyzed by mining publicly available mRNA expression datasets and immunohistochemistry in neuroblastoma tissue microarrays. We found that high KIF11 expression correlated with poor overall survival and genetic variables associated with aggressive neuroblastomas, such as MYCN amplification, -1p36, and +17q23. We next investigated the genetic and pharmacological inhibition of KIF11 in neuroblastoma cell lines. We demonstrated that 4SC-205 recapitulated KIF11 silencing phenotypic effects in vitro and in vivo, inducing cell cycle arrest during mitosis and the subsequent induction of apoptosis. In vivo, 4SC-205 inhibited primary tumor growth in subcutaneous and orthotopic patient-derived xenografts and reduced the metastatic burden. Finally, 4SC-205 potentiated the therapeutic effect of standard chemotherapies (cisplatin, doxorubicin, and topotecan) and targeted therapies such as ALK and RAS/MAPK inhibitors. These findings suggest that KIF11 inhibition using 4SC-205 alone or in combination with conventional and/or targeted therapeutics is a potential new therapeutic strategy to treat high-risk neuroblastomas.