Lokální a vzdálené metastazování u nádorů prsu: molekulární charakteristiky a terapeutické cíle

Mgr. Lucia Janáčová, Ph.D.

Doctoral thesis

Local and distant metastasis in breast cancer: molecular characteristics and therapeutic targets

Abstract:

Metastázování nádorů prsu, hlavní příčina úmrtnosti související s rakovinou, komplikuje kvůli svým složitým molekulárním mechanismům protinádorovou léčbu. Tato disertační práce si klade za cíl objasnit molekulární podstatu lokálního a vzdáleného metastázování u karcinomu prsu, s využitím transkriptomiky a proteomiky identifikovat nové molekulární cíle a funkčně charakterizovat proteiny asociované s metastatickým fenotypem. Teoretická část poskytuje přehled klasifikace karcinomu prsu, terapie založené na jejich podtypech a představuje vícestupňový proces metastázování nádorů s důrazem na výzkumné techniky aplikované in vitro a in vivo. Poslední kapitoly jsou věnovány potenciálním terapeutickým cílům v oblasti metastázování karcinomu prsu a přehledu vybraných proteinů nově asociovaných s metastázováním karcinomu prsu. Experimentální část obsahuje pět recenzovaných článků a jeden rukopis. První článek zkoumá molekulární dráhy podílející se na vzdáleném metastázování v závislosti na zasažení lymfatických uzlin u karcinomu prsu luminálního A typu. Korelace mezi výskytem metastází v lymfatických uzlinách a aktivací drah NF-kB a Src zdůrazňuje jejich potenciál jako prediktivních a terapeutických cílů pro vzdálené metastázování. Druhý článek identifikuje potenciální proteinové biomarkery agresivity nádorů endometria, které se vyskytly u pacientek s nádory prsu vystavených tamoxifenu pomocí SWATH-MS analýzy formalínem fixovaných parafinových tkání a odhaluje roli calcyfosinu a stathminu-1 v nádorové progresi. Proteomická analýza povrchových proteinů více migrujícího klonu buněk MDA-MB-231 MIG4 ve třetím článku identifikuje desmocollin-1 (DSC1) a katechol-O-methyltransferázu (COMT) jako klíčové transmembránové proteiny napomáhající migraci buněk a metastázování. Čtvrtý článek odhaluje tumor-supresivní funkci COMT u estrogen-receptor pozitivního karcinomu prsu, naznačující jeho zapojení do signálních drah MET a organizace extracelulární matrix. Pátá studie naopak podrobněji charakterizuje pro-tumorigenní roli COMT u trojitě negativního karcinomu prsu a zdůrazňuje jeho funkci závislou na molekulárním pozadí napříč různými subtypy nádorů prsu. Poslední článek poskytuje podrobnou analýzu role DSC1 u karcinomu prsu luminálního A typu, zkoumá jeho vztahy s modulací NF-κB dráhy a ukazuje terapeutický potenciál parthenolidu při zacílení mechanismů souvisejících s metastázováním. Závěrem, tato disertační práce přináší významné poznatky o molekulárních charakteristikách metastázování karcinomu prsu a identifikuje potenciální terapeutické cíle. Výsledky zdůrazňují komplexnost metastázování karcinomu prsu a podtrhují nutnost cílených strategií vycházejících z molekulárních profilů různých subtypů karcinomu prsu.

Abstract:

Breast cancer metastasis, a leading cause of cancer-related mortality, poses formidable challenges in treatment due to its intricate molecular mechanisms. This thesis aims to elucidate the molecular basis of local and distant metastasis in breast cancer, employing transcriptomics and proteomics to identify new molecular targets, and functionally characterize proteins associated with the metastatic phenotype. The theoretical part provides an overview of breast cancer classification, subtype-related therapies, and delves into the multi-step process of cancer metastasis, emphasizing research techniques applied in vitro and in vivo. Last chapters are dedicated to potential therapeutic targets in breast cancer metastasis and overview of selected proteins newly associated with breast cancer metastasis in our work. The experimental section comprises five peer-reviewed articles and one research manuscript. First article investigates molecular pathways involved in distant metastasis in relation to lymph node status in luminal A breast cancer. The correlation between lymph node positivity and NF-kB and Src pathway activation highlights their potential as predictive and therapeutic targets for distant metastasis. The second article identifies potential protein biomarkers for endometrial tumor aggressiveness in tamoxifen-exposed breast cancer patients employing SWATH-MS analysis of formalin-fixed paraffin-embedded tissues, uncovering the roles of calcyphosin and stathmin-1 in tumor progression. Proteomic analysis of more migrating MDA-MB-231 MIG4 cell surfaceome in the third article identifies desmocollin-1 (DSC1) and catechol-O-methyltransferase (COMT) as key transmembrane proteins aiding cell migration and metastasis. Fourth article reveals the tumor-suppressing function of COMT in estrogen receptor-positive breast cancer, implicating its involvement in MET signaling pathways and extracellular matrix organization. Conversely, the fifth study characterize the pro-tumorigenic role of COMT in TNBC in more detail, emphasizing its context-dependent function across different breast cancer types. The last article provides an in-depth analysis of DSC1 role in luminal A breast cancer, exploring its modulation of the NF-κB pathway and showcasing the therapeutic potential of parthenolide in targeting metastasis-related mechanisms. In summary, this dissertation provides significant insights into the molecular characteristics of breast cancer metastasis, identifying potential therapeutic targets. The complexity of breast cancer metastasis is underscored in the findings, emphasizing the necessity for targeted strategies tailored to the molecular profiles of different breast cancer subtypes.

Keywords

Breast cancer metastasis, lymph node metastasis, distant metastasis, transcriptomics, proteomics, protein biomarkers, stathmin-1, catechol-O-methyl transferase, desmocollin-1, parthenolide, metastázy nádorů prsu, metastázy v lymfatických uzlinách, vzdálené metastázy, transkriptomika, proteomika, proteinové biomarkery, katechol-O-metyl transferáza, parthenolid

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 3. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 24. 5. 2024
• Supervisor: doc. Mgr. Pavel Bouchal, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Miroslava Rabajdová, PhD., doc. RNDr. Miroslav Šulc, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry