Rol de la proteína quinasa A (PKA) como modulador crítico del metabolismo energético y la progresión ósea del cáncer de próstata
El 88% de las metástasis del cáncer de próstata (PCa) ocurren en el hueso, representando un importante desafío clínico. Actualmente no existen opciones terapéuticas curativas para este estadio avanzado de la enfermedad. Las células metastásicas del PCa que colonizan el hueso requieren de una reprogr...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | , , , , |
| Formato: | Tesis Libro |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2023
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| Materias: | |
| Aporte de: | Registro referencial: Solicitar el recurso aquí |
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| 246 | 3 | 1 | |a Role of protein kinase A (PKA) as a critical modulator of the energetic metabolism and bone progression of prostate cancer |
| 260 | |c 2023 | ||
| 300 | |a 163 p. : |b il. color, diagrs. color, gráfs. color, tablas | ||
| 502 | |b Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica |c Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |d 2023-11-30 |g Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (IQUIBICEN) | ||
| 506 | |2 openaire |e Autorización del autor |f info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |g 2026-11-30 | ||
| 518 | |o Fecha de publicación en la Biblioteca Digital FCEN-UBA | ||
| 520 | 3 | |a El 88% de las metástasis del cáncer de próstata (PCa) ocurren en el hueso, representando un importante desafío clínico. Actualmente no existen opciones terapéuticas curativas para este estadio avanzado de la enfermedad. Las células metastásicas del PCa que colonizan el hueso requieren de una reprogramación metabólica para lograr adaptarse a las condiciones nutricionales y de oxígeno del nuevo entorno. Asimismo, las interacciones bidireccionales entre el hueso y las células de PCa sugieren que no solo los factores derivados de las células tumorales afectan la fisiología de las células óseas, sino que también las células óseas pueden estimular el crecimiento de las células tumorales y su progresión metastásica. En este trabajo de tesis se identificó una firma de genes metabólicos fundamentales para la reprogramación metabólica de las células tumorales creciendo en el microambiente óseo, y los mecanismos moleculares que los gobiernan. Utilizando un sistema in vitro de co-cultivo en transwell de células de PCa (PC3) y progenitores óseos pre-osteoblásticos (MC3T3) o pre-osteoclásticos (Raw264.7), se evaluó el transcriptoma (RNA-seq) de las células tumorales luego de la modulación por los factores solubles liberados por los precursores óseos, identificándose una desregulación significativa del metabolismo lipídico como consecuencia de dicha interacción. Tras un análisis de componentes principales y de agrupamiento no supervisado de datos transcriptómicos de muestras de PCa humano (GSE74685), se observó que los genes metabólicos alterados in vitro fueron capaces de estratificar las muestras de pacientes en dos grupos: tumores primarios y metástasis óseas. Además, los niveles de expresión de cinco genes involucrados en el metabolismo lipídico (VDR, PPARA, SLC16A1, GPX1 y PAPSS2) resultaron predictores independientes del riesgo de muerte en el set de datos transcriptómicos de metástasis óseas de PCa (SU2C-PCF). Más aún, un modelo de puntuación de riesgo construido utilizando esta firma transcriptómica asociada al metabolismo de los lípidos fue capaz de discriminar un subgrupo de pacientes con PCa metastásico con un riesgo de muerte 23 veces mayor (p<0,0001). Esta firma fue validada en un modelo preclínico de xenotrasplantes derivados de pacientes (PDX) al comparar el tumor MDA PCa 183, derivado de una metástasis ósea del PCa sensible a la castración, creciendo intrafemoralmente vs. subcutáneamente, en donde se comprobó que el nicho óseo modula la expresión de estos cinco genes, en concordancia con los resultados obtenidos in vitro. Con respecto al mecanismo que regula esta firma génica, nuestros estudios in vitro, in vivo e in silico demostraron que la misma, está bajo el control de la vía de señalización de la proteína quinasa A (PKA), y a través de un análisis del secretoma de los medios condicionados del co-cultivo de PC3/MC3T3 y PC3/Raw264.7, por espectrometría de masas (LC ESI-MS/MS), se identificó que la fibronectina (Fn1) y el colágeno de tipo 1 (Col1a1) son factores óseos críticos que regulan a la PKA tumoral. Posteriormente, se investigó si PKA regulaba otros mecanismos fundamentales para la progresión ósea, focalizándonos en la regulación de la osteopontina (SPP1/OPN), una proteína de secreción asociada con la adhesión, migración, e invasión de células tumorales. Se reportó que altos niveles de OPN en suero se correlacionan con la progresión ósea y la resistencia al tratamiento de diferentes neoplasias malignas, incluido el PCa. Sin embargo, los mecanismos regulatorios de la expresión de SPP1/OPN en las células tumorales aún no han sido esclarecidos. En este trabajo se observó un aumento de la expresión de SPP1 en muestras clínicas de metástasis vs. tumores primarios de PCa, utilizando distintos sets de datos públicos, y en metástasis óseas vs. el resto de los sitios metastásicos del PCa. Estos resultados fueron validados in vitro, utilizando el modelo de co-cultivo indirecto PC3/MC3T3, lo que sugiere que este efecto está mediado por factores solubles secretados durante el diálogo PCa-hueso; e in vivo, evaluando el crecimiento del PDX MDA PCa 118b, derivado de una metástasis ósea de PCa resistente a la castración, de manera intrafemoral vs. subcutánea. Dentro de los factores solubles óseos presentes en el medio condicionado, Fn1 y Col1a1 no solo presentaron una marcada desregulación a nivel transcripcional en las células óseas co-cultivadas, si no que se encontraron asociadas a OPN en un análisis de interacción proteína-proteína. Además, se validó in vitro que una matriz rica en estos factores es suficiente para inducir la expresión de SPP1 en células de PCa. Además, se comprobó que la activación de SPP1 por Fn1 y Col1a1 está mediada por la actividad de PKA. En conclusión, los resultados de este trabajo de tesis identifican a PKA como un regulador central del metabolismo energético y la progresión en el hueso del PCa, y delinean potenciales blancos terapéuticos para detener el avance de las metástasis óseas. |l spa | |
| 520 | 3 | |a Among metastatic prostate cancers (PCa), the incidence of bone metastases reaches 88%, representing a significant clinical challenge to overcome, as there are currently no curative therapeutic options for this stage of the disease. Metastatic PCa cells that colonize the bone require a metabolic adaptation to the new conditions of the microenvironment. Bidirectional interactions between bone and PCa cells suggest that not only tumor-cell-derived factors affect bone physiology, but also bone cells can stimulate metastatic prostate tumor growth. In this thesis work we identified metabolic genes fueling the seeding of PCa in the bone niche, along with the molecular mechanisms underlying this phenomenon. Using a transwell co-culture system of PCa (PC3) and bone progenitor cells (MC3T3 or Raw264.7), we assessed the transcriptome of PC3 cells modulated by soluble factors released from bone precursors. In a Principal Component Analysis using transcriptomics data from human PCa samples (GSE74685), the altered metabolic genes found in vitro were able to stratify PCa patients in two defined groups: primary PCa and bone metastasis, confirmed by an unsupervised clustering analysis. Thus, the early transcriptional metabolic profile triggered in the in vitro model has a clinical correlate in human bone metastatic samples. Further, the expression levels of five metabolic genes (VDR, PPARA, SLC16A1, GPX1 and PAPSS2) were independent risk-predictors of death in the SU2C-PCF dataset and a risk score model built using this lipid-associated signature was able to discriminate a subgroup of bone metastatic PCa patients with a 23-fold higher risk of death (p<0,0001). This signature was validated in a PDX pre-clinical model when comparing the MDA PCa 183 PDX, derived from a PCa bone metastasis sensitive to castration, growing intrafemorally vs. subcutaneously. Mechanistically, our in vitro, in vivo and in silico studies revealed, that this signature is under the regulatory control of the Protein Kinase A (PKA) signaling pathway. Secretome analyses of conditioned media by mass spectrometry (LC ESI-MS/MS) showcased fibronectin (Fn1) and type-1 collagen (Col1a1) as critical bone-secreted factors that could regulate tumoral PKA. Subsequently, we investigated whether this kinase was capable of regulating other critical mechanisms for bone progression, focusing on osteopontin (SPP1/OPN), a secreted protein involved in the adhesion, migration, and invasion of PCa cells. High serum levels of OPN correlate with bone progression and treatment resistance in different malignant neoplasms, including PCa. However, the regulatory mechanisms of SPP1/OPN expression in tumor cells have not been fully elucidated. In this work, increased SPP1 expression was observed in clinical samples of human PCa metastases compared with primary PCa tumors, using different publicly available datasets, and in particular, in bone metastases compared with other PCa metastatic sites. These results were validated in vitro using the PC3/MC3T3 co-culture model, suggesting that this effect is mediated by soluble factors secreted during the PCa-bone crosstalk, and in vivo, using the MDA PCa 118b PDX, derived from a castration resistant bone metastasis sample, growing intrafemorally vs. subcutaneously. Among the bone soluble factors present in the conditioned medium, Fn1 and Col1a1 not only showed a strong upregulation at the transcriptional level in co-cultured bone cells but were also associated with OPN in a protein-protein interaction analysis. Of note, a collagen and fibronectin-rich matrix was sufficient to induce SPP1 expression in PCa cells. Furthermore, we found that the activation of SPP1 by Fn1 and Col1a1 was mediated by PKA. In conclusion, we identified PKA as a central hub of PCa energetic metabolism and bone progression and outlined potential biomarkers and therapeutic targets to halt the PCa lethal disease. |l eng | |
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