Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 18-06-2014Pancreatic ductal adenocarcinoma is the fourth most frequent cause for cancer-related
deaths due to late diagnosis and limited response to chemotherapy. As one of the identified
drug resistance mechanism, a distinct subpopulation of cancer stem cells (CSCs) has not only
been shown to promote tumor progression and metastasis, but has also been implicated in
tumor relapse based on intrinsic drug-resistance. Therefore, advancing our understanding on
the mechanism of drug resistance in CSCs versus non-CSCs could lead to more effective
therapeutic strategies. Since CSCs and non-CSCs share an identical genetic background, we
studied the epigenetic regulation of CSCs as the defining regulatory machinery of CSCs.
Using high-throughput miRNA expression analysis; we identified a panel of common
miRNAs to be consistently underrepresented in Gemcitabine-treated tumors compared to
untreated tumors. Subsequent gain-of-function and loss-of-function experiments
demonstrated that the miR-17-92 cluster encoding six related microRNAs as the most
strikingly suppressed miRNA family in chemoresistant CSCs is of crucial relevance for CSC
function. Specifically, lentivirus-mediated over-expression of the miR cluster in CSCs
significantly reduced their self-renewal, in vivo tumorigenicity, and resistance to Gemcitabine
by down-regulation of multiple key genes belonging to the Nodal/TGF-β1 signaling cascade
such as ALK4, TGFBR2, SMAD2, SMAD4 as well as direct inhibition of Nodal/TGF-β1-
responsive genes p21, p57 and TBX3. MiR-overexpression in CSCs also resulted in their
enhanced proliferation, which eventually resulted in CSC exhaustion during serial
transplantation via down-regulation of p21 and p57. Thus, our study identifies the miR-17-
92 cluster as an important family of miRNAs that play a crucial role in CSC biology
including chemoresistance. Our findings indicate potential for developing modulators of this
cluster to overcome drug resistance in pancreatic CSCs and eventually improve the miserable
outcome of patients with pancreatic ductal adenocarcinomaEl adenocarcinoma pancreático es la cuarta causa principal de muerte relacionada con
el cáncer debido a su diagnostico tardío y su mala respuesta a la quimioterapia. Uno de los
posibles mecanismos de quimioresistencia que ha sido descrito se basa en la existencia de un
subconjunto de células tumorales con propiedades troncales, denominadas células troncales de
cáncer (CSC), las cuales impulsan el crecimiento del tumor de páncreas, metástasis y
quimioresistencia. Por lo tanto, si podemos progresar en el conocimiento del mecanismo de
resistencia a la quimioterapa en las células troncales de cáncer, probablemente nos ayudaría a
desarrollar terapias más eficientes. Debido a que las células troncales de cáncer y las células
cancerígenas comparten un perfil genético idéntico, hemos estudiado la regulación epigenética
de las CSCs para definir el mecanismo de regulación. Utilizando el análisis de expresión de los
genes de miRNA, hemos identificado un grupo de miRNAs comunes que de manera
consistente se encontraban poco expresados en aquellos tumores que habían sido tratados con
Gemcitabina comparándolo con los tumores sin tratar. Los experimentos posteriores de
ganancia y perdida de funcionalidad, demostraron que el miR-17-92 cluster codificaba seis
microRNAs que se encontraban suprimidos en las CSCs quimioresistentes, lo cual era de
crucial relevancia en la funcionalidad de las CSCs.
Por consiguiente, al sobrexpresar el miR cluster mediante el uso de un lentivirus en las CSCs,
observamos que se reducía de manera significativa la capacidad de auto-replicación,
tumorigenicidad in vivo y se reducía la resistencia a la Gemcitabina via inhibición de la
expresión de genes clave que pertenecen a la vía de señalizaciónn de Nodal/ TGF-β1 como
ALK4, TGFBR2, SMAD2, SMAD4, así como también otros genes que responden a la
inhibición tales como p21, p57 y TBX3. La sobreexpresión de miR en las CSCs también
resultó en un aumento de la proliferación, lo cual eventualmente resultó en una disminución
de la capacidad de auto-replicació en pases seriados debido a la reducción de la expresión de
los genes p21 y p57. En resumen, nuestro estudio identifica el miR-17-92 cluster como una
familia de miRNAs muy importante que juega un rol crucial en la biología de las CSC
incluida la quimioresistencia. Nuestros hallazgos muestran un fuerte potencial para el posible
desarrollo de modulaodores de este cluster para poder suprimir la resistencia de las CSCs, y
así finalmente, poder mejorar el pronóstico tan miserable de los pacientes con adenocarcinoma
pancreático