Celulele endocrine tolerante și semnalizarea Rac1: un nou mecanism implicat în recurențele tardive ale cancerului mamar ER pozitiv

Un studiu publicat în revista Nature Communications a investigat mecanismele biologice care stau la baza recurențelor tardive ale cancerului mamar cu receptori estrogenici pozitivi (ER+), o problemă majoră clinică deoarece aceste recidive pot apărea la mulți ani după finalizarea terapiei endocrine și sunt responsabile pentru o proporție importantă a mortalității asociate bolii. Cercetarea condusă de Garvan Institute of Medical Research identifică o populație distinctă de celule cu proliferare lentă, dar cu potențial metastatic păstrat, asociată cu activarea semnalizării Rac1 și expresia crescută a P-Rex1.

Idei principale

• Metastazele ER+ prezintă frecvent proliferare mai redusă decât tumorile primare.
• Cercetătorii au identificat o populație de celule „Endocrine Tolerant” cu creștere lentă și rezistență la terapia endocrină.
• Aceste celule dezvoltă tumori primare mici, dar metastazează eficient.
• Celulele endocrine tolerante prezintă caracteristici asemănătoare senescenței celulare.
• Transcriptomica unicelulară a evidențiat activarea căii Rac1/P-Rex1.
• PREX1 a fost asociată cu recurențele tardive ale cancerului mamar ER+.
• Inhibitorii Rac1 au redus migrarea celulară și creșterea tumorală în modele preclinice.
• Combinația dintre inhibarea Rac1 și tamoxifen a determinat regresie tumorală într-un model PDX derivat din metastaze endocrine rezistente.

Context

Terapia endocrină reprezintă tratamentul standard pentru aproximativ 75% dintre pacientele cu cancer mamar ER pozitiv. Medicamente precum tamoxifenul, fulvestrantul și inhibitorii de aromatază sunt administrate timp de 5–10 ani pentru a preveni proliferarea celulelor tumorale reziduale.

Cu toate acestea, până la 30% dintre paciente dezvoltă recurențe rezistente la tratament, multe dintre acestea apărând după mai mult de 5–10 ani de terapie endocrină.

Recidivele tardive reprezintă aproximativ jumătate dintre toate recurențele și sunt responsabile pentru aproximativ 50% dintre decesele asociate recidivei.

Spre deosebire de recurențele precoce, cele tardive nu sunt asociate cu markeri proliferativi clasici și sunt dificil de prezis prin semnăturile genomice utilizate în prezent.

Modelul biologic dominant sugerează că recurențele tardive apar prin reactivarea celulelor tumorale dormante. Totuși, autorii au emis ipoteza că unele recidive ar putea proveni din celule cu proliferare foarte lentă, dar continuă, capabile să supraviețuiască terapiei endocrine și să metastazeze în timp.

Metastazele ER+ proliferează mai lent decât tumorile primare

Cercetătorii au analizat probe pereche de tumori primare și metastaze utilizând markerul proliferativ Ki67.

În metastazele cancerului mamar ER pozitiv s-a observat o reducere semnificativă a proliferării comparativ cu tumorile primare corespunzătoare.

Acest fenomen nu a fost observat în cancerul mamar ER negativ.

Datele sugerează că metastazele ER+ pot persista într-o stare de proliferare lentă timp îndelungat înainte de a deveni clinic detectabile.

Dezvoltarea modelelor de rezistență endocrină cu proliferare lentă

Pentru a investiga acest fenomen, autorii au expus celulele MCF-7 la fulvestrant și au observat apariția unor colonii foarte heterogene:

• colonii mici cu 2–3 celule
• colonii mari cu peste 100 de celule

Prin utilizarea tehnologiei CellTrace și sortare celulară, cercetătorii au separat două populații distincte:

• celule rezistente cu proliferare rapidă („Fast”)
• celule rezistente cu proliferare lentă („Endocrine Tolerant”)

Selecția repetată pe parcursul a 21 de luni a permis menținerea stabilă a fenotipului cu proliferare lentă.

Ambele populații au rămas rezistente la fulvestrant și tamoxifen, însă celulele endocrine tolerante au prezentat proliferare intrinsec mai redusă.

Celulele endocrine tolerante metastazează eficient

În modelele xenograft intraductal, celulele endocrine tolerante au generat tumori primare semnificativ mai mici decât celulele Fast.

Doar 60% dintre xenogrefele endocrine tolerante au dezvoltat tumori palpabile, comparativ cu 100% dintre xenogrefele Fast.

Totuși, metastazele pulmonare au apărut la toate animalele implantate cu celule endocrine tolerante, chiar și în absența unei tumori primare detectabile clinic.

Aceste rezultate demonstrează că proliferarea lentă nu exclude potențialul metastatic.

Tumorile endocrine tolerante au prezentat:

• depunere crescută de colagen
• fibre colagene dense și aliniate
• nuclei celulari mari
• celule multinucleate

Aceste caracteristici sunt sugestive pentru un fenotip asemănător senescenței.

Semnături transcriptomice asociate senescenței

Analiza scRNAseq a arătat că celulele endocrine tolerante seamănă transcriptomic cu o subpopulație de celule tratate acut cu fulvestrant care intră într-o stare de arest asemănătoare senescenței.

Aceste celule prezentau:

• scăderea expresiei HMGB2
• dereglarea tranziției G2/M
• semnături persistente de metabolism mitocondrial
• activitate β-galactozidazică crescută

Mai multe gene asociate metastazării au fost crescute în aceste populații:

• PREX1
• NPNT
• CPE
• MALAT1

Autorii propun că terapia endocrină poate induce precoce un program celular asemănător senescenței, din care ulterior derivă celulele endocrine tolerante.

Rac1 și P-Rex1 definesc populația endocrine tolerantă

Analiza rețelelor de semnalizare a identificat Rac1 drept nod molecular central specific celulelor endocrine tolerante.

PREX1, care codifică factorul de schimb P-Rex1 activator al Rac1, a fost una dintre cele mai importante gene supraexprimate.

P-Rex1:

• promovează migrarea celulară
• susține metastazarea
• activează semnalizarea IGFR și receptorului insulinic
• este asociată cu cancerul mamar luminal

În schimb, celulele Fast au prezentat predominant activare EGFR și HER2.

Semnalizarea PREX1/Rac1 și EGFR s-a dovedit mutual exclusivă atât în tumorile primare, cât și în metastazele ER+.

PREX1 este asociată cu recurențele tardive

Analiza cohortelor clinice cu urmărire de până la 16,25 ani a arătat că expresia crescută PREX1 nu influențează recurențele precoce, dar se asociază cu risc crescut de recurență tardivă.

Prin contrast, markerul proliferativ MKI67 a fost predictiv doar pentru recurențele precoce.

Într-o cohortă retrospectivă cu urmărire de până la 25 ani, expresia crescută a P-Rex1 proteinic s-a asociat cu:

• apariția mai tardivă a metastazelor
• persistența expresiei ER în metastaze
• menținerea activității Rac1 în boala metastatică

Metastazele care au pierdut expresia ER au prezentat și reducerea expresiei P-Rex1.

Modelele MMTV-PyMT confirmă activarea Rac1

În modelul murin MMTV-PyMT, tratamentul cronic cu tamoxifen a crescut activitatea Rac1.

Celulele tratate au prezentat:

• creștere mai lentă
• niveluri crescute P-Rex1
• creștere Pak2
• activitate Rac1 crescută demonstrată prin biosenzori FRET

Activitatea Rac1 a fost heterogenă în tumori, sugerând existența unor subpopulații distincte endocrine tolerante.

Inhibarea Rac1 reduce agresivitatea tumorală

Autorii au testat trei inhibitori Rac1:

• NSC23766
• 1A-116
• R-ketorolac

Celulele endocrine tolerante au fost mai sensibile decât celulele Fast la inhibarea Rac1.

Tratamentul a redus:

• formarea coloniilor
• migrarea celulară
• supraviețuirea tumorală

În modelele animale, inhibitorii Rac1 au redus activitatea Rac1 măsurată în timp real.

Regresie tumorală într-un model PDX rezistent endocrin

Un model PDX derivat din metastază hepatică ER+ rezistentă la multiple terapii endocrine a fost utilizat pentru validarea terapeutică.

Tratamentul cu:

• NSC23766
• R-ketorolac
• tamoxifen
• combinații terapeutice

a arătat că:

• R-ketorolac singur a redus volumul tumoral
• NSC23766 și R-ketorolac au crescut supraviețuirea
• tamoxifenul singur a încetinit doar parțial creșterea tumorală
• combinația tamoxifen + inhibitor Rac1 a determinat regresie tumorală

La finalul tratamentului, greutatea tumorală a fost semnificativ redusă în grupurile de combinație comparativ cu tamoxifenul singur.

Ketorolacul și reducerea recurențelor mamare

Meta-analiza studiilor privind utilizarea perioperatorie a ketorolacului a arătat asocierea cu reducerea semnificativă a recurențelor cancerului mamar. Raportul de risc a fost 0,50. Acest efect nu a fost observat pentru alte analgezice fără activitate asupra GTPazelor.

Autorii sugerează că inhibarea Rac1 ar putea contribui la reducerea însămânțării metastatice.

Implicațiile biologice ale studiului

Studiul propune un nou model biologic pentru recurențele tardive ale cancerului mamar ER pozitiv.

În locul unui model exclusiv bazat pe dormanță completă, autorii sugerează existența unor celule cu:

• proliferare foarte lentă
• fenotip asemănător senescenței
• potențial metastatic păstrat
• dependență de semnalizarea Rac1

Aceste celule pot persista ani întregi sub terapie endocrină și ulterior pot genera metastaze clinice.

Concluzii

Studiul identifică o populație distinctă de celule endocrine tolerante implicată în recurențele tardive ale cancerului mamar ER pozitiv.

Aceste celule prezintă proliferare lentă, caracteristici asemănătoare senescenței și activare crescută a căii Rac1/P-Rex1.

Expresia crescută PREX1 se asociază cu recurențe tardive și menținerea fenotipului ER pozitiv metastatic.

Inhibarea Rac1 reduce agresivitatea tumorală și potențează efectul terapiei endocrine în modele preclinice, sugerând o posibilă nouă strategie terapeutică pentru prevenirea și tratamentul recurențelor tardive endocrine rezistente.