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Publicação
Crosstalk between NF-kB and PI3K-Akt-mTOR signalling in thyroid cancer: the pursuit of novel therapeutic options
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Resumo(s)
As células cancerígenas são o resultado de um processo gradual e complexo chamado oncogénese. Durante este processo, as células normais transformam-se progressivamente em células cancerígenas através da acumulação de diversas alterações genéticas, que eventualmente culminam numa ou mais características definidas como ‘’hallmarks of cancer’’. Estas características foram definidas como propriedades essenciais ao desenvolvimento cancerígeno por Hanahan and Weinberg e correspondem a: sustentar sinalização proliferativa, escapar aos supressores tumorais, resistir à morte celular, possibilitar imortalidade replicativa, induzir angiogénese e ativar processos de invasão e metastastização. Este conjunto de características foi mais tarde alargado, considerando igualmente a importância da instabilidade genómica e da inflamação, bem como da reprogramação do metabolismo e do escape à vigilância imunitária no desenvolvimento dos processos tumorais. O carcinoma da tiroide é a neoplasia maligna mais frequente do sistema endócrino e a sua incidência tem vindo a aumentar ao longo dos últimos anos. De acordo com as suas características histológicas e morfológicas, o carcinoma da tiroide pode ser subdividido em quatro subtipos principais: carcinoma medular da tiroide (MTC, medullary thyroid cancer), carcinoma papilar da tiroide (PTC, papillary thyroid cancer), carcinoma folicular da tiroide (FTC, follicular thyroid cancer) e carcinoma anaplástico da tiroide (ATC, anaplastic thyroid cancer). Os subtipos PTC, FTC e ATC desenvolvem-se a partir das células epiteliais foliculares da glândula da tiroide, enquanto que o subtipo MTC deriva das células parafoliculares. Para além disso, dentro dos grupos que se desenvolvem a partir das células foliculares, os subtipos papilar e folicular são considerados carcinomas da tiroide bem diferenciados (WDTC, well-differentiated thyroid cancer), enquanto que o subtipo anaplástico corresponde a um tipo de carcinoma da tiroide indiferenciado. O carcinoma papilar da tiroide é o subtipo mais frequentemente diagnosticado, correspondendo a cerca de 80% dos casos dos carcinomas da tiroide. Normalmente, os doentes com estas formas apresentam um prognóstico favorável após remoção total ou parcial da glândula da tiroide e, quando se justifique, terapia com iodo radioativo. No entanto, existe um subconjunto de doentes que apresentam formas agressivas da doença, frequentemente associadas a resistência à radioterapia com iodo e para os quais não existem alternativas terapêuticas eficazes, sendo por isto essencial o desenvolvimento de novas estratégicas terapêuticas. As alterações genéticas mais frequentemente associadas ao carcinoma papilar da tiroide incluem mutações pontuais no gene BRAF ou rearranjos RET/PTC. Uma vez que estas alterações promovem a ativação constitutiva da via de sinalização MAPK (mitogen activated protein kinase), esta por sua vez é considerada essencial ao desenvolvimento do cancro da tiroide. Por outro lado, mutações pontuais no gene RAS também podem ser encontradas em doentes com o subtipo papilar. À semelhança dos rearranjos RET/PTC, as mutações em RAS têm a capacidade de ativar tanto a via de sinalização das MAPK, como a via PI3K/Akt/mTOR. Neste sentido, também a via de sinalização PI3K/Akt/mTOR tem vindo a ser considerada um elemento importante durante o desenvolvimento e progressão do cancro da tiroide. Sendo o carcinoma papilar da tiroide, um cancro que envolve frequentemente a ativação constitutiva da via MAPK, uma terapêutica dirigida à inibição da mesma poderia ser uma opção. No entanto, efeitos secundários indesejados associados ao uso de inibidores desta via, têm vindo a ser reportados em doentes com diferentes formas de carcinoma da tiroide, bem como o escape à terapêutica após longos períodos de tratamento. Desta forma, a compreensão dos mecanismos moleculares subjacentes à oncogénese do subtipo papilar e, em particular, da interação entre diferentes vias de sinalização implicadas, poderá ser uma mais valia no desenvolvimento de novas terapias dirigidas aos doentes com as variantes agressivas. A via de sinalização PI3K/Akt/mTOR é umas das vias mais estudadas no contexto da tumorigénese, devido ao seu papel determinante na proliferação e sobrevivência celular. No carcinoma da tiroide, mutações que afetam esta via costumam ser mais comuns nos tipos foliculares e anaplásticos. No entanto, pensa-se que esta via tem um papel importante na progressão de PTC para formas mais agressivas. Para além disso, como algumas das mutações associadas ao carcinoma papilar da tiroide também têm a capacidade de promover uma ativação da via de sinalização PI3K/Akt/mTOR, também esta via acaba por representar um alvo apelativo ao desenvolvimento de novas terapêuticas dirigidas, visando as formas agressivas. O NF-κB é um fator de transcrição, cuja desregulação pode facilmente promover condições favoráveis ao desenvolvimento cancerígeno, devido ao controlo que exerce sob diversas funções biológicas, tais como na inflamação ou em mecanismos associados à apoptose, crescimento e proliferação celular. No contexto do cancro da tiroide, este fator de transcrição tem sido descrito como um elemento envolvido na resistência à terapêutica, o que leva a suspeitar da presença de algum tipo de interação entre a via de sinalização do NF-κB e as vias de sinalização mais relevantes ao processo oncogénico da tiroide. De facto, uma relação entre a via de sinalização MAPK e a via canónica do NF-κB, foi já descrita por vários autores em diferentes modelos de carcinoma da tiroide, incluindo o subtipo papilar. No entanto, uma interação entre as vias NF-κB e PI3K/Akt/mTOR não se encontra ainda descrita no contexto das neoplasias da tiroide. O principal objetivo deste trabalho foi investigar esta interação em modelos celulares de carcinoma papilar da tiroide. Neste sentido, foram estabelecidas três abordagens experimentais que consistiam na avaliação da atividade do NF-κB: i) na presença de inibidores químicos da via PI3K/Akt/mTOR, ii) na presença de inibidores químicos da via PI3K/Akt/mTOR e com estimulação exógena da via canónica do NF-κB e iii) na presença combinada de inibidores químicos da via PI3K/Akt/mTOR e da via canónica do NF-κB. Os efeitos observados foram ainda comparados entre modelos celulares de PTC com diferentes contextos genéticos.
A nível da análise da atividade transcricional do NF-κB, foi verificado um aumento da expressão de um alvo transcricional, em resposta à inibição química da via de sinalização PI3K/Akt/mTOR. Curiosamente, o mesmo não se verifica na presença de estimulação exógena da via canónica do NF-κB, onde a inibição da via PI3K/Akt/mTOR parece não ter impacto na atividade transcricional do NF-κB. Foi no entanto observada uma aparente inconsistência entre a avaliação da ativação de NF-κB com base na sua atividade transcricional e a avaliada através da análise da translocação nuclear da subunidade p65 deste fator de transcrição. Nesta última situação, os resultados indicam um decréscimo da translocação nuclear da subunidade p65 do NF-κB, em resposta à inibição da via de sinalização PI3K/Akt/mTOR. Este fenómeno ocorre tanto na ausência de estímulos exógenos da via canónica do NF-κB, como na presença dos mesmos. No seu conjunto, os resultados deste trabalho sugerem que a via de sinalização PI3K/Akt/mTOR poderá influenciar o estado de ativação do fator de transcrição NF-κB. No entanto, devido à aparente inconsistência entre a atividade transcricional e a translocação nuclear do NF-κB, não foi possível esclarecer se o resultado final do impacto da via de sinalização PI3K/Akt/mTOR no estado de ativação deste fator de transcrição é no sentido de inibir ou estimular a sua atividade. Assim, experiências futuras serão necessárias de forma a compreender e clarificar esta interação, bem como as suas implicações biológicas no contexto do cancro da tiroide. Compreender as possíveis interações entre diferentes vias de sinalização envolvidas na tumorigénese da tiroide será uma mais valia para o desenvolvimento e adequação de terapêuticas dirigidas, particularmente relevante na gestão de doentes com formas agressivas da doença.
Thyroid cancer is the most frequent endocrine malignancy and its incidence has been rising over the past few years. Accounting for more than 80% of the cases, the papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common subtype of thyroid cancer. In general, PTC patients have a good prognosis after surgery which, in specific cases, is followed by radioiodine therapy. However, a subset of patients present advanced forms of the disease, with lesions that are frequently unresectable or unresponsive to radioiodine therapy. For these patients, no effective alternative treatment exists and new therapeutic options are needed in order to increase patients’ survival rate and lifespan. Throughout cancer development, several genetic changes occur that deregulate different signalling pathways controlling cancer survival, progression and invasion. The most common genetic alterations involved in papillary thyroid cancer include BRAFV600E point mutation and RET/PTC rearrangements, affecting positively the activity of the pro-tumorigenic MAPK pathway. Nonetheless, RET/PTC rearrangements can also activate the PI3K/Akt/mTOR pathway. Besides, RAS activating mutations have been detected in PTC patients and, similar to RET/PTC, can signal through both MAPK and PI3K/Akt/mTOR pathways. Thus, despite MAPK being considered the main signalling pathway involved in thyroid cancer oncogenesis, PI3K/Akt/mTOR can be expected to play an important role during this process. Therefore, targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway becomes an attractive therapeutic option, also in the context of thyroid cancer. NF-κB transcription factor has been described as an important anti-apoptotic factor in thyroid carcinomas as well as being involved in acquired resistance to therapy. The interplay of NF-κB with both MAPK and PI3K/Akt/mTOR pathways has been described in several cancers. Considering that in thyroid carcinomas, an interplay between NF-κB and MAPK has been described it may also be relevant to analyse a possible crosstalk between NF-κB and PI3K/Akt/mTOR pathways. Thus, aiming to address this potential crosstalk, the impact of PI3K/Akt/mTOR in NF-κB activation status was analysed in PTC cellular models. NF-κB activity was evaluated in three different conditions: i) upon inhibition of PI3K signalling; ii) upon inhibition of PI3K signalling in the presence of exogenous stimulation of the NF-κB canonical pathway and iii) upon inhibition of both PI3K and NF-κB signalling. Altogether our results suggest the existence of a crosstalk between NF-κB and PI3K/Akt/mTOR signalling. However, whether PI3K/Akt/mTOR pathway exerts a positive or negative impact in the overall NF-κB activation status as well as the molecular mechanisms behind this interplay and its biological significance, require further clarification.
Thyroid cancer is the most frequent endocrine malignancy and its incidence has been rising over the past few years. Accounting for more than 80% of the cases, the papillary thyroid carcinoma (PTC) is the most common subtype of thyroid cancer. In general, PTC patients have a good prognosis after surgery which, in specific cases, is followed by radioiodine therapy. However, a subset of patients present advanced forms of the disease, with lesions that are frequently unresectable or unresponsive to radioiodine therapy. For these patients, no effective alternative treatment exists and new therapeutic options are needed in order to increase patients’ survival rate and lifespan. Throughout cancer development, several genetic changes occur that deregulate different signalling pathways controlling cancer survival, progression and invasion. The most common genetic alterations involved in papillary thyroid cancer include BRAFV600E point mutation and RET/PTC rearrangements, affecting positively the activity of the pro-tumorigenic MAPK pathway. Nonetheless, RET/PTC rearrangements can also activate the PI3K/Akt/mTOR pathway. Besides, RAS activating mutations have been detected in PTC patients and, similar to RET/PTC, can signal through both MAPK and PI3K/Akt/mTOR pathways. Thus, despite MAPK being considered the main signalling pathway involved in thyroid cancer oncogenesis, PI3K/Akt/mTOR can be expected to play an important role during this process. Therefore, targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway becomes an attractive therapeutic option, also in the context of thyroid cancer. NF-κB transcription factor has been described as an important anti-apoptotic factor in thyroid carcinomas as well as being involved in acquired resistance to therapy. The interplay of NF-κB with both MAPK and PI3K/Akt/mTOR pathways has been described in several cancers. Considering that in thyroid carcinomas, an interplay between NF-κB and MAPK has been described it may also be relevant to analyse a possible crosstalk between NF-κB and PI3K/Akt/mTOR pathways. Thus, aiming to address this potential crosstalk, the impact of PI3K/Akt/mTOR in NF-κB activation status was analysed in PTC cellular models. NF-κB activity was evaluated in three different conditions: i) upon inhibition of PI3K signalling; ii) upon inhibition of PI3K signalling in the presence of exogenous stimulation of the NF-κB canonical pathway and iii) upon inhibition of both PI3K and NF-κB signalling. Altogether our results suggest the existence of a crosstalk between NF-κB and PI3K/Akt/mTOR signalling. However, whether PI3K/Akt/mTOR pathway exerts a positive or negative impact in the overall NF-κB activation status as well as the molecular mechanisms behind this interplay and its biological significance, require further clarification.
Descrição
Tese de mestrado em Biologia Molecular e Genética, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018
Palavras-chave
Cancro papilar da tiroide Via de sinalização PI3K/Akt/mTOR NF-κB Resistência ao tratamento Comunicação entre vias de sinalização Teses de mestrado - 2018