Study of the tumor sensitivity of the marine compound elisidepsin and her3 receptor in breast carcinomas

Abstract

Elisidepsin es un nuevo depsipéptido sintético resultante del programa de investigación interna de PharmaMar para la obtención de productos sintéticos derivados de compuestos naturales de origen marino. Elisidepsin es un fármaco antiproliferativo que presenta actividad contra un amplio conjunto de tipos de tumores, entre ellos él de mama. El presente trabajo de investigación se centra en el estudio y caracterización de mecanismos de sensibilidad y resistencia a elisidepsin y en factores predictivos de respuesta al fármaco en un modelo “in vitro” con diversas líneas celulares tumorales. En éste hemos visto que este compuesto tiene una alta actividad citotóxica frente a diferentes líneas celulares, y aunque todavía se desconoce su mecanismo de acción, hemos visto que hay evidencias que relacionan la sensibilidad de esta sustancia con las vías de señalización dependientes de los receptores HER. Tras su tratamiento hemos observado una bajada de la expresión de los niveles de los receptores epidermoides, en especial de HER3 y con él una disminución de la actividad de las vías de supervivencia celular por AKT. La hipótesis de trabajo establecida fue que el receptor HER3 actúa como mediador de la señalización en respuesta al fármaco elisidepsin. Con la finalidad de evaluar esta relación, hemos visto que cuando se modula la expresión de HER3 en diferentes líneas celulares se modifica la sensibilidad de éstas frente el tratamiento de elisidepsin, haciéndolas más resistentes cuando disminuimos los niveles de expresión de HER3 mediante short hairpin específicos y más sensibles cuando se sobreexpresa dicho receptor. Todo esto apunta a un papel importante de este receptor en la mediación de la respuesta a éste fármaco. Además, con la generación de un mutante de HER3 sin dominio tirosina quinasa y tras la realización de diferentes ensayos de viabilidad celular y “cross-linking” se encontró una interacción del receptor HER3 en su porción intracitoplasmática con elisidepsin. Por otro lado, el estudio del receptor HER3 en tumores humanos es todavía muy preliminar, con un escaso número de publicaciones. Debido a que observamos una mayor respuesta de líneas tumorales de mama expresando HER3, continuamos el proyecto analizando con más detalle los niveles de este receptor en una amplia serie de carcinomas de mama pertenecientes a nuestro banco de tumores del Hospital Vall d’Hebron. La evaluación del HER3 en la serie clínica llevó a resultados interesantes, correlacionando la expresión del HER3 con los niveles de receptores estrogénicos, abriendo asimismo una nueva vía fisiopatológica para entender los mecanismos de sensibilidad y resistencia a fármacos antiestrógenos. Finalmente, tras constatar la asociación de la respuesta celular con la expresión de HER3, se planteó una posible asociación también de los niveles de HER3 con otros parámetros importantes en la carcinogénesis de cáncer de mama, como son los receptores hormonales y el estudio molecular de la posible interrelación de las vías bioquímicas relacionadas con la expresión del factor epidérmico HER3 y de los receptores estrogénicos. Para ello se hicieron estudios “in vitro” en el modelo celular MCF7 con el fármaco antiestrogénico (fulvestrant) donde se observó un incremento de los niveles de HER3 tras su administración y la implicación de este receptor en una mayor resistencia al tratamiento de fulvestrant.

Elisidepsin is a new synthetic depsipeptide, resultant from the PharmaMar Development Program to obtain synthetic products of marine origin-derived compounds. Elisidespin is a drug with antiproliferative activity against a wide range of tumors, including breast. The present research work focuses on the study and characterization of mechanisms of sensitivity and resistance to elisidepsin, and predictive factors of the drug response in an "in vitro" model of a broad panel of tumor cell lines. In this, we have seen that this compound has high cytotoxic activity in different cell lines, and although its mechanism of action is still unknown, we have seen evidence that relate the sensitivity of this chemical with signaling pathways dependent on HER receptors. After treatment we observed a decrease of the expression levels of the epidermal receptors, especially HER3 and with it a decreased activity of cell survival pathways by AKT. The working hypothesis is that HER3 receptor mediates signaling in response to elisidepsin. In order to assess this relationship, we saw that when HER3 expression is modulated in different cell lines their sensitivity to elisidepsin treatment is modified, making them more resistant when we down-regulated HER3 expression levels with a HER3-specific short hairpin and more sensitive when the receptor is overexpressed. All this points to an important role of HER3 receptor in mediating the response to this drug. Moreover, after the generation of a HER3 mutant tyrosine kinase free and cell viability and "cross-linking" assays a binding with HER3 receptor intracytoplasmic domain and elisidepsin was found. On the other hand, the study of HER3 receptor in human tumors is still not fully characterized, with a small number of publications. Since we saw a higher response of breast tumor cell lines expressing HER3, we decided to continue the project analyzing in more detail the levels of HER3 in a wide range of breast carcinoma samples from our database of Hospital Vall d'Hebron. The evaluation of HER3 in the clinical series led to interesting results, correlating the expression of HER3 with estrogen receptor levels, opening at the same time a new window for understanding the pathophysiological mechanisms of drug sensitivity and resistance to antiestrogen treatments. Finally, after confirming the association of the cellular response to elisidepsin with the expression of HER3, a possible association of HER3 levels with other important parameters in breast cancer carcinogenesis, such as hormone receptors, and the molecular study of the possible interrelationship of the biochemical pathways related to the expression of HER3 epidermal factor and estrogen receptors were also raised. For this, studies "in vitro" in a MCF-7 cellular model were made with an antiestrogen drug (fulvestrant), which showed an increase of HER3 expression levels after its administration and the involvement of this receptor in an increased resistance to fulvestrant treatment.