The Role of Low-Density Lipoprotein Cholesterol and 27-Hydroxycholesterol in Epithelial Thyroid Cancer

Abstract

El càncer de tiroides (CT) representa el 3% de tots els casos de càncer a nivell mundial. La seva incidència ha augmentat significativament en les últimes dècades, essent el carcinoma papil·lar de tiroide (CPT) el subtipus més comú amb el 80%-90% dels casos diagnosticats. Encara que el CPT sol respondre bé al tractament, hi ha certs subtipus que poden presentar un alt risc de recurrència i progressió a etapes avançades, fent-se resistents al tractament amb iode radiactiu.

L'obesitat i les dislipidèmies (per exemple, la hipercolesterolèmia) s'han relacionat amb una pitjor progressió del càncer, incloent-hi el CT. A més, la mutació de BRAFV600E en la via de senyalització MAPK, present en el 60% dels casos de CPT, s'associa amb CPT més agressius. L'objectiu general d'aquesta tesi va ser investigar el paper del colesterol en el CT i els mecanismes moleculars involucrats.

El primer objectiu va ser examinar l'associació entre l'expressió del receptor de lipoproteïnes de baixa densitat (LDLR), els nivells intratumorals de 27-hidroxicolesterol (27-HC) i la malignitat dels tumors de CT. Els pacients amb CPT d'alt risc, CT poc diferenciat (PDTC) i CT anaplàsic (ATC) van mostrar baixos nivells de colesterol de lipoproteïnes de baixa densitat (LDL-C) en el seu sèrum. Aquests subtipus de CT van mostrar una major expressió de LDLR i nivells elevats de 27-HC intratumoral a causa de la regulació a la baixa de l'enzim CYP7B1, responsable de la degradació del 27-HC. Els estudis in vitro van mostrar que la LDL promovia la proliferació i migració cel·lular, i aquests efectes van estar influïts pels enzims CYP27A1 i CYP7B1.

El segon objectiu va ser explorar si la mutació de BRAFV600E en un ambient ric en LDL podria millorar els processos oncogènics mitjançant el LDLR a través de la via RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK. Els resultats van revelar una regulació diferencial de l'expressió de LDLR en línies cel·lulars de CPT (TPC1 i BCPAP) segons l'estat mutacional de BRAFV600E, la qual cosa va afectar significativament a la capacitat de captació de LDL. El tractament amb l'inhibidor de BRAFV600E, vemurafenib, va bloquejar parcialment els efectes oncogènics de BRAFV600E, i conseqüentment, una regulació a la baixa de l'expressió de LDLR i una proliferació atenuada. Aquests resultats suggereixen un possible efecte sinèrgic entre la LDL i els tumors portadors de la mutació de BRAFV600E. A més, es proposa la capacitat de la LDL d'actuar com a coadjuvant amb BRAFV600E, accelerant els processos oncogènics mitjançant la hiperactivació de la cascada de senyalització RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK en cèl·lules amb la mutació de BRAFV600E.

En general, aquest estudi va demostrar que la LDL i el seu metabòlit, 27-HC, juguen un paper en la promoció de la malignitat en el CT. En el context de tumors amb mutació de BRAF, l'exposició a alts nivells de LDL pot promoure la hiperactivació de la cascada de senyalització RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK promovent un pitjor pronòstic del tumor.

El cáncer de tiroides (CT) representa el 3% de todos los casos de cáncer a nivel mundial. Su incidencia ha aumentado significativamente en las últimas décadas, siendo el carcinoma papilar de tiroides (CPT) el subtipo más común con el 80%-90% de los casos diagnosticados. Aunque el CPT suele responder bien al tratamiento, existen ciertos subtipos que pueden presentar un alto riesgo de recurrencia y progresión a etapas avanzadas, volviéndose resistentes al tratamiento con yodo radiactivo.

La obesidad y las dislipidemias (por ejemplo, la hipercolesterolemia) se han relacionado con una peor progresión del cáncer, incluido el CT. Además, la mutación de BRAFV600E en la vía de señalización MAPK, presente en el 60% de los casos de CPT, se asocia con CPT más agresivos. El objetivo general de esta tesis fue investigar el papel del colesterol en el CT y los mecanismos moleculares involucrados.

El primer objetivo fue examinar la asociación entre la expresión del receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR), los niveles intratumorales de 27-hidroxicolesterol (27-HC) y la malignidad de los tumores de CT. Los pacientes con CPT de alto riesgo, CT poco diferenciados (PDTC) y CT anaplásicos (ATC) mostraron bajos niveles de colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL-C) en su suero. Estos subtipos de CT mostraron una mayor expresión de LDLR y niveles elevados de 27-HC intratumoral debido a la regulación a la baja de la enzima CYP7B1, responsable de la degradación del 27-HC. Los estudios in vitro mostraron que la LDL promovía la proliferación y migración celular, y estos efectos estuvieron influenciados por las enzimas CYP27A1 y CYP7B1.

El segundo objetivo fue explorar si la mutación BRAFV600E en un ambiente rico en LDL podría mejorar los procesos oncogénicos mediados por LDLR a través de la vía RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK. Los resultados revelaron una regulación diferencial de la expresión de LDLR en líneas celulares de CPT (TPC1 y BCPAP) según el estado mutacional de BRAFV600E, lo que afectó significativamente a la capacidad de captación de LDL. El tratamiento con el inhibidor de BRAFV600E, vemurafenib, bloqueó parcialmente los efectos oncogénicos de BRAFV600E, lo que condujo a una regulación a la baja de la expresión de LDLR y una proliferación atenuada. Estos hallazgos sugieren un posible efecto sinérgico entre la LDL y los tumores que albergan la mutación de BRAFV600E. Además, la LDL tiene la capacidad de actuar como coadyuvante con BRAFV600E, acelerando los procesos oncogénicos al hiperactivar la cascada de señalización RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK en células con mutaciones de BRAFV600E.

En general, este estudio demostró que la LDL y su metabolito, 27-HC, desempeñan un papel en la promoción de la malignidad en el CT. En el contexto de tumores con mutación BRAF, la exposición a altos niveles de LDL puede promover la hiperactivación de la cascada de señalización RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK, lo que resulta en un peor pronóstico del tumor.

Thyroid cancer (TC) represents 3% of all cancer cases globally, and its incidence has increased significantly in recent decades. Papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common subtype, accounting for 80%90% of diagnosed cases. While PTC generally responds well to treatment, certain subtypes may have a high risk of recurrence and advanced disease and can ultimately become resistant to radioactive iodine treatment. Obesity and dyslipidemias (e.g., hypercholesterolemia) have been linked to worse cancer progression, including TC. Additionally, the BRAFV600E mutation in the MAPK signaling pathway, present in 60% of PTC cases, is associated with more aggressive PTC. The overall aim of this thesis was to investigate the role of cholesterol in TC and the molecular mechanisms involved.

The first objective was to examine the association between low-density lipoprotein (LDL) receptor (LDLR) expression, intratumoral 27-hydroxycholesterol (HC) levels, and the malignancy of TC tumors. Patients with high-risk PTC, poorly differentiated thyroid cancer (PDTC), and anaplastic thyroid cancer (ATC) showed low levels of LDL-cholesterol (LDL-C) in their serum. These TC subtypes displayed higher LDLR expression and increased levels of intratumoral 27-HC due to the downregulation of the CYP7B1 enzyme responsible for 27-HC degradation. In vitro studies showed that LDL promoted cellular proliferation and migration, and these effects were influenced by the CYP27A1 and CYP7B1 enzymes.

The second objective was to explore whether the BRAFV600E mutation in an environment rich in LDL could enhance LDLR-mediated oncogenic processes through the RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK pathway. The results revealed differential regulation of LDLR expression in PTC cell lines (TPC1 and BCPAP) based on BRAFV600E mutational status, which significantly affected LDL uptake capacity. Treatment with the BRAFV600E inhibitor, vemurafenib, partially blocked the oncogenic effects of BRAFV600E, leading to downregulated LDLR expression and attenuated LDL-induced proliferation. These findings suggest a potential synergistic effect between LDL and tumors harboring BRAFV600E. Furthermore, LDL has the ability to act as a coadjutant with BRAFV600E, accelerating oncogenic processes by hyperactivating the RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK signaling cascade in cells with BRAFV600E mutations compared to wild-type cells. Overall, this study demonstrated that LDL and its metabolite, 27-HC, play a role in promoting malignancy in TC. In the context of BRAF mutant tumors, the exposure to high LDL levels can lead to hyperactivation of the RAS/RAF/MAPK (MEK)/ERK signaling cascade, resulting in a worse tumor prognosis.