Vitamine D et prévention du cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse : modèles murins

Les patients atteints de maladies inflammatoires de l'intestin (MII) ont un risque accru de développer un cancer colorectal dû aux lésions épithéliales secondaires à l’inflammation chronique. La vitamine D (vD) régule NOD2, gène impliqué dans la réponse inflammatoire et dans la susceptibilité aux MII, et induit son expression dans les monocytes et dans l’épithélium intestinal. Dans ce projet, nous avons d’abord induit le cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse (CAC) en administrant un traitement combiné d’azoxyméthane (AOM) et de dextran de sulfate de sodium (DSS) aux souris C57BL/6J. Par la suite, nous avons étudié l'effet d’une carence en vD3 sur le développement du CAC et évalué la capacité préventive d’une supplémentation en vD3 sur la tumorigenèse, et vérifié si cet effet est médié par NOD2, en utilisant les souris Nod2-/-. Les C57BL/6J et les Nod2-/-, ayant reçu une diète déficiente en vD3, étaient moins résistantes au CAC par rapport aux souris supplémentées. Le pourcentage de perte de poids, l’indice d’activation de la maladie (DAI), le taux de mortalité et le poids relatif du côlon (mg/cm) chez les souris déficientes en vD3 étaient plus élevés en comparaison avec celles supplémentées en vD3. Une augmentation du score d'inflammation et de la multiplicité tumorale corrélait avec une expression accentuée de l’Il6 dans les colonocytes des souris déficientes en vD3. La vD3 régulait l’expression génétique de Cyp24, Vdr et de gènes pro-inflammatoires chez les C57BL/6, comme chez les Nod2-/-. En conclusion, la supplémentation en vD3 peut prévenir le développement du CAC indépendamment de NOD2.

TAZ role in lung cancer: resistance to BET inhibitors and functional interaction with lncRNA

Despite extensive research and introduction of innovative therapy, lung cancer prognosis remains poor, with a five years survival of only 17%. The success of pharmacological treatment is often impaired by drug resistance. Thus, the characterization of response mechanisms to anti-cancer compounds and of the molecular mechanisms supporting lung cancer aggressiveness are crucial for patient’s management. In the first part of this thesis, we characterized the molecular mechanism behind resistance of lung cancer cells to the Inhibitors of the Bromodomain and Extraterminal domain containing Proteins (BETi). Through a CRISPR/Cas9 screening we identified three Hippo Pathway members, LATS2, TAOK1 and NF2 as genes implicated in susceptibility to BETi. These genes confer sensitivity to BETi inhibiting TAZ activity. Conversely, TAZ overexpression increases resistance to BETi. We also displayed that BETi downregulate both YAP, TAZ and TEADs expression in several cancer cell lines, implying a novel BETi-dependent cytotoxic mechanism. In the second part of this work, we attempted to characterize the crosstalk between the TAZ gene and its cognate antisense long-non coding RNA (lncRNA) TAZ-AS202 in lung tumorigenesis. As for TAZ downregulation, TAZ-AS202 silencing impairs NSCLC cells proliferation, migration and invasion, suggesting a pro-tumorigenic function for this lncRNA during lung tumorigenesis. TAZ-AS202 regulates TAZ target genes without altering TAZ expression or localization. This finding implies an uncovered functional cooperation between TAZ and TAZ-AS202. Moreover, we found that the EPH-ephrin signaling receptor EPHB2 is a downstream effector affected by both TAZ and TAZ-AS202 silencing. EPHB2 downregulation significantly attenuates cells proliferation, migration and invasion, suggesting that, at least in part, TAZ-AS202 and TAZ pro-oncogenic activity depends on EPH-ephrin signaling final deregulation. Finally, we started to dissect the mechanism underlying the TAZ-AS202 regulatory activity on EPHB2 in lung cancer, which may involve the existence of an intermediate transcription factor and is the object of our ongoing research.

Development of 3D Cancer Cell Models to Test Metabolic Interventions as an Anticancer Strategy

In recent years, it has become evident that the role of mitochondria in the metabolic rewiring is essential for cancer development and progression. The metabolic profile during tumorigenesis has been performed mainly in traditional 2D cell models, including cell lines of various lineages and phenotypes. Although useful in many ways, their relevance can be often debatable, as they lack the interactions between different cells of the tumour microenvironment and/or interaction with the extracellular matrix 1,2. Improved models are now being developed using 3D cell culture technology, contributing with increased physiological relevance 3,4. In this work, we improved a method for the generation of 3D models from healthy and tumour colon tissue, based on organoid technology, and performed their molecular and biochemical characterization and validation. Further, in-plate cryopreservation was applied to these models, and optimal results were obtained in terms of cell viability and functionality of the cryopreserved models. We also cryopreserved colon fibroblasts with the aim to introduce them in a co-culture cryopreserved model with organoids. This technology allows the conversion of cell models into “plug and play” formats. Therefore, cryopreservation in-plate facilitates the accessibility of specialized cell models to cell-based research and application, in cases where otherwise such specialized models would be out of reach. Finally, we briefly explored the field of bioprinting, by testing a new matrix to support the growth of colon tumour organoids, which revealed promising preliminary results. To facilitate the reader, we organized this thesis into chapters, divided by the main points of work which include development, characterization and validation of the model, commercial output, and associated applications. Each chapter has a brief introduction, followed by results and discussion and a final conclusion. The thesis has also a general discussion and conclusion section in the end, which covers the main results obtained during this work.

Identificazione di un nuovo meccanismo microRNA-dipendente di resistenza all'inibizione della via di segnale PI3K/AKT nel carcinoma della prostata

Benché le alterazioni della via PI3K/AKT siano molto sudiate a causa del loro ruolo nella tumorigenesi, e rappresentino pertanto un importante bersaglio terapeutico, i risultati di numerosi studi clinici con inibitori di PI3K o AKT sono finora deludenti, in parte a causa dell’insorgenza di resistenza provocata dall'interruzione dei circuiti di feedback negativo. In questo studio, abbiamo scoperto che l’inattivazione farmacologica di AKT in cellule di carcinoma prostatico PC3 porta alla down-regolazione di un microRNA con funzione di oncosoppressore, il miR-145-5p, e ad un drammatico aumento di espressione di uno dei suoi geni target, cioè N/KRas. E’ interessante sottolineare che questo microRNA è considerato un marker di progressione metastatica nel carcinoma prostatico, il cui livello di espressione aiuta a discriminare tra pazienti con iperplasia prostatica benigna e cancro alla prostata. Inoltre, la bassa espressione di miR-145 aumenta il rischio di progressione della malattia da localizzata a metastatica. La conferma che l’aumento di Ras, osservato sia in termini di mRNA che di proteina, è dipendente dalla caduta del miR-145-5p, è stata poi ottenuta tramite un modello di PC3 ingegnerizzate per ottenere il silenziamento inducibile del miR-145-5p. Tramite un array di fosfoproteine siamo poi stati in grado di verificare che l’aumento di Ras provoca la riattivazione della cascata di PI3K/AKT e di ERK. Dal punto di vista meccanicistico, quindi, lo studio ha portato all’identificazione di un nuovo meccanismo di resistenza adattativa, in cui l’inattivazione di AKT provoca una caduta del miR-145-5p che, a sua volta, aumenta l’espressione di Ras e riattiva il signaling di PI3K, rendendo inefficace il trattamento farmacologico. Questi risultati sono particolarmente rilevanti alla luce di recenti studi (NCT04493853; NCT03072238; NCT02525068) e di trial clinici in corso (NCT04737109; NCT03673787), basati sulla somministrazione combinata di inibitori della sintesi degli androgeni con gli inibitori di AKT capitasertib o ipatasertib.

Mapping new non-genetic dependencies in malignant pleural mesothelioma

Malignant Pleural Mesothelioma (MPM) is a very aggressive cancer whose incidence is growing worldwide. MPM escapes the classical models of carcinogenesis and lacks a distinctive genetic fingerprint, keeping obscure the molecular events that lead to tumorigenesis. This severely impacts on the limited therapeutic options and on the lack of specific biomarkers, concurring to make MPM one of the deadliest cancers. Here we combined a functional genome-wide loss of function CRISPR/Cas9 screening with patients’ transcriptomic and clinical data, to identify genes essential for MPM progression. Besides, we explored the role of non-coding RNAs to MPM progression by analysing gene expression profiles and clinical data from the MESO-TCGA dataset. We identified TRIM28 and the lncRNA LINC00941 as new vulnerabilities of MPM, associated with disease aggressiveness and bad outcome of patients. TRIM28 is a multi-domain protein involved in many processes, including transcription regulation. We showed that TRIM28 silencing impairs MPM cells’ growth and clonogenicity by blocking cells in mitosis. RNA-seq profiling showed that TRIM28 loss abolished the expression of major mitotic players. Our data suggest that TRIM28 is part of the B-MYB/FOXM1-MuvB complex that specifically drives the activation of mitotic genes, keeping the time of mitosis. In parallel, we found LINC00941 as strongly associated with reduced survival probability in MPM patients. LINC00941 KD profoundly reduced MPM cells’ growth, migration and invasion. This is accompanied by changes in morphology, cytoskeleton organization and cell-cell adhesion properties. RNA-seq profiling showed that LINC00941 KD impacts crucial functions of MPM, including HIF1α signalling. Collectively these data provided new insights into MPM biology and demonstrated that the integration of functional screening with patients’ clinical data is a powerful tool to highlight new non-genetic cancer dependencies that associate to a bad outcome in vivo, paving the way to new MPM-oriented targeted strategies and prognostic tools to improve patients risk-based stratification.

Comprendere come lo stato genetico di TP53 influenza la risposta al deficit indotto sul Complesso I mitocondriale come terapia anticancro

Il Complesso I (CI) mitocondriale è uno dei target metabolici più promettenti nelle terapie anti- cancro. In particolare, la metformina è un inibitore noto del CI, capace di inibire la crescita delle cellule tumorali, ma non di eradicare la patologia. Recentemente, l’associazione metformina ed ipoglicemia si è rivelata letale per i tumori, sebbene l’efficacia terapeutica del trattamento sinergico possa essere influenzata dall’accumulo di alterazioni genetiche nei più noti drivers della tumorigenesi. Abbiamo così investigato l’effetto dello stress metabolico indotto dalla restrizione di glucosio in un pannello di linee cellulari tumorali con un severo deficit sul CI e con un diverso stato genetico di TP53. Il deficit del CI associato alla carenza di glucosio inducono un abbattimento dei livelli di espressione della proteina p53 mutata, ma non della controparte wild-type. Il fenomeno biologico osservato non dipende né da un blocco trascrizionale, né dall’innesco di vie di degradazione intracellulare, come proteasoma ed autofagia. La scomparsa di p53 mutata, invece, sembra dipendere da un blocco generale della sintesi proteica, verosimilmente indotto dallo stress energetico e nutrizionale. Nella controparte p53 wild-type, invece, si osserva solo una parziale riduzione della sintesi proteica, suggerendo l’innesco di possibili vie di adattamento per compensare il danno sul CI. La carenza di amminoacidi è una caratteristica dei tumori solidi che potrebbe essere esacerbata in condizioni di deficit generali della catena respiratoria mitocondriale. In particolare, l’inibizione del CI causa auxotrofia da aspartato, metabolita limitante per la proliferazione, condizione che potrebbe generare il blocco della sintesi proteica osservato. L’incremento di espressione dei livelli del trasportatore aspartato/glutatammato mediata da p53 mutata compensa l’auxotrofia da aspartato, identificando un meccanismo di adattamento al deficit del CI. Dunque, i risultati ottenuti sottolineano l’importanza di implementare la terapia anti-complesso I nel cancro, poiché il diverso stato di p53 può alterare l’efficacia del trattamento.