Papel de la familia de microRNAs-449 y el gen CDC20B en la respuesta a tratamientos en cáncer de mama: organoides y cultivos primarios como modelos tumorales

Abstract

[ES] El cáncer de mama triple negativo representa el 10-20% de los casos de cáncer de mama. Este subtipo molecular se caracteriza por su gran agresividad y capacidad invasiva y se asocia a un mal pronóstico. La ausencia de receptores hormonales y de HER2 hace que la quimioterapia sea el principal tratamiento sistémico eficaz. Sin embargo, varias pacientes con cáncer de mama triple negativo recaen tras recibir quimioterapia. Por lo tanto, es crucial descifrar las características moleculares y buscar nuevas herramientas terapéuticas para este subtipo. En este sentido, los microRNAs (miRNAs) están desregulados en varios tipos de cáncer y emergen como potenciales moléculas pronósticas implicadas en procesos biológicos y en la respuesta a la quimioterapia. Esta tesis titulada "Papel de los microRNAs-449 en las características del cáncer de mama: de la regulación epigenética a la resistencia a la quimioterapia" se centra en el papel de la familia miRNA-449 (miRNA-449a, miRNA-449b-5p y miRNA-449c-5p) en la modulación de la agresividad del cáncer de mama y la respuesta a la quimioterapia. Este estudio aportó pruebas de la regulación a la baja de los miRNAs-449 en líneas celulares de cáncer de mama triple negativo y en pacientes, y sugirió la desacetilación de histonas de su región promotora como mecanismo inhibidor. En particular, se observó que las histonas desacetilasas HDAC1 y SIRT1 estaban reguladas al alza en las células de cáncer de mama triple negativo, y se sugirió su inhibición como mecanismo de inhibición. Los análisis in silico señalaron a ACSL4, una enzima activadora de ácidos grasos, como diana de miARNs-449. Esto concuerda con otros estudios que señalan una alteración del metabolismo de los lípidos como causa de la progresión del cáncer. Se observó una correlación inversa entre los miRNA-449 y la expresión de ACSL4 en líneas celulares de cáncer de mama triple negativo y en pacientes, y el ensayo de reportero de luciferasa confirmó por primera vez esta diana directa de ACSL4 por los miRNA-449a y miRNA-449b-5p. Además, la sobreexpresión del microRNA-449c-5p por sí sola también produjo una regulación a la baja de ACSL4, por lo que también se sugirió una relación indirecta a través de la modulación de moléculas desconocidas. La sobreexpresión de miRNAs-449 y la infraexpresión de ACSL4 inhibieron la proliferación celular, la migración al disminuir la capacidad de sufrir el proceso de transición epitelial-mesenquimal, y la formación de colonias al regular a la baja los marcadores de troncalidad. Estos resultados sugieren una inhibición miRNAs-449 de la agresividad del cáncer de mama a través de la regulación a la baja de ACSL4. Además, basándonos en la literatura previa y en los resultados publicados por nuestro laboratorio, se evaluó la implicación de los miRNAs-449 en la respuesta a la quimioterapia a través de esta nueva diana. Los miRNAs-449 fueron regulados a la baja en las células resistentes a la doxorrubicina. A su vez, se observó una sobreexpresión de ACSL4 en células resistentes a la doxorrubicina y en pacientes que recayeron tras un tratamiento con quimioterapia. El tratamiento posterior con doxorrubicina aumentó la expresión de miRNAs-449 pero disminuyó la de ACSL4 en las células sensibles a la doxorrubicina, pero no en las resistentes, sugiriendo así una implicación de miRNAs-449 y ACSL4 en la respuesta a la quimioterapia. En este estudio, observamos que la sobreexpresión de miRNAs-449 producía sensibilidad a la doxorrubicina a través de la regulación a la baja de ACSL4 mediante ensayos de viabilidad y apoptosis. Además, la inhibición de ACSL4 disminuyó la expresión de la bomba de extrusión de fármacos ABCG2, lo que condujo a un aumento de la acumulación de doxorrubicina en las células. La implicación del miRNAs-449 en la inhibición de la agresividad y la sensibilidad a la doxorrubicina sugiere su potencial uso como herramienta terapéutica en el cáncer de mama triple negativo.

[CA] El càncer de mama triple negatiu representa el 10-20% dels casos de càncer de mama. Aquest subtipus molecular es caracteritza per la seua gran agressivitat i capacitat invasiva i s'associa a un mal pronòstic. L'absència de receptors hormonals i d'HER2 fa que la quimioteràpia siga el principal tractament sistèmic eficaç. No obstant això, diverses pacients amb càncer de mama triple negatiu recauen després de rebre quimioteràpia. Per tant, és crucial desxifrar les característiques moleculars i buscar noves eines terapèutiques per a aquest subtipus. En aquest sentit, els microRNAs (miRNAs) estan desregulats en diversos tipus de càncer i emergeixen com a potencials molècules pronósticas implicades en processos biològics i en la resposta a la quimioteràpia. Aquesta tesi titulada "Paper dels microRNAs-449 en les característiques del càncer de mama: de la regulació epigenètica a la resistència a la quimioteràpia" se centra en el paper de la família miRNA-449 (miRNA-449a, miRNA-449b-5p i miRNA-449c-5p) en la modulació de l'agressivitat del càncer de mama i la resposta a la quimioteràpia. Aquest estudi va aportar proves de la regulació a la baixa dels miRNAs-449 en línies cel·lulars de càncer de mama triple negatiu i en pacients, i va suggerir la *desacetilación d'histones de la seua regió promotora com a mecanisme inhibidor. En particular, es va observar que les histones desacetilasas HDAC1 i SIRT1 estaven regulades a l'alça en les cèl·lules de càncer de mama triple negatiu, i es va suggerir la seua inhibició com a mecanisme d'inhibició. Les anàlisis in silico van assenyalar a ACSL4, un enzim activador d'àcids grassos, com a diana de miARNs-449. Això concorda amb altres estudis que assenyalen una alteració del metabolisme dels lípids com a causa de la progressió del càncer. Es va observar una correlació inversa entre els miRNA-449 i l'expressió d'ACSL4 en línies cel·lulars de càncer de mama triple negatiu i en pacients, i l'assaig de reporter de luciferasa va confirmar per primera vegada aquesta diana directa d'ACSL4 pels miRNA-449a i miRNA-449b-5p. A més, la sobreexpressió del miRNA-449c-5p per si sola també va produir una regulació a la baixa d'ACSL4, per la qual cosa també es va suggerir una relació indirecta a través de la modulació de molècules desconegudes. La sobreexpressió de miRNAs-449 i la infraexpressió d'ACSL4 van inhibir la proliferació cel·lular, la migració en disminuir la capacitat de patir el procés de transició epitelial-mesenquimal, i la formació de colònies en regular a la baixa els marcadors de troncalitat. Aquests resultats suggereixen una inhibició de l'agressivitat del càncer de mama a través de la regulació a la baixa d'ACSL4. A més, basant-nos en la literatura prèvia i en els resultats publicats pel nostre laboratori, es va avaluar la implicació dels miRNAs-449 en la resposta a la quimioteràpia a través d'aquesta nova diana. Els miRNAs-449 van ser regulats a la baixa en les cèl·lules resistents a la doxorubicina. Al seu torn, es va observar una sobreexpressió d'ACSL4 en cèl·lules resistents a la doxorubicina i en pacients que van recaure després d'un tractament amb quimioteràpia. El tractament posterior amb doxorubicina va augmentar l'expressió de micRNAs-449 però va disminuir la d'ACSL4 en les cèl·lules sensibles a la doxorubicina, però no en les resistents, suggerint així una implicació dels miRNAs-449 i ACSL4 en la resposta a la quimioteràpia. En aquest estudi, observem que la sobreexpressió dels miRNAs-449 produïa sensibilitat a la doxorubicina a través de la regulació a la baixa d'ACSL4 mitjançant assajos de viabilitat i apoptosi. A més, la inhibició d'ACSL4 va disminuir l'expressió de la bomba d'extrusió de fàrmacs ABCG2, la qual cosa va conduir a un augment de l'acumulació de doxorubicina en les cèl·lules. La implicació dels miRNAs-449 en la inhibició de l'agressivitat i la sensibilitat a la doxorubicina suggereix el seu potencial ús com a eina terapèutica en el càncer de mama triple negatiu.

[EN] Triple-negative breast cancer accounts for 10-20% of breast cancer cases. This molecular subtype is characterized by its highly aggressive and invasive capacity being associated with a bad prognosis. The lack of hormone and HER2 receptors makes chemotherapy the main systemic effective treatment. However, several triple-negative breast cancer patients relapse after receiving chemotherapy. Therefore, deciphering the molecular characteristics and searching for new therapeutic tools for this subtype is crucial. In this sense, microRNAs (miRNAs) are found dysregulated in several cancer types and emerge as potential prognostic molecules involved in biological processes and chemotherapy response. This thesis entitled "Role of microRNAs-449 in breast cancer features: From epigenetic regulation to chemotherapy resistance" is focused on the role of the miRNA-449 (miRNA-449a, miRNA-449b-5p, and miRNA-449c-5p) family in the modulation of breast cancer aggressiveness and chemotherapy response. This study provided evidence of microRNAs-449 downregulation in triple-negative breast cancer cell lines and patients and suggested histone deacetylation of its promoter region as an inhibitor mechanism. Particularly, the histone deacetylases HDAC1 and SIRT1 were found upregulated in triple-negative breast cancer cells, and their genetic and chemical inhibition increased microRNAs-449 expression. In addition, a negative feedback loop modulation between miRNAs-449 and HDAC1/SIRT1 was observed, thus contributing to the homeostasis or tumoral phenotype of cells. In silico analyses pointed out ACSL4, a fatty acid-activating enzyme, as target of miRNAs-449. This is in concordance with other studies that pointed out an altered lipid metabolism to sustain cancer progression. An inverse correlation between microRNAs-449 and ACSL4 expression was observed in triple-negative breast cancer cell lines and patients, and luciferase reporter assay confirmed this ACSL4 direct targeting by miRNA-449a and miRNA-449b-5p for the first time. Moreover, the microRNA-449c-5p overexpression alone also produced an ACSL4 downregulation, so an indirect relationship was also suggested through the modulation of unknown molecules. MiRNAs-449 overexpression and ACSL4 knockdown inhibited cell proliferation, migration by diminishing the ability to undergo the epithelial-mesenchymal transition process, and colony formation by downregulating markers of stemness. These results suggested a microRNAs-449 inhibition of breast cancer aggressiveness through ACSL4 downregulation. Furthermore, based on previous literature and published results by our laboratory, a miRNAs-449 implication in chemotherapy response was evaluated through this novel target. MiRNAs-449 were downregulated in doxorubicin-resistant cells. In turn, ACSL4 overexpression was observed in doxorubicin-resistant cells and patients who relapsed after chemotherapy-containing treatment. Subsequent doxorubicin treatment increased miRNAs-449 but decreased ACSL4 expression in doxorubicin-sensitive, but not in resistant cells, thus suggesting a miRNAs-449 and ACSL4 implication in chemotherapy response. In this study, we observed that miRNAs-449 overexpression produced doxorubicin sensitivity through ACSL4 downregulation by viability and apoptosis assay. In addition, ACSL4 inhibition decreased the drug extrusion pump ABCG2's expression, leading to an increased doxorubicin accumulation in cells. The involvement of miRNAs-449 in the inhibition of aggressiveness and sensitivity to doxorubicin suggests its potential use as a therapeutic tool in triple-negative breast cancer.