Neuropilin 2 role in the regulation of disseminated tumour cells dormancy and metastasis in breast and head and neck cancer

Abstract

[eng] Metastases are considered the last stage of tumour progression and the main cause of death associated to solid tumours. There are no effective treatments for metastasis which remain non- curable with more than 90% of patients dying from metastatic disease. They derive from disseminated tumour cells (DTCs) that can remain occult in a dormant state while adapting to the new microenvironment. By mechanisms that are still unclear, dormant DTCs can re-activate and become proliferative giving rise to metastatic outgrowth. Therefore, understanding the mechanisms by which metastases are formed is essential to face one of the most important problems in clinical oncology. Metastasis development depends on DTCs survival in circulation as well as on their ability to colonize new microenvironments. Therefore, we propose that the tumour microenvironment regulates the fate and survival of DTCs in secondary organs, hence regulating metastases.

This project has been developed in order to decipher the role of the nervous system in breast cancer (BrCa) and head and neck cancer (HNSCC) progression and metastasis. Particularly, we have investigated whether the neurogene neuropilin 2 (NRP2) has a crucial role in regulating DTCs biology and in remodelling the metastatic niche generating a favourable microenvironment for the survival and proliferation of the DTCs, all stimulating metastasis. As classical partners of NRPs, we have also studied the effect of class 3 semaphorins (SEMA3s) and their receptors, plexins (PLXNs), on tumour cells biology.

On one hand, we have shown that SEMA3F has an anti-tumour effect in vivo increasing quiescence markers expression and inducing a switch in primary tumours behaviour to a more dormant phenotype. We have also shown that it diminishes cell dissemination to secondary organs, which makes SEMA3F a potential good prognosis factor in BrCa and HNSCC. On the other hand, our results suggest that PLXNA2 inhibits tumour growth as well as prevents cell migration and invasion while it might modulate cell stemness. Moreover, we have also found that PLXNA3 might restrain tumour growth in oestrogen receptor (ER)-positive breast tumours and that the oestrogen signalling up- regulates PLXNA3 expression, associating PLXNA3 with longer dormancy periods of ER-positive breast tumours.

Finally, we have mainly focused on deciphering the role of NRP2 in regulating DTCs biology and lung metastases. Here, we have shown that NRP2 positively regulates BrCa and HNSCC cells proliferation, adhesion, migration, invasion and survival in vitro and in vivo. NRP2 deletion clearly inhibits tumour growth in vivo as well as decreases the number and size of lung metastases. Moreover, NRP2 is essential for lung DTCs proliferative phenotype, hence promoting lung metastases growth in vivo. Highlighting the role of the microenvironment, we have shown that the lung microenvironment up- regulates NRP2 expression partly by macrophages and fibroblasts-derived TGFβ1. Altogether, this thesis contributes to a better understanding of DTCs biology describing TGFβ1-NRP2 axis as a dormancy inhibitor pathway, promoting DTCs re-awakening and lung metastases development. The negative correlation of NRP2 expression with metastasis free survival in BrCa and HNSCC patients’ and our results emphasizing the metastatic role of NRP2, suggest that NRP2 could be a bad prognosis biomarker and a good target to design new drugs against metastasis.

[cat] Les metàstasis, principal causa de mortalitat associada a tumors sòlids que provoquen la mort de més del 90% dels pacients, no disposen d’un tractament efectiu. Les metàstasis deriven de cèl·lules tumorals disseminades (CTDs) que escapen del tumor primari i, després d’un període d’adaptació al nou microambient, proliferen donant lloc a la metàstasi. Durant aquest període d’adaptació, les CTDs entren en un estat de latència que es caracteritza per una parada del cicle cel·lular, fet que les fa invisibles davant de les teràpies actuals. Mitjançant mecanismes parcialment desconeguts, les CTDs es reactiven i proliferen generant la metàstasi. Per tant, és imprescindible millorar el coneixement sobre la biologia de les CTDs per fer front a un dels principals problemes de l’oncologia clínica actual. Per tal que es generi una metàstasi, es requereix la supervivència de les CTDs tant en circulació com al nou microambient que colonitzaran. Tenint tot això en compte, proposem que el microambient tumoral influencia el fenotip i la supervivència de les CTDs, regulant així la formació de metàstasis.

Aquesta tesi ha tingut com a objectiu l’estudi de la influència de factors neuronals en el desenvolupament del tumor i la metàstasi als càncers de mama i de cap i coll. Concretament, hem estudiat el paper de la Neuropilina 2 (NRP2) en la regulació de la biologia i supervivència de les CTDs, així com en la modulació del microambient tumoral, afavorint la formació de metàstasis. Així mateix, hem analitzat l’efecte i la contribució de les semaforines de classe 3 (SEMA3s) i els seus receptors, les plexines (PLXNs), als càncers de mama i de cap i coll.

D’una banda, hem posat de manifest la funció anti-tumoral de la SEMA3F en augmentar l’expressió de marcadors de latència, a més de reduir la disseminació tumoral i d’induir fenotips menys proliferatius a les CTDs in vivo. D’altra banda, els nostres resultats suggereixen que la PLXNA2 semblaria inhibir el creixement de tumors de mama receptor d’estrogen (ER)-negatius, disminuint la migració i invasió cel·lular. Altrament, l’expressió de la PLXNA3 està regulada per la via dels estrògens, associant la seva expressió als períodes de latència més perllongats en tumors de mama ER-positius. Finalment, el nostre estudi s’ha centrat a determinar la funció de la NRP2 a les CTDs i al desenvolupament de metàstasis al pulmó. En concret, hem demostrat la relació de l’expressió de NRP2 amb una major proliferació, adhesió, migració, invasió i supervivència cel·lular in vitro i in vivo. En concordança, hem mostrat que la inhibició de NRP2 redueix tant el creixement del tumor primari com la formació de metàstasis als pulmons in vivo. Finalment, destacant el paper del microambient tumoral als pulmons, hem vist que el TGFβ1 secretat pels macròfags i fibroblasts pulmonars augmenta l’expressió de NRP2 a les cèl·lules tumorals.

En definitiva, aquesta tesi contribueix a un major coneixement de les CTDs descrivint l’eix TGFβ1- NRP2 com a inhibidor de la latència cel·lular i promotor de les metàstasis pulmonars. Tenint en compte la correlació de l’expressió de NRP2 en pacients de càncer de mama i de cap i coll amb una major incidència de metàstasis, definim la NRP2 com a marcador de mala prognosi contra la qual generar possibles noves eines terapèutiques per a millorar els tractaments de la malaltia metastàtica