ADAMTS proteases and uveal melanoma: unveiling the contribution of ADAMTS1 to the plasticity of tumor cells

Autor: Peris Torres, Carlos
Přispěvatelé: Rodríguez-Manzaneque Escribano, Juan Carlos, Universidad de Granada., Universidad de Granada. Programa de Doctorado en Biomedicina
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
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Zdroj: Digibug. Repositorio Institucional de la Universidad de Granada
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Digibug: Repositorio Institucional de la Universidad de Granada
Universidad de Granada (UGR)
Popis: Los tumores están compuestos no sólo por una masa de células heterogéneas que crecen sin control, sino también por el entorno que crean durante su crecimiento, conocido todo ello como microambiente tumoral. El componente no celular de este microentorno, constituido mayoritariamente por la matriz extracelular, ha sido reconocido como un elemento dinámico crucial debido a su íntima relación con las células cancerosas, afectando al desarrollo tumoral y a la metástasis. De manera particular, el estudio de la remodelación de esta matriz, mediada por proteasas extracelulares, sigue revelando una amplia gama de acciones tanto pro- como anti-tumorigénicas. El conocimiento de las acciones de la proteasa extracelular ADAMTS1 (del inglés “A Disintegrin And Metalloproteinase with ThromboSpondin motifs 1”) ejemplifica ese doble papel. En línea con la experiencia de este laboratorio en la proteasa ADAMTS1, la presente tesis es un paso más en la comprensión de sus funciones, con la particularidad de desarrollarse en torno al melanoma y, más concretamente, un subtipo raro: el melanoma uveal. Con tal objetivo global, este trabajo presenta diferentes aproximaciones. En primer lugar, se realizó una completa caracterización in vitro e in silico de líneas celulares de melanoma humano, con especial atención a la relación de ADAMTS1 y la adquisición por parte de las células cancerosas de un fenotipo similar al de células endoteliales, denominado endothelial-like. Este fenómeno reflejaría la capacidad de células tumorales para transdiferenciarse y “mimetizar” las células endoteliales, y está correlacionado con tumores más agresivos y de peor pronóstico clínico. Resultados de esta tesis confirman una correlación positiva de la expresión de ADAMTS1 con el fenotipo endothelial-like de células de melanoma humano, así como la estrecha asociación que esta proteasa muestra con genes clave en dicho fenotipo como la cadherina endotelial CDH5. Además, este trabajo demuestra que ADAMTS1 es esencial para el crecimiento tumoral, ya que su inhibición mediante la tecnología CRISPR/Cas9 en células de melanoma uveal (MUM-2B) provocó un bloqueo drástico de la progresión de xenógrafos tumorales en diferentes modelos murinos. Los tumores deficientes en ADAMTS1 mostraron importantes alteraciones de su vasculatura, y de manera más relevante se encontró una reducción en la expresión de CDH5 en las células tumorales. Adicionalmente esta alteración se encontró asociada con la expresión de marcadores de células madre del cáncer o stemness. En este punto es importante destacar que las características stemness están íntimamente ligadas al fenotipo endothelial-like y a las capacidades de iniciación de los tumores, por lo que aquí se revela un papel esencial de ADAMTS1 para ambos procesos. De hecho, la realización de reconocidos ensayos con esferas derivadas de células de melanoma mostró una capacidad insuficiente para formar tales esferas en ausencia de ADAMTS1. Igualmente, este trabajo muestra una correlación directa de la deficiencia en estos procesos con la disminución de marcadores stemness y, notablemente, también de CDH5. Por último, haciendo uso de herramientas bioinformáticas avanzadas y beneficiándose de datos disponibles públicamente sobre melanomas uveales (proyecto The Cancer Genome Atlas, TCGA), en esta tesis se han identificado nuevos factores de pronóstico destacando moléculas endoteliales como CDH5 y KDR y varios miembros de la familia de proteasas ADAMTS. Un análisis detallado también reveló una alta expresión de ADAMTS1 en estadios iniciales del melanoma uveal, confirmando la contribución de esta proteasa en fenómenos de inducción de las capacidades stemness y del fenotipo endothelial-like de células tumorales. De manera adicional, un estudio más amplio de proteasas ADAMTS sugirió el papel de otros miembros de la familia a lo largo de toda la progresión de este agresivo tipo tumoral. Todos estos resultados conducen a la conclusión general de que ADAMTS1 es necesaria para un desarrollo adecuado del melanoma uveal, ya que contribuye a la adquisición de un fenotipo endothelial-like y afecta a los rasgos stemness, sin ignorar su función principal como moduladora de la matriz extracelular. El trabajo mostrado en esta tesis representa el primer testimonio que apoya el desarrollo de dianas terapéuticas dirigidas a la matriz extracelular en la lucha contra el melanoma uveal.
Tumors are composed not only by a mass of heterogeneous cells that grow out of control, but also by the environment created during their growth, everything commonly known as tumor microenvironment. The non-cellular component of this microenvironment, constituted mostly by the extracellular matrix, has been recognized as a crucial dynamic element due to its intimate crosstalk with cancer cells, affecting tumor development and metastasis. Particularly, the study of the remodeling of this matrix, mediated by extracellular proteases, keeps revealing a wide range of both pro- and anti-tumorigenic actions. The knowledge of the actions of the extracellular protease ADAMTS1 (A Disintegrin And Metalloproteinase with ThromboSpondin motifs 1) exemplifies this dual role. In line with the experience of this laboratory in ADAMTS1 protease, the present thesis is a further step for the comprehension of its functions, with the particularity of being developed in relation to melanoma and, more precisely, to a rare subtype: uveal melanoma. With such global objective, this work reports different approaches. First of all, a complete in vitro and in silico characterization of human melanoma cell lines was conducted, with special attention to the relationship of ADAMTS1 with the acquisition by cancer cells of an endothelial-like phenotype. This phenomenon would reflect the capacity of tumor cells to transdifferentiate and “mimic” endothelial cells, and it is correlated with more aggressive and worse clinical prognosis tumors. Results included in this thesis confirms a positive correlation of ADAMTS1 expression with the endothelial-like phenotype of human melanoma cells, as well as the close association that this protease shows with key genes for that phenotype such as endothelial cadherin CDH5. Furthermore, this work demonstrates that ADAMTS1 is essential for tumor growth, since its inhibition by CRISPR/Cas9 technology in uveal melanoma cells (MUM-2B) caused a drastic blockade of tumor xenograft progression in different murine models. ADAMTS1-deficient tumors showed significant alterations in their vasculature, and most relevantly they revealed the downregulation of CDH5 in tumor cells. Additionally, this alteration was found to be associated with the expression of cancer stemness markers. At this point it is important to remark that stemness features are closely linked to endothelial-like phenotype and tumor-initiating capacities, so an essential role of ADAMTS1 for both processes is revealed here. Indeed, recognized assays with spheres derived from melanoma cells also showed an insufficient capacity to form such spheres in the absence of ADAMTS1. Likewise, this work demonstrates a direct correlation of the deficiency in these processes with the decrease of stemness markers and, remarkably, also of CDH5. Finally, using advanced bioinformatics tools and taking advantage of publicly available data of uveal melanomas (The Cancer Genome Atlas, TCGA), new prognostic factors were identified in this thesis, highlighting endothelial molecules such as CDH5 and KDR and several members of the ADAMTS family of proteases. A detailed analysis also uncovered a high expression of ADAMTS1 at early stages of uveal melanoma, confirming the contribution of this protease to phenomena of induction of stemness features and of endothelial-like phenotype in tumor cells. Additionally, a broader study of ADAMTS proteases suggested the role of other members of the family throughout the progression of this aggressive cancer subtype. All these results lead to the general conclusion that ADAMTS1 is necessary for an adequate development of uveal melanoma, since it contributes to the acquisition of an endothelial-like phenotype and affects stemness features, without ignoring its main function as an extracellular matrix modulator. The work shown in this thesis represents the first evidence that supports the development of therapeutic targets directed to the extracellular matrix in the fight against uveal melanoma.
Tesis Univ. Granada.
Databáze: OpenAIRE
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