Investigación Programa y contribuciones a la ciencia La película muestra el proceso de diseminación temprana en tiempo real a partir de lesiones premalignas utilizando microscopía intravital de alta resolución. Células cancerosas tempranas en azul; vasos sanguíneos en rojo. Nature. (2016) 14 de diciembre PMID:27974798. (i) Diseminación temprana y latencia temprana de los DCC. Nuestro laboratorio ha descubierto que los DCC latentes del cáncer de mama y la metástasis pueden originarse muy temprano durante la evolución del cáncer, diseminándose durante las etapas premalignas y con la ayuda de células inmunes innatas. Identificamos un mecanismo para la diseminación temprana por el cual Her2 activa de manera aberrante un programa similar a la ramificación ductal mamaria que genera DCC tempranos (eDCC) capaces de formar metástasis después de una fase de latencia. También revelamos cómo el oncogén HER2 se activa a través de la señalización CCL2, el reclutamiento de macrófagos residentes en el tejido que ayudan a los eDCC a entrar en la circulación. Dirigirse a estos macrófagos temprano en la evolución del cáncer redujo la metástasis tardíamente en la progresión del cáncer. Juntos, tratamos de entender cómo los eDCC orquestan señales intrínsecas a las células cancerosas y las del microambiente para permanecer latentes y persistentes y cómo las alteraciones de estas señales conducen a la reactivación en metástasis que crecen. También pretendemos identificar marcadores que puedan identificar DCC tempranos frente a DCC tardíos y que puedan permitir atacar selectivamente estas células. Con este fin, recientemente completamos un estudio completo de secuenciación de células individuales de lesiones primarias tempranas y tardías, así como de DCC de pulmones tempranos y tardíos emparejados, identificando los programas transcripcionales que impulsan la latencia temprana de DCC. Se ha demostrado que la comprensión de los mecanismos de plasticidad de las células cancerosas diseminadas (DCC), representadas por las transiciones entre los destinos de las células epiteliales y mesenquimales (EMT y MET), está estrechamente asociada con la proliferación de células tumorales, la latencia del cáncer y la metástasis. Nuestros primeros estudios de DCC han identificado el regulador de pluripotencia ZNF281 (también conocido como Zfp281, ZBP99, GZP1) en el control de la formación del eje anteroposterior y la maduración del epiblasto a través de la regulación transcripcional y epigenética directa de la vía de señalización Nodal/TGFb, que es bien conocida por sus funciones en la EMT y la metástasis del cáncer, así como en la pluripotencia del cáncer de mama. ZNF281 induce un estado permisivo para programas transcripcionales heterogéneos similares a los mesenquimales (similares a M). Estos programas llevan una firma de latencia y están ausentes en tumores primarios proliferativos y metástasis. Harper, K, Sosa MS., et al., (2016) Nature . PMID 27974798 Hosseini y otros, (2016) Nature . PMID 27974799 Linde y Casanova-Acebes et al., (2018) Nat Commun . PMID 29295986 Nobre et al., (2022) Nat Cancer . PMID: 36050483 (ii) Biología de células madre y nichos en la latencia del cáncer. Hemos explorado por qué en muchos pacientes los DCC persisten y permanecen latentes en la médula ósea y otros órganos. Descubrimos que la médula ósea contiene altos niveles de TGFβ2, que induce la latencia a través de los complejos TGFβ-RI/RII/RIII y la señalización p38. Utilizamos genética de ratones para demostrar que una fuente clave de TGFβ2 son las células madre mesenquimales (MSC) NG2+/Nestin+ que inducen la latencia y la autorrenovación de las células madre hematopoyéticas y también demostramos que estas MSC inducen y mantienen la latencia de los DCC del cáncer de mama en la médula ósea. También determinamos que la señalización del ácido retinoico a través del receptor nuclear NR2F1 es necesaria para la supervivencia de los DCC de HNSCC en la médula ósea, pero controla la latencia de estos mismos DCC en el bazo y los pulmones. Curiosamente, la expresión de NR2F1 puede iniciarse en el sitio primario mediante una combinación de señales hipóxicas y la presencia de macrófagos especializados que coordinan la inducción de NR2F1 y SOX9 y preparan a los DCC intravasantes para que entren en latencia después de la extravasación. También hemos descubierto que las células tumorales latentes ensamblan su propio nicho de pro-latencia coordinando las señales anteriores con la regulación positiva del colágeno-III y el ensamblaje de matrices de colágeno rizado que sostienen la latencia a través de la señalización DDR1 y la señalización STAT1. También hemos explorado cómo en los nichos de cáncer de pulmón orquestados por macrófagos residentes en el tejido (TRM) y cómo estos son alterados por las células de cáncer de pulmón tempranas y los macrófagos derivados de la médula ósea reclutados posteriormente regulan el inicio del crecimiento del cáncer de pulmón. Este trabajo reveló que los TRM orquestan un programa de regeneración tisular e inmunitario evasivo que permite el crecimiento inicial del cáncer de pulmón. En conjunto, estos estudios han proporcionado una descripción molecular de cómo una interacción recíproca entre los DCC y sus nichos es esencial para la supervivencia y la inactividad de los DCC en diferentes tipos de cáncer. Bragado, P., et al.,(2013). Nat. Biografía celular . PMID 24161934 Sosa MS et al. (2015) Común Nacional . PMID 25636082 Nobre AR et al., (2021) Nat Cancer . PMID: 34812843 Di Martino Jet al., (2021) Nat Cáncer . PMID: 35121989 Casanova-Acebes, M., et al., (2021) Naturaleza . PMID: 34135508 Borriello L. et al., (2022) Nat Commun . PMID: 35110548 (iii) Mecanismo de latencia del melanoma uveal. La principal preocupación en pacientes con melanoma uveal (MU) es el desarrollo de metástasis hepática después de la resección del tumor primario y la falta de un tratamiento efectivo para tratarlo. Los DCC del MU pueden abandonar el tumor primario en etapas muy tempranas de progresión como se observa en otros tipos de cánceres, propagarse a órganos diana y permanecer latentes durante años, hasta que algún cambio "despierta" los DCC causando metástasis después de 10 a 15 años. Nuestra hipótesis es que los DCC latentes entran en estado de inactividad y no pueden erradicarse con terapias antiproliferativas. Además, nuestra hipótesis es que estos mecanismos podrían ser dirigidos para prevenir el despertar y la metástasis, así como para identificar biomarcadores que podrían usarse para predecir la enfermedad latente en los pacientes y la respuesta a la terapia. Este enfoque no se ha intentado en el melanoma uveal. El objetivo principal de este esfuerzo en el laboratorio es proporcionar la base preclínica para nuevas opciones de tratamiento para pacientes con MU en etapa temprana y tardía. Se descubrió que la señalización de TGFβ2 está implicada en la latencia de los DCC de HNSCC en la médula ósea, que se ha demostrado que es un "suelo restrictivo" en comparación con los pulmones, por ejemplo. Curiosamente, las células hepáticas también expresan TGFβ2. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que TGFβ2 podría mantener la latencia de los DCC de UM en el hígado durante años hasta que los cambios relacionados con la edad en el ME del hígado induzcan su despertar. El laboratorio también está explorando actualmente este aspecto de la señalización de mantenimiento de la latencia, así como la optimización de terapias dirigidas como una posible opción terapéutica para los pacientes de UM. Kadamb y López-Antón et al., (2022) En preparación El et al., (2020) Mol Cancer Ther PMID: 32430489 Lapadula et al., (2019) Mol Cancer Res PMID: 30567972 (iv) Homeostasis tisular, envejecimiento y latencia: estamos analizando la interacción entre las poblaciones de células huésped residentes en el tejido en el nicho metastásico y las células dendríticas dendríticas, y cómo esto puede regular la latencia y el despertar. Una vez que las células dendríticas dendríticas llegan a los sitios distales, se exponen a procesos homeostáticos específicos del nicho. Estos procesos son impulsados en gran medida por las poblaciones de células estromales e inmunitarias. Dado que la latencia es un proceso de larga duración que puede durar muchos años, planteamos la hipótesis de que estos procesos homeostáticos probablemente inducen la latencia, y que la pérdida de la homeostasis tisular da como resultado el despertar de las células dendríticas dendríticas. A lo largo de la vida de un organismo, muchos cambios relacionados con la edad dan como resultado una pérdida de homeostasis que, según se ha demostrado, afecta el despertar de las células dendríticas dendríticas. Las modificaciones inducidas por la edad en la señalización WNT de los fibroblastos pulmonares inducen un cambio de latencia a reactivación en las células dendríticas dendríticas de melanoma, lo que da como resultado un crecimiento metastásico eficiente en los pulmones envejecidos. También estamos comenzando a investigar cómo los cambios relacionados con la edad en el compartimento inmunológico y del estroma pueden influir en la latencia y el despertar en sitios distales y cómo los factores específicos que revierten los fenotipos del envejecimiento pueden afectar el destino de los DCC y su cambio de la latencia a la reactivación en el melanoma y el cáncer de mama. Fane y otros, (2022) Nature . PMID: 35650435 (v) Programas epigenéticos de latencia y selección de terapias dirigidas. Selección de mecanismos de latencia para supresión de metástasis: el análisis de los mecanismos transcripcionales y epigenéticos activos en células dendríticas dendríticas latentes identificó al ácido retinoico como una señal microambiental pro-latencia. Descubrimos que el receptor nuclear huérfano NR2F1, que regula el compromiso de linaje y está silenciado en tumores humanos, se regula positivamente de manera espontánea en células tumorales latentes solitarias. El ácido retinoico induce la expresión de TGFβ2, NR2F1 y la latencia de las células dendríticas dendríticas. Descubrimos que un tratamiento transitorio con una dosis baja de 5-azacitidina (AZA), seguido de ácido retinoico todo-trans (atRA), restauró el programa impulsado por NR2F1 y la quiescencia in vivo a largo plazo de células previamente malignas. Mostramos que las vías independientes de NR2F1 inducidas en paralelo tras la reprogramación también desempeñan un papel importante en la inducción de la latencia y dependen de la señalización TGF-SMAD4. Este mecanismo se debe a la remodelación específica de potenciadores vinculados a la señalización TGFb-SMAD4. La estrategia AZA+atRA se está utilizando actualmente en un ensayo clínico en cáncer de próstata. Nuestro trabajo epigenético también ha revelado que en el melanoma las mutaciones en el regulador de la cromatina ARID2 adquieren un fenotipo mesenquimal de ciclo lento pero altamente diseminado. Un análisis más profundo de las vías epigenéticas se centró en las variantes de histona macroH2A, especialmente la isoforma macroH2A2, y descubrimos que esta variante de histona refuerza un fenotipo latente estable en los DCC al activar los genes de latencia y senescencia que limitan la iniciación de la metástasis. Mostramos que TGF2 y p38a también regulan positivamente la macroH2A y, por lo tanto, inducen la latencia del DCC. Recientemente, hemos capitalizado este conocimiento y hemos descubierto un agonista del NR2F1 que activa específicamente los programas de latencia o compromiso de las células madre de la cresta neural que impulsan a las células malignas estables a una detención persistente del crecimiento en los órganos diana. Además, descubrimos hace tiempo que las células latentes dependen de la respuesta de la proteína desplegada para la supervivencia y, específicamente, de las vías PERK. Ahora hemos identificado un inhibidor de la vía PERK, que es necesario para la supervivencia de los DCC latentes y que, cuando se utiliza in vivo, bloquea la metástasis al erradicar los DCC latentes durante la inactividad. Este inhibidor se encuentra actualmente en ensayos clínicos. Ranganathan et al., (2006/2008) Cancer Res . PMID, 16452230; 18451152 Sosa, MS, et al.,(2015). Comun Nat PMID 25636082 Singh DK y otros, (2021). bioRxiv https://doi.org/10.1101/2021.08.01.454684 Sun D. y col., (2021). bioRxiv https://doi.org/10.1101/2021.12.07.471619 Khalil BD y otros, (2021). J. Exp. Med . PMID 34812843 Calvo, V., et al., (2021). bioRxiv https://doi.org/10.1101/2021.07.30.454473 Carcamo S., et al., (2022) Informes de células . PMID 35385731 (vi) La hipoxia como programador de la latencia de los tumores primarios de células madre. También descubrimos (Fluegen et al., Nat Cell Bio, 2017) que los microambientes hipóxicos de tumores primarios (PT) mostraban una regulación positiva de los genes clave de latencia (NR2F1, DEC2, p27) e hipoxia (GLUT1, HIF1a). El análisis mecanístico reveló que los tumores primarios de células madre post-hipóxicos eran frecuentemente NR2F1hi/DEC2hi/p27hi/TGFb2hi y estaban latentes. NR2F1 y largecoverHIF1a eran necesarios para la inducción de p27 en los tumores primarios de células madre post-hipóxicos latentes, pero estos tumores primarios de células madre no mostraban expresión de GLUT1hi. Los tumores primarios de células madre post-hipóxicos evadieron la quimioterapia y, a diferencia de las células de cáncer de mama ER-, las células de cáncer de mama post-hipóxico ER+ eran más propensas a entrar en latencia dependiente de NR2F1. Proponemos que los microambientes hipóxicos del PT den lugar a una subpoblación de DTC latentes que evaden la terapia y pueden ser la fuente de recaída de la enfermedad y mal pronóstico asociado con la hipoxia. Impacto: Revelamos 1- un nuevo mecanismo de “semilla y suelo” que regula la latencia de los DTC, 2- nuevos marcadores para determinar si los DTC pueden estar latentes en pacientes, 3- la señalización de atRA y NR2F1 como reguladores epigenéticos de la latencia y 5- una estrategia terapéutica que utiliza los fármacos disponibles para prevenir la metástasis mediante la inducción de la latencia. Con base en estos hallazgos, hemos diseñado un ensayo clínico utilizando AZA y atRA después de la ablación hormonal en el cáncer de próstata e identificado un agonista de NR2F1 para inducir y mantener la latencia a través de la inducción de la latencia. Referencias: Fluegen G, et al., (2017). La heterogeneidad fenotípica de las células tumorales diseminadas está preestablecida por los microambientes hipóxicos del tumor primario. Nature Cell Biology (2017) doi:10.1038/ncb3465. Sosa, MS, et al., (2015). NR2F1 controla la latencia de las células tumorales a través de programas de quiescencia impulsados por SOX9 y RARb. Nat Commun 6, 6170. Chéry, L., et al. (2014). Caracterización de células de cáncer de próstata diseminadas individuales revela heterogeneidad de células tumorales e identifica vías asociadas a la latencia. Oncotarget, 1949-2553. Bragado, P., et al., (2013). TGF-b2 dicta el destino de las células tumorales diseminadas en órganos diana a través de la señalización de TGF-beta-RIII y p38a/b. Nat Cell Biol 15, 1351-1361. Kim, RS, et al., (2012). Firmas de latencia y metástasis en cáncer de mama positivo y negativo para el receptor de estrógeno. PloS one 7, e35569. (vii) Receptor de proteasa y señalización de integrinas en el cáncer: el descubrimiento de un mecanismo molecular para inducir la latencia del cáncer. A finales de los años 90, los mecanismos que podrían regular la latencia no estaban claros y no eran un tema "candente". Dentro del paradigma de la invasión del cáncer, se pensaba que el activador del plasminógeno de tipo uroquinasa (uPA) y su receptor uPAR regulaban el recambio de la matriz extracelular. Nuestro trabajo continuó para demostrar que en las células cancerosas, uPA tiene una función de señalización a través de su receptor uPAR anclado a GPI, que es independiente de la actividad de la proteasa y da como resultado una activación robusta de la vía ERK1/2. Debido a que uPAR está anclado a GPI, se volvió fundamental comprender cómo uPAR puede transducir señales. Demostramos que uPAR interactúa a través de su dominio III con las integrinas α5β1 uniéndose en cis a la subunidad α5. Esta interacción activa la integrina y su unión y polimerización eficientes de la fibronectina en fibrillas. Las integrinas a5b1 activas reclutaron la quinasa de adhesión focal (FAK), que luego reclutó al EGFR para activar la señalización robusta de MEK-ERK1/2. JCB 1999El bloqueo de la señalización de uPAR resultó en el desmontaje del complejo mencionado anteriormente con una reducción de la señalización de MEK-ERK1/2 y la inhibición del crecimiento tumoral. Esto resultó en la reprogramación de las células tumorales en un arresto G0/G1 a largo plazo (quiescencia) y un estado de latencia prolongado. Curiosamente, el bloqueo del complejo uPAR-integrina resultó en la regulación positiva de la señalización p38, que era necesaria para inhibir aún más la señalización ERK1/2 y mantener la latencia. Impacto: Descubrimos 1- una comunicación cruzada recíproca entre las células tumorales y el microambiente que regula la latencia de las células cancerosas 2- una nueva función de señalización para uPAR en el crecimiento de células cancerosas que resultó ser el primer mecanismo molecular de latencia del cáncer, 3- que la inducción de la latencia requería no solo una señalización mitogénica reducida sino también una señalización de estrés p38. Estos hallazgos llevaron al desarrollo de estrategias de bloqueo de uPAR con moléculas pequeñas y biológicas, algunas en ensayos clínicos. Referencias: Aguirre Ghiso, JA (2002). Inhibition of FAK signaling activated by urokinase receptor induces dormancy in human carcinoma cells in vivo. Oncogene 21, 2513-2524. Aguirre Ghiso, JA et al., (1999). La latencia tumoral inducida por la regulación negativa del receptor de uroquinasa en carcinoma humano implica la señalización de integrina y MAPKJCB. JCB 147, 89-104. Aguirre-Ghiso, JA, et al., (2001). El receptor de uroquinasa y la fibronectina regulan las relaciones de actividad de ERK(MAPK) a p38(MAPK) que determinan la proliferación o latencia de células de carcinoma in vivo. MBoC 12, 863-879. Liu, D., Aguirre Ghiso, JA, et al., (2002). El EGFR es un transductor de la señal iniciada por el receptor de uroquinasa que se requiere para el crecimiento in vivo de un carcinoma humano. Cancer Cell 1, 445-457. De Aguirre-Ghiso et al., 2001, MoBC (viii) El equilibrio entre la señalización mitogénica y la señalización por estrés como determinante de la latencia. Nos centramos en los programas genéticos regulados por el equilibrio entre ERK y p38. Descubrimos que la relación ERK/p38 predecía la latencia o reactivación de las células cancerosas en diferentes tipos de cáncer, incluidos el carcinoma espinocelular de cabeza y cuello, el de mama y el de próstata. Descubrimos que la pequeña GTPasa CdC42 era responsable de la activación de p38 tras la interrupción del complejo uPAR y, utilizando un sistema de reportero de vías para controlar la señalización mitogénica de ERK y la señalización por estrés de p38 in vivo, descubrimos que todas las células cancerosas activan p38 tras la diseminación, pero las que continúan haciendo metástasis a partir de DTC silencian la señalización de p38. Cuando caracterizamos las señales de supervivencia y quiescencia posteriores a la relación ERK/p38, descubrimos que p38 inducía en las células latentes una respuesta de proteína desplegada, una regulación positiva de la chaperona BiP y la activación de la quinasa del RE PERK. Estas vías contribuían a la supervivencia de las células cancerosas latentes basales y a la supervivencia a los agentes que dañan el ADN. También demostramos que p38 activaba el factor de transcripción ATF6 para inducir la activación de Rheb y una vía alternativa de mTOR que confería señales de supervivencia para las células cancerosas latentes (detenidas en G0/G1). Finalmente, revelamos una red de factores de transcripción regulada por el equilibrio ERK/p38 necesaria para la quiescencia de las células tumorales durante la latencia. Impacto: Estos estudios fueron los primeros en proporcionar una comprensión mecanicista de cómo las células cancerosas malignas pueden reprogramarse para entrar en latencia. También definimos mecanismos de señalización y transcripción clave que contribuyeron a la detención de G0/G1 y la supervivencia de las células malignas reprogramadas para entrar en latencia. Referencias: Aguirre-Ghiso, JA, et al., (2004). El etiquetado con proteína fluorescente verde de las vías de quinasa y p38 reguladas por señales extracelulares revela una nueva dinámica de activación de la vía durante el crecimiento primario y metastásico. Cancer Res 64, 7336-7345. Ranganathan, et al., (2006). Acoplamiento funcional de la regulación positiva inducida por p38 de BiP y la activación de la proteína quinasa dependiente de ARN similar a la quinasa del retículo endoplásmico con la resistencia a fármacos de las células de carcinoma latente. Cancer Res 66, 1702-1711. Schewe, DM y Aguirre-Ghiso, JA (2008). La señalización ATF6alpha-Rheb-mTOR promueve la supervivencia de células tumorales latentes in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 105, 10519-10524. Adam, AP et al., (2009). Identificación computacional de una red de factores de transcripción regulada por p38SAPK necesaria para la quiescencia de células tumorales. Cancer Res 69, 5664-5672. De Wen et al., Sci Signal, 2011 (ix) Adhesión, señalización de estrés y autofagia. Descubrimos que p38 se activa tras la pérdida de la señalización de adhesión de la integrina b, lo que conduce a la inhibición de ERK1/2 y a la inducción de la proteína proapoptótica BimEL. Esto es clave para inducir la anoikis, el desarrollo adecuado del árbol mamario. Descubrimos que el oncogén HER2 inhibe p38 y esto acelera la progresión del cáncer. También descubrimos que la señalización de adhesión adecuada limita la activación del retículo endoplásmico PERK, que limita la iniciación del cáncer mamario al bloquear la proliferación. Descubrimos que la señalización de ErbB2 depende de la activación óptima de la señalización de eIF2a y que causar un desequilibrio en los niveles de P-eIF2a mataba a las células que sobreexpresaban ErbB2. También demostramos que la activación de PERK-eIF2a-ATF4-CHOP en células epiteliales mamarias desprendidas de la matriz extracelular induce autofagia y respuestas antioxidantes para la supervivencia. La autófagia también se activó rápidamente mediante la activación dependiente de PERK de una vía LKB1-AMPK-TSC2 que bloqueó la activación de mTOR y las células cancerosas cooptan la señalización de PERK para la supervivencia. También publicamos que en el mieloma múltiple, la modulación de las vías de UPR y quiescencia permite que las células cancerosas que sobreviven al tratamiento con bortezomib persistan en un fenotipo latente pero aún resistente al estrés que puede impulsar las recurrencias. Impacto: Revelamos que PERK tiene un papel doble como supresor tumoral al realizar funciones antioxidantes en células normales, pero también puede cooptarse para optimizar la señalización del estrés en células que expresan oncogenes. El impacto de nuestro programa UPR condujo a una colaboración de investigación con Eli Lilly para probar inhibidores de UPR para dirigirse a esta vía en varios tipos de cáncer. Referencias: Schewe DM y Aguirre-Ghiso, JA (2009). La inhibición de la desfosforilación de eIF2a maximiza la eficiencia de bortezomib y elimina las células quiescentes de mieloma múltiple que sobreviven a la terapia con inhibidores del proteasoma. Cancer Res. 15 de febrero;69(4):1545-52. Avivar-Valderas, A., et al., (2011). PERK integra la autofagia y las respuestas al estrés oxidativo para promover la supervivencia durante el desprendimiento de la matriz extracelular. Mol Cell Biol 31, 3616-3629. Wen, HC, et al., (2011). La señalización p38 induce anoikis y la formación del lumen durante la morfogénesis mamaria. Science Signaling 4, ra34. Avivar-Valderas A et al., (2013). La regulación de la autofagia durante el desprendimiento de la matriz extracelular está vinculada a una inhibición selectiva de mTORC1 por PERK. Oncogene, 10 de octubre de 2013;32(41):4932-40 (x) Integración de la latencia en el paradigma de la metástasis. Hemos dedicado un esfuerzo importante a integrar la biología actual de la latencia del cáncer y la señalización del estrés en el paradigma de la progresión del cáncer. A través de una serie de revisiones, comentarios y perspectivas exhaustivas, hemos delineado la evolución del campo de la latencia del cáncer y su integración con los mecanismos de metástasis. Este cuerpo de trabajo y nuestra investigación han sido ampliamente citados en lugares académicos y públicos y han influido en el desarrollo de programas de latencia. Referencias: Aguirre-Ghiso, JA (2007). Modelos, mecanismos y evidencia clínica para la latencia del cáncer. Nature Reviews Cancer 7, 834-846. Aguirre-Ghiso, JA, et al. (2013). Despertar de la metástasis: dirigiéndose al cáncer latente. Nat Med 19, 276-277. Sosa, MS, Bragado, P. y Aguirre-Ghiso, JA (2014). Mecanismos de la latencia de células cancerosas diseminadas: un campo de despertar. Nature Reviews Cáncer 14, 611-622. De Aguirre-Ghiso et al., Nat Med 2013
