IKKα modulates metastatic activity by preventing Tight Junctions stabilization and collective cell migration

Abstract

[eng] The IKKα kinase was previously found to activate multiple oncogenic and therapy-resistance pathways, including ATM/DDR, BRD4, and JAK/STAT3, independently of canonical NF-KB signaling. Here, we show that suppression of IKKα, either genetically or pharmacologically, imposes a pro- metastatic activity on colorectal cancer (CRC) patient-derived organoid (PDO) cells, which is linked to an increase in the protein levels of the tight junction protein ZO-1 and CLDN2, and a shift in their migratory mode towards collective migration. Analysis of single-cell (sc)RNAseq data revealed an accumulation of the tight junction signature in the metastatic populations. Specifically, PDO cells contain three distinct epithelial cell clusters (C2, C4 and C8) with concomitant enrichment of the tight junction and metastasis-associated EpiHR signatures, whose unique genetic signatures are upregulated upon depletion of IKKand enriched in PDO-derived metastases. CLDN2 inhibition or depletion abolishes the metastatic activity of IKKα KO PDO cells in vivo. By analyzing human paraffin- embedded CRC specimens, we have detected the presence of vascular tumor infiltrates with cluster- like or glandular phenotypes and high levels of ZO-1 and CLDN2-positive junctions. Collectively, our results suggest that high levels of tight junction proteins in CRC cells imposes a pro- metastatic collective CRC cell migration, which can be detected in the vascular infiltrates at diagnosis. We propose that after validation, this type of exploration could be standardized in the clinical routine.

[cat] Estudis previs han relacionat la quinasa IKKα amb l’activació de múltiples vies de senyalització i mecanismes de resistència a la teràpia contra el càncer, incloent ATM/DDR, BRD4 i JAK/STAT, independentment a la via de senyalització canònica NF-κB. En aquest treball, demostrem que la supressió de la funció d’IKKα, tant genètica com farmacològica, imposa una activitat pro-metastàtica en organoids derivats de pacient (PDOs), el que està vinculat a un augment dels nivells de les proteïnes ZO-1 i CLDN2, presents en les unions estretes, així com el canvi en el mode migratori cap a la migració col·lectiva. L’anàlisi de les dades de seqüenciació d’ARN de cèl·lula única (scRNA-seq) va mostrar l’acumulació de la firma de unions estretes en les poblacions metastàtiques. En concret, les cèl·lules de PDO seqüenciades contenen, entre d’altres, tres conjunts cel·lulars epitelials (C2, C4 i C8) amb un enriquiment significatiu de la firma d’unions estretes i de la firma EpiHR associada a metàstasi. Ambdues firmes genètiques augmenten a l’eliminar l’expressió d’IKKα i s’enriqueixen en les metàstasi derivades de les cèl·lules de PDO. La inhibició o eliminació de la proteïna CLDN2 suprimeix l’activitat metastàtica de les cèl·lules IKKα KO de PDO in vivo. Mitjançant l’anàlisi de tumors colorectals inclosos en parafina en el moment del diagnòstic, hem detectat la presencia d’infiltrats vasculars tumorals amb morfologia col·lectiva; grups cel·lulars sòlids o glandulars, als quals es detecten alts nivells d’unions cel·lulars positives per ZO-1 i CLDN2. En conjunt, els nostres resultats suggereixen que la presència d’alts nivells de les proteïnes d’unions estretes a les cèl·lules de càncer colorectal, imposen la migració col·lectiva pro-metastàtica, que pot detectar-se als infiltrats vasculars al moment del diagnòstic. Finalment, proposem que, posterior a la seva validació, aquest tipus d’exploració s’estandarditzi a la rutina clínica.

[spa] Estudios previos han asociado la quinasa IKKα con la activación de múltiples vías de señalización y mecanismos de resistencia a la terapia contra el cáncer, como ATM/DDR, BRD4 y JAK/STAT, de manera independiente a la vía de señalización canónica NF-κB. En este trabajo, demostramos que la supresión de la función de IKKα, tanto genética como farmacológicamente, induce una actividad pro-metastática en los organoides derivados de paciente (PDOs), asociada a un aumento en los niveles de las proteínas de las uniones estrechas ZO-1 y CLDN2, además de un cambio hacia la migración colectiva. El análisis de los datos de secuenciación de ARN de célula única (scRNA-seq) reveló una acumulación de la firma de uniones estrechas en las poblaciones metastáticas. En particular, las células secuenciadas de PDO contienen tres conjuntos celulares epiteliales distintos (C2, C4 y C8) con un enriquecimiento significativo de la firma de uniones estrechas y de la firma EpiHR, asociada a la metástasis. Ambas firmas genéticas se incrementan tras la eliminación de IKKα y se encuentran enriquecidas en las metástasis derivadas de los PDOs. La inhibición o eliminación de la proteína CLDN2 suprime la actividad metastática de las células PDO con IKKα eliminada en modelos in vivo. En el análisis de muestras de tumores colorrectales incluidos en parafina, se detectaron infiltrados tumorales vasculares con morfología colectiva, presentando agrupaciones celulares sólidas o glandulares con altos niveles de uniones positivas para ZO-1 y CLDN2. En conjunto, nuestros resultados sugieren que los altos niveles de proteínas de uniones estrechas en las células de cáncer colorrectal promueven una migración celular colectiva pro-metastática, detectable en infiltrados vasculares en el momento del diagnóstico. Finalmente, proponemos que, tras su validación, este tipo de análisis se estandarice en la práctica clínica.