Registro:
| Documento: | Tesis de Grado |
| Título: | Rol de hemo oxigenasa-1 en el fenotipo stem y la progresión ósea del cáncer de próstata |
| Título alternativo: | Role of heme oxygenase-1 in the stem phenotype and bone progression of prostate cancer |
| Autor: | Achinelli, Inés |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN)
|
| Fecha de defensa: | 2024-03-25 |
| Fecha en portada: | Marzo 2024 |
| Grado Obtenido: | Grado |
| Título Obtenido: | Licenciado en Ciencias Biológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular |
| Director: | Toro, Ayelen Rayen |
| Director Asistente: | Sanchis, Pablo Antonio |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001705_Achinelli |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nBIO001705_Achinelli.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nBIO001705_Achinelli |
| Ubicación: | Dep.BIO 001705 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Achinelli, Inés. (2024). Rol de hemo oxigenasa-1 en el fenotipo stem y la progresión ósea del cáncer de próstata. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001705_Achinelli |
Resumen:
El cáncer de próstata (PCa) es el segundo tipo de cáncer más común en hombres y es la sexta causa de muerte por cáncer en la población masculina a nivel mundial. En Argentina representa el cáncer de mayor incidencia y el tercero en mortalidad en hombres. La mortalidad de los pacientes con PCa está fuertemente ligada a la adquisición de fenotipos agresivos e invasivos y al desarrollo de metástasis. En particular, las células de PCa exhiben un marcado tropismo por el hueso. Los pacientes con metástasis óseas, que representan un 88% de los casos de PCa metastásico, tienen una probabilidad de supervivencia a tres años que alcanza el 12% y a los cinco años disminuye al 6%. Es por dicha razón que representan un importante desafío para el manejo clínico del Pca. Dentro de los tumores de PCa existe una subpoblación de células con capacidad de autorrenovarse y diferenciarse, denominadas células madre tumorales prostáticas (PCSCs). Las PCSCs se asocian no sólo a la iniciación y proliferación de los tumores, sino también a la invasión, la transición epitelio-mesenquimal, la formación de metástasis, la recaída y la resistencia a tratamientos. Asimismo, la inflamación constituye uno de los principales hallmarks del cáncer, debido a que promueve la oncogénesis acelerando la transformación maligna y la progresión. La proteína hemo oxigenasa-1 (HO-1), codificada por el gen HMOX1, es la enzima limitante en la degradación del grupo hemo y se caracteriza por su respuesta celular citoprotectora frente al estrés oxidativo y a los estímulos proinflamatorios. Trabajos de investigación realizados en nuestro laboratorio demostraron un efecto antitumoral de HO-1 en PCa, posicionándola como un posible blanco terapéutico para la enfermedad. Sin embargo, aún resta dilucidar los mecanismos moleculares subyacentes a su asociación con los procesos involucrados en la progresión del PCa. A su vez, resultados preliminares de nuestro grupo sugieren que HO-1 disminuye las características stem de células de PCa modulando una firma de genes asociados a stemness y metástasis, la firma SMAG (del inglés stemness and metastasis-associated genes). Basándonos en los antecedentes bibliográficos y en los resultados previos de nuestro grupo de investigación, nuestra hipótesis postula que la inducción de HO-1 modula el fenotipo stem de las células de PCa. Por lo tanto, planteamos como objetivo general evaluar el impacto de la inducción de HO-1 en el fenotipo stem y las metástasis óseas del PCa, con el fin de identificar genes con potencial terapéutico. En la primera parte de este trabajo se evaluó el efecto de la inducción de HO-1 sobre la expresión de una firma de 72 genes asociados a stemness en células de PCa (PC3) mediante RNA-seq. Se observó que la inducción farmacológica de HO-1 con hemina, inductor y activador específico, aumentó la expresión de 29 genes y reprimió la expresión de otros 5. Luego, se redujo ese conjunto de genes a una firma stemlike que incluye a los factores de pluripotencia, los principales marcadores de PCSCs y la firma SMAG, con el fin de caracterizar su relevancia clínica en muestras de pacientes. Mediante análisis bioinformáticos de sobrevida se asoció la expresión de los genes POU5F1, SOX2, CD44, ALDH1A1, ALDH1B1, ALDH1L2 y ADAM15 de la firma stemlike en tumores primarios de pacientes de PCa con un riesgo aumentado de progresión. Dada la alta incidencia de metástasis óseas en PCa, en la segunda parte del trabajo se utilizó un sistema de co-cultivo indirecto entre células PC3 y células progenitoras de osteoblastos (MC3T3) para modelar el crosstalk PCa-hueso. Mediante RNA-seq se evaluó el efecto de la modulación de HO-1 sobre la expresión de los genes asociados a stemness en las células PC3 co-cultivadas vs. sin co-cultivar. Se observó una inducción de la firma inicial de stemness en las células de PCa co-cultivadas con preosteoblastos. Interesantemente, el pre-tratamiento de las células de PCa con hemina impidió este efecto pro-stemness del co-cultivo y, más aún, moduló la firma negativamente, sugiriendo un rol antimetastásico de HO-1. Adicionalmente, se realizaron análisis in silico para caracterizar la relevancia clínica de la firma stemlike en metástasis óseas de PCa según los niveles de expresión de los genes que la componen y según la expresión de HMOX1. A partir de estos resultados se hallaron 7 genes de la firma stemlike aumentados en metástasis óseas respecto de otros tejidos de PCa. Entre ellos, la alta expresión de ALDH1L2 se asoció a una peor sobrevida global y correlacionó positivamente con la expresión de HMOX1, reforzando la relevancia del estudio de estos marcadores de stemness en la enfermedad metastásica. En conjunto, los resultados obtenidos en este trabajo refuerzan el rol antitumoral de HO-1 en PCa, destacando su capacidad de influenciar el fenotipo stem de las células tumorales prostáticas modulando la expresión de genes clínicamente relevantes. Nuestras observaciones destacan el potencial terapéutico de modulación farmacológica de HO-1 ya que impediría la sobre-expresión de estos genes de stemness que se desencadenaría tras la llegada de las células tumorales al nicho óseo, factor clave para la prevención de la progresión ósea.
Abstract:
Prostate cancer (PCa) is the second most common cancer in men and the sixth leading cause of cancer-related death in the male population worldwide. In Argentina, it represents the most frequently diagnosed cancer and the third leading cause of cancer mortality in men. Patient mortality from PCa is strongly associated with the acquisition of aggressive and invasive phenotypes and the development of metastases. Particularly, PCa cells exhibit a marked tropism for bone. Patients with bone metastases, accounting for 88% of metastatic PCa cases, have a three-year survival probability of 12%, which decreases to 6% at five years. Consequently, they pose a significant challenge for PCa clinical management. Within PCa tumors, there exists a subpopulation of cells capable of self-renewal and differentiation, known as prostate cancer stem cells (PCSCs). These cells are not only associated with tumor initiation and proliferation but also with invasion, epithelial-mesenchymal transition, metastasis formation, relapse, and treatment resistance. Furthermore, inflammation constitutes one of the main hallmarks of cancer, as it promotes oncogenesis by accelerating malignant transformation and progression. Heme oxygenase-1 (HO-1), encoded by the HMOX1 gene, is the rate-limiting enzyme in heme degradation and is known for its cytoprotective response to oxidative stress and proinflammatory stimuli. Research conducted in our laboratory has demonstrated an anti-tumor effect of HO-1 in PCa, positioning it as a potential therapeutic target for the disease. However, the underlying molecular mechanisms of its association with Pca progression processes remain to be elucidated. Additionally, preliminary results from our group suggest that HO-1 reduces the stemlike characteristics of PCa cells by modulating a signature of genes associated with stemness and metastasis, that we named the SMAG signature (stemness and metastasis-associated genes). Based on the literature and our previous research findings, our hypothesis proposes that HO-1 induction modulates the stem phenotype of PCa cells. Therefore, our overall objective is to evaluate the impact of HO-1 induction on the stem phenotype and bone metastases of PCa to identify genes with therapeutic potential. In the first part of this study, we evaluated the effect of HO-1 induction on the expression of a signature of 72 stemness-associated genes in PCa cells (PC3) using RNA-seq. Pharmacological induction of HO-1 with hemin, a specific inducer and activator, increased the expression of 29 genes and repressed the expression of 5 others. Subsequently, this gene set was reduced to a stemlike signature, including pluripotency factors, major PCSC markers, and the SMAG signature, to characterize its clinical relevance in patient samples. Survival bioinformatics analysis associated the expression of POU5F1, SOX2, CD44, ALDH1A1, ALDH1B1, ALDH1L2 and ADAM15 genes from the stemlike signature in primary PCa tumors with an increased risk of progression. Given the high incidence of bone metastases in PCa, the second part of the study utilized an indirect co-culture system between PC3 cells and osteoblast progenitor cells (MC3T3) to model PCa-bone crosstalk. RNA-seq was used to evaluate the effect of HO-1 modulation on the expression of stemness-associated genes in PC3 cells co-cultivated with or without preosteoblasts. Induction of the stemness signature was observed in PCa cells co-cultivated with preosteoblasts. Interestingly, pre-treatment of PCa cells with hemin prevented this pro-stemness effect of co-cultivation and further modulated the signature negatively, suggesting an antimetastatic role of HO-1. Additionally, in silico analyses were performed to characterize the clinical relevance of the stemlike signature in PCa bone metastases based on the expression levels of its constituent genes and HMOX1 expression. These analyses identified 7 genes from the stemlike signature that were upregulated in bone metastases compared to other PCa tissues. Among them, high expression of ALDH1L2 was associated with worse overall survival and positively correlated with HMOX1 expression, reinforcing the importance of studying these stemness markers in metastatic disease. Overall, the results obtained in this study reinforce the anti-tumor role of HO-1 in Pca, highlighting its ability to influence the stem phenotype of prostate tumor cells by modulating the expression of clinically relevant genes. Our findings emphasize the therapeutic potential of pharmacological modulation of HO-1 as it would prevent the overexpression of these stemness genes triggered by the arrival of tumor cells at the bone niche, a key factor in preventing bone progression.
Citación:
---------- APA ----------
Achinelli, Inés. (2024). Rol de hemo oxigenasa-1 en el fenotipo stem y la progresión ósea del cáncer de próstata. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001705_Achinelli
---------- CHICAGO ----------
Achinelli, Inés. "Rol de hemo oxigenasa-1 en el fenotipo stem y la progresión ósea del cáncer de próstata". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001705_Achinelli
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