The role of α9ß1 integrin in tumour progression: development of inhibitory strategies to prevent metastasis

Abstract

El cáncer es una de las enfermedades más prevalentes a nivel mundial y cada año millones de personas son diagnosticadas con esta enfermedad, que ya es la segunda causa de muerte prematura en los países desarrollados. Aunque importantes progresos se han conseguido en cuanto al diagnostico temprano y al tratamiento del cáncer, la progresión de la enfermedad y la aparición de metástasis continúa dándose en una parte de estos pacientes. Los pacientes con enfermedad metastásica tienen un pronóstico mucho más adverso y frecuentemente no responden a las terapias convencionales. De hecho, la presencia de metástasis se considera la principal causa de muerte asociada al cáncer. Esto pone de manifiesto la necesidad de desarrollar nuevas opciones terapéuticas, especialmente dirigidas a prevenir la formación de metástasis y así, reducir la mortalidad de esta enfermedad. Sin embargo, los procesos biológicos y moleculares que controlan la diseminación metastásica no han sido ampliamente descritos y estudios en esa dirección son esenciales para el desarrollo de nuevas terapias anti-metastáticas. La familia de las integrinas ha sido extensamente relacionada con la metástasis y, de hecho, una expresión alterada de estas proteínas o de sus mediadores intracelulares ha sido relacionada con casi todas las fases de la cascada metastática. Esto las postula como posibles dianas terapéuticas para prevenir la formación de metástasis. El papel de la integrina α9β1 en la modulación de la invasividad celular y la metástasis ha sido vagamente descrito. Este proyecto tiene como objetivo caracterizar el papel de la integrina α9β1 en tres tumores diferentes: [1] el rabdomiosarcoma, el sarcoma de partes blandas más frecuente en niños, [2] el neuroblastoma, el tumor sólido extracraneal más frecuente en niños y [3] el cáncer de mama, la neoplasia más frecuente en mujeres y en la población adulta. Estas tres neoplasias tienen diferentes orígenes celulares y afectan tejidos y poblaciones diferentes. Sin embargo, tienen una característica en común: aunque presentan un pronóstico general favorable (alrededor del 70% de supervivencia para el rabdomiosarcoma y el neuroblastoma, y del 80% para el cáncer de mama), una porción significativa de pacientes desarrolla metástasis y esto disminuye drásticamente su probabilidad de supervivencia (hasta el 30% en el rabdomiosarcoma, 50% en el neuroblastoma y por debajo del 40% en el caso de los pacientes de cáncer de mama). En este proyecto se han desarrollado diferentes estrategias para inhibir la expresión de la integrina α9β1 o bloquear su interacción con otras proteínas. Además, se ha demostrado que la integrina α9β1 es esencial para la diseminación metastática del rabdomiosarcoma, el neuroblastoma y el cáncer de mama. Sin embargo, el aspecto más traslacional que presenta es la validación in vivo de los efectos anti-metastáticos de un péptido que bloquea la integrina α9β1, llamado RA08. Éste es un péptido sintético que simula el dominio de interacción entre la proteína ADAM12 y la integrina α9β1. El tratamiento con RA08 resultó reducir la diseminación metastática en modelos murinos de metástasis y se postula como una posible nueva opción terapéutica para prevenir la metástasis. En resumen, los resultados que se presentan en esta tesis revelan un papel esencial de la integrina α9β1 en el establecimiento de la metástasis y presentan su inhibición como una posible nueva estrategia terapéutica para prevenir la metástasis en una amplia variedad de tumores. Nuevas investigaciones que continúen con la caracterización de esta proteína todavía son necesarias. No obstante, consideramos que los datos generados a lo largo de esta tesis ofrecen nuevas perspectivas en cuanto a la biología de la metástasis y abren la puerta al desarrollo de nuevos compuestos para prevenir su aparición y reducir así la mortalidad asociada al cáncer.

Cancer is a major burden of disease worldwide since each year millions of people are diagnosed with this disease around the world and it is the second cause of premature death in developed countries. Despite substantial progress has been made in the early detection and treatment of adult and paediatric cancer, disease progression and metastasis still occur in a subset of patients. Patients with metastatic cancer have a very poor prognosis and are likely to be refractory to conventional treatments. Thus, the onset of metastasis very often involves crossing a boundary beyond which the probability of cure becomes clearly lower. As a matter of fact, metastasis is considered the main cause of cancer-associated deaths. This emphasizes the necessity of developing new therapeutic strategies directed to prevent the formation of distant metastases and thus, reduce cancer mortality. Nonetheless, the biology underlying the complex process of metastasis remain not fully understood and studies addressing this pending issue are still essential to develop new therapeutic approaches against it. The family of integrins have been extensively related to metastasis and altered integrin expression or downstream signalling proteins have been related to almost all the different phases of the metastatic cascade. This postulate them as good therapeutic targets to prevent metastasis onset. Integrin α9β1 has been previously described as playing an essential role in cell invasion and metastasis; however, little is known about the mechanism that links this protein to this process, being one of the less studied integrins. This project aims to further characterize the role of integrin α9β1, in three different tumour types: [1] rhabdomyosarcoma, the most prevalent soft tissue sarcoma in children, [2] neuroblastoma, the most common extracranial solid tumour in children, and [3] breast cancer, the most frequent cancer in women and worldwide. These three cancers have a different cell of origin and affect different tissues and populations. Nevertheless, they have one trait in common: although they have a good general overall survival (around 70% for rhabdomyosarcoma and neuroblastoma, and around 80% for breast cancer), a subset of patients develop metastasis and this drastically worsens their survival rates (approximately 30% for rhabdomyosarcoma, 50% for neuroblastoma and below 40% for breast cancer patients). In this project different strategies to inhibit α9β1 integrin expression or to block its interaction with other proteins have been addressed. And evidence demonstrating that α9β1 integrin is essential for metastatic dissemination of rhabdomyosarcoma, neuroblastoma and breast cancer cells is provided. However, the most translational advance of this study is to validate in vivo the effects of a specific blocking peptide, named RA08. It is a synthetic peptide that simulates a key interaction domain between ADAM12 and α9β1 integrin and acts as a pharmacologic inhibitor of α9β1 integrin. Treatment with RA08 turned out to reduce metastatic spreading in murine models of metastasis and is postulated as a possible new therapeutic approach to prevent metastasis. Altogether, results here presented revealed an important role of α9β1 integrin in the establishment of metastasis and present its inhibition as a possible therapeutic strategy to prevent metastasis in a wide range of tumour types. Further investigation on this issue is still necessary, but we consider that data generated in this thesis gives new insights to metastasis biology and opens the door to the development of new compounds aimed at preventing metastasis and, thus, reducing cancer mortality.