Estudo da resposta imunológica desencadeada por células de cancro de bexiga que expressam antigénios sialil-Tn

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Mecanismos biopatológicos da metastização ganglionar no carcinoma gástrico. Implicações para a cirurgia radical

RESUMO A constatação de que o carcinoma gástrico continua a ser a segunda causa de morte por doença oncológica no mundo em geral e em particular em Portugal, assim como a verificação da elevada incidência e letalidade no nosso país, justifica uma particular atenção a esta doença. Apesar de avanços recentes na acção adjuvante e neo-adjuvante de terapêuticas não cirúrgicas, com algumas referências a melhorias na sobrevivência, estas terapêuticas não têm eficácia curativa. Sendo assim, a cirurgia continua a constituir a única esperança de cura no carcinoma gástrico. Em consequência, a correcta selecção da técnica a aplicar, assim como a sua correcta execução, vão ter influência marcante na sobrevivência do doente. Os estudos dos centros oncológicos diferenciados em várias zonas geográficas demonstram que a cirurgia radical, com adequada extensão da gastrectomia e com linfadenectomia alargada permite obter as melhores sobrevivências. O tipo de cirurgia mais praticado nos referidos centros oncológicos diferenciados é a gastrectomia com linfadenectomia D2, ou seja, com excisão da segunda estação ganglionar. Este tipo de cirurgia não aumenta a mortalidade, mas aumenta a morbilidade. No entanto, verifica-se que muitos doentes não desenvolvem metastização que atinja a estação ganglionar de nível 2 e, por outro lado, muitos outros ultrapassam esta estação ganglionar. Ou seja, a linfadenectomia D2 é exagerada para alguns doentes, é necessária e suficiente para muitos, mas pelo contrário, é insuficiente para outros. A questão radica na necessidade de equilíbrio em oferecer a cada doente a cirurgia necessária para obter a melhor sobrevivência, ainda que à custa de maior morbilidade e, por outro lado, conseguir identificar os factores que determinam que alguns doentes não necessitem de ser submetidos a uma terapêutica tão agressiva. Se a primeira questão é eminentemente fisiopatológica e consiste em compreender os mecanismos da metastização ganglionar no carcinoma gástrico, de modo a poder prever a incidência e extensão da metastização ganglionar em cada doente em particular e, assim, adequar a terapêutica. No estudo de 50 doentes, que elaborámos, a interpretação fisiopatológica apoia-se na avaliação de parâmetros aceites como convencionais e de parâmetros oncológicos. Dentro dos parâmetros convencionais estudámos a localização do tumor, a sua dimensão, a classificação de Borrmann, as alterações metabólicas, a gastrina sérica, a citologia peritoneal, a infecção pelo Helicobacter pylori (Hp), a metaplasia intestinal, a classificação de Ming, a classificação de Lauren, a invasão em profundidade da parede gástrica (T), a metastização no “early gastric câncer”, a classificação TNM, o CEA 19.9 e o CA 72.4 séricos. Para identificar quais os marcadores oncobiológicos mais adequados, efectuámos uma revisão da literatura relativamente a: Ki-67, p53, caderina-E, ERBB2, Instabilidade de Microssatélites, MUC 1, Sialil Tn e Sialil Lewis X. De acordo com os resultados referidos na literatura, seleccionámos para estudo os seguintes marcadores: Ki-67, p53, caderina-E, ERBB2 e Instabilidade de Microssatélites. Relacionámos todos estes parâmetros com a metastização ganglionar, nos aspectos de frequência da metastização, número de gânglios metastizados (classificação N da UICC) e metastização das cadeias ganglionares distais (classificação N japonesa). No que se refere à execução do programa cirúrgico, foram obtidos níveis de radicalidade semelhantes ou superiores aos referidos na literatura internacional, com frequência de complicações ao nível da referida na literatura europeia. No que se refere ao estudo dos factores de metastização ganglionar verificámos que os parâmetros que apresentam maior relação com a frequência da metastização são: a dimensão ≥ 5 cm; a profundidade de invasão da parede (T) atingindo as camadas profundas; o tipo infiltrativo na classificação de Borrmann; a expressão de Ki-67 > 75%; a expressão de p53 positiva; a expressão de caderina-E anormal; a associação de Ki-67 ≥ 50% + caderina-E anormal + p53 positiva; a associação de dimensão ≥ 5 cm + p53 positiva; a associação de T3/T4 + p53 positiva; a presença de marcadores tumorais elevados. A ausência de metastização ganglionar ou metastização limitada à primeira estação ganglionar, em que é suficiente uma cirurgia conservadora de tipo D1, relaciona-se com a dimensão < 5 cm; a invasão em profundidade da parede (T) limitada às camadas superficiais; a ausência de expressão de p53; a ausência de níveis elevados de marcadores tumorais. Recorrendo ao estudo dos quatro parâmetros que podem ser determinados no pré-operatório – dimensão, invasão em profundidade, expressão de p53 e marcadores tumorais convencionais foi possível identificar 75% dos tumores N0 e 50% do conjunto dos tumores N0 + N1, ou seja, os tumores que não carecem de linfadenectomia alargada. Estudando a dimensão, a presença de Hp, a invasão em profundidade, os níveis elevados de marcadores tumorais, a expressão de p53, Ki-67, de Caderina-E e de Instabilidade de Microssatélites foi possível caracterizar os tumores que envolvem maior risco de invadir as cadeias ganglionares distais e que, portanto, carecem de linfadenectomia alargada. Verifica-se assim que, com esta metodologia, é possível identificar uma percentagem significativa dos casos que não carecem de linfadenectomia alargada assim como daqueles que necessitam deste tipo de cirurgia.

Impacto de antigénios glicosídicos na imunoterapia aplicada em cancro de bexiga

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular

Produção de anticorpos para tratamento do cancro da mama

A terapia anti-cancro baseada em anticorpos monoclonais tem vindo a ser atractiva na medida em que os anticorpos têm a capacidade de reconhecer especificamente antigénios alvo associados a cancro e de serem reconhecidos por células do sistema imunitário. Um dos antigénios que tem vindo a ser estudado é o glicano sialil-Tn (STn), presente na maioria dos carcinomas humanos e aproximadamente em 30% dos casos de cancro da mama. O objectivo geral deste trabalho foi o desenvolvimento de novos anticorpos terapêuticos contra STn. Especificamente, foi estudada a imunogenicidade de diferentes antigénios baseados em STn na produção desses anticorpos. Através da análise dos soros, verificou-se uma resposta imune com produção de anticorpos pelos murganhos imunizados, em separado, com mucina1 decorada com STn, mucinas de origem animal STn+ e lisados celulares STn+. Contrariamente, a imunização com STn associado a treonina ou poliacrilamida não desencadeou nenhuma resposta imunológica. Assim, percebeu-se que o STn é muito pouco imunogénico, e que a imunogenicidade deste depende do seu acoplamento a proteínas (mucinas) e da densidade do glicano a decorar as mesmas. Os sobrenadantes da cultura dos hibridomas obtidos pela fusão celular foram analisados por citometria de fluxo. Embora, se esperasse obter hibridomas produtores de anticorpos anti-STn, isto não se verificou. Uma das hipóteses levantadas está relacionada com a tolerância imunológica induzida por este antigénio, tal como verificado anteriormente pelo nosso e outros grupos de investigação. Assim, novas imunizações estão a ser realizadas com alterações relevantes no protocolo. A segunda parte deste trabalho consistiu na criação (transdução lentiviral) e análise (citometria de fluxo e RT-PCR) da linha celular fluorescente MCF-7/GFP STn+, que permitirá analisar o mecanismo de acção dos anticorpos anti-STn futuramente produzidos. A realização deste trabalho permitiu optimizar diversas técnicas e passos-chave importantes para o desenvolvimento de anticorpos terapêuticos anti-STn para cancro da mama ou outros cancros que expressem STn.

Thomsen-Friedenreich antigens in bladder cancer: evaluation of their prognostic value

RESUMO: Introdução. O cancro de bexiga é uma patologia comum que representa o 6° e o 5° cancro mais incidente em Portugal e na Itália, respetivamente. Em mais de metade dos casos ocorre reincidência durante o primeiro ano, requerendo acompanhamento clínico ao longo da vida. A instilação intravesical de Bacillus Calmette-Guérin (BCG) (uma estirpe atenuada do Mycobacterium bovis) representa uma imunoterapia eficaz no combate ao cancro de bexiga, no entanto, muitos aspetos da interação de BCG com as células tumorais bem como com as células do sistema imunitário permanecem por desvendar. As células tumorais de bexiga expressam frequentemente as formas sialiladas dos antigénios de Thomsen-Friedenreich (TF), i.e., sialil-T (sT) e sialil-Tn (sTn). Contudo ainda se desconhece o significado da sua expressão na malignidade tumoral e se afeta a eficácia da terapêutica BCG. Objetivo do estudo. Investigar o papel dos antigénios sT e sTn no fenótipo maligno de células de cancro de bexiga bem como na resposta mediada pelo sistema imunitário à terapia com BCG. Metodologia. Para tal, foram utilizadas as linhas celulares de cancro da bexiga HT1376 e MCR, geneticamente modificadas por transdução com vetores codificantes para as sialiltransferases ST3GAL1 ou ST6GALNAC1, de forma a expressar homogeneamente os antigénios sT ou sTn respetivamente. Estes modelos celulares foram estudados após confronto com BCG. O nível de BCG internalizado foi avaliado por citometria de fluxo. O perfil global de expressão genética dos modelos celulares antes e após incubação com BCG foi analisado pela tecnologia de microarray. O perfil de citocinas secretadas pelos modelos celulares após incubação com BCG, bem como de macrófagos estimulados pelo secretoma de células de cancro de bexiga que por sua vez foram estimuladas previamente por BCG, foi estudado pelo sistema multiplex de “imuno-esferas”. Resultados. A análise do transcritoma dos modelos celulares revelou que grupos de genes envolvidos em funções específicas foram modulados em paralelo nos dois modelos celulares, após transdução, independentemente da sialiltransferase expressa. Ou seja, em células que expressavam a sialiltransferase ST3GAL1 ou ST6GALNAC1, os genes envolvidos na regulação da segregação cromossómica e na reparação do DNA foram consistentemente regulados negativamente. Genes descritos na literatura como marcadores para o cancro de bexiga foram também modulados. A incubação com BCG resultou numa tendência ao aumento da expressão de genes relevantes na preservação e estabilidade genómica e menor malignidade, no entanto, apenas em células que expressavam sT ou sTn. Entre as dez citocinas testadas, apenas a IL-6 e IL-8 foram expressas pelas linhas celulares de cancro da bexiga, com indução destas após estimulação com BCG, e principalmente em células que expressavam ST3GAL1 ou ST6GALNAC1. Em macrófagos, citocinas inflamatórias, tais como IL-1β, IL-6 e TNFα, e a citocina anti-inflamatória IL-10, foram induzidas apenas pelo secretoma de células de cancro da bexiga confrontadas com BCG, com maior relevância quando estas expressavam ST3GAL1 ou ST6GALNAC1, prevendo a estimulação de macrófagos semelhantes aos de tipo M1 e uma melhor resposta à terapia com BCG. Conclusões. O efeito geral da expressão destas sialiltransferases e dos produtos enzimáticos sT ou sTn nas células de cancro de bexiga conduz a um fenótipo de maior malignidade. Contudo, a maior avidez de estas na produção de citocinas inflamatórias após confronto com BCG, bem como a maior capacidade de estimulação de macrófagos, predirá uma resposta à terapia com BCG mais eficaz em tumores que expressem os antigénios de TF sialilados. Tais conclusões são totalmente concordantes com os nossos mais recentes dados clínicos obtidos em colaboração, que mostram que em doentes com cancro de bexiga que expressam sTn respondem melhor a terapia BCG. ----------ABSTRACT: Background. Bladder cancer is a common malignancy representing the 6th and the 5th most incident cancer in Portugal and in Italy, respectively. More than half of the cases relapse within one year, requiring though a lifelong follow-up. Intravesical instillation of Bacillus Calmette-Guérin (BCG) (an attenuated strain of Mycobacterium bovis) represents an effective immunotherapy of bladder cancer, although many aspects of the interaction of BCG with cancer cells and host immune cells remain obscure. Bladder cancer cells often express the sialylated forms of the Thomsen-Friedenreich (TF), i.e., sialil-T (sT) e sialil-Tn (sTn). However, it’s still unknown the sense of such expression in tumour malignancy and in the BCG therapy efficacy. Aim of the study. To investigate the role of the sT and sTn antigens on the malignant phenotype of bladder cancer cells and the immune mediated response to BCG therapy. Experimental. We have utilized populations of the bladder cancer cell lines HT1376 and MCR, genetically modified by transduction with the sialyltransferases ST3GAL1 or ST6GALNAC1 to express homogeneously sT or sTn antigens. The level of BCG internalized was assessed by flow cytometry. The whole gene expression profile of BCG-challenged or unchallenged bladder cancer cell lines was studied by microarray technology. The profile of cytokines secreted by BCG-challenged bladder cancer cells and that of macrophages challenged by the secretome of BCG-challenged bladder cancer cells was studied by multiplex immune-beads assay. Results. Transcriptome analysis of the sialyltransferase-transduced cells revealed that groups of genes involved in specific functions were regulated in parallel in the two cell lines, regardless the sialyltransferase expressed. Namely, in sialyltransferase-expressing cells, genes involved in the proper chromosomal segregation and in the DNA repair were consistently down-regulated, while genes reported in literature as markers for bladder cancer were modulated. BCG-challenging induced a tendency to up-regulation of the genes preserving genomic stability and reducing malignancy, but only in cells expressing either sT or sTn. Among the ten cytokines tested, only IL-6 and IL-8 were expressed by bladder cancer cell lines and up-regulated by BCG-challenging, mainly in sialyltransferases-expressing cells. In macrophages, inflammatory cytokines, such as IL-1β, IL-6 and TNFα, and the antinflammatory IL-10 were induced only by the secretome of BCG-challenged bladder cancer cells, particularly when expressing either sialyltransferase, predicting the stimulation of M1-like macrophages and a better response to BCG therapy. Conclusions. The general effect of the expression of the two sialyltransferases and their products in the bladder cancer cells is toward a more malignant phenotype. However, the stronger ability of sialyltransferase expressing cells to produce inflammatory cytokines upon BCG-challenging and to stimulate macrophages predicts a more effective response to BCG in tumours expressing the sialylated TF antigens. This is fully consistent with our recent clinical data obtained in collaboration, showing that patients with bladder cancer expressing sTn respond better to BCG therapy.

Response of high-risk of recurrence/progression bladder tumours expressing sialyl-Tn and sialyl-6-T to BCG immunotherapy

High risk of recurrence/progression bladder tumours is treated with Bacillus Calmette-Guérin (BCG) immunotherapy after complete resection of the tumour. Approximately 75% of these tumours express the uncommon carbohydrate antigen sialyl-Tn (Tn), a surrogate biomarker of tumour aggressiveness. Such changes in the glycosylation of cell-surface proteins influence tumour microenvironment and immune responses that may modulate treatment outcome and the course of disease. The aim of this work is to determine the efficiency of BCG immunotherapy against tumours expressing sTn and sTn-related antigen sialyl-6-T (s6T). METHODS: In a retrospective design, 94 tumours from patients treated with BCG were screened for sTn and s6T expression. In vitro studies were conducted to determine the interaction of BCG with high-grade bladder cancer cell line overexpressing sTn. RESULTS: From the 94 cases evaluated, 36 had recurrence after BCG treatment (38.3%). Treatment outcome was influenced by age over 65 years (HR=2.668; (1.344-5.254); P=0.005), maintenance schedule (HR=0.480; (0.246-0.936); P=0.031) and multifocality (HR=2.065; (1.033-4.126); P=0.040). sTn or s6T expression was associated with BCG response (P=0.024; P<0.0001) and with increased recurrence-free survival (P=0.001). Multivariate analyses showed that sTn and/or s6T were independent predictive markers of recurrence after BCG immunotherapy (HR=0.296; (0.148-0.594); P=0.001). In vitro studies demonstrated higher adhesion and internalisation of the bacillus to cells expressing sTn, promoting cell death. CONCLUSION: s6T is described for the first time in bladder tumours. Our data strongly suggest that BCG immunotherapy is efficient against sTn- and s6T-positive tumours. Furthermore, sTn and s6T expression are independent predictive markers of BCG treatment response and may be useful in the identification of patients who could benefit more from this immunotherapy.

Overexpression of tumour-associated carbohydrate antigen sialyl-Tn in advanced bladder tumours

Little is known on the expression of the tumour-associated carbohydrate antigen sialyl-Tn (STn), in bladder cancer. We report here that 75% of the high-grade bladder tumours, presenting elevated proliferation rates and high risk of recurrence/progression expressed STn. However, it was mainly found in non-proliferative areas of the tumour, namely in cells invading the basal and muscle layers. STn was also found in tumour-adjacent mucosa, which suggests its dependence on a field effect of the tumour. Furthermore, it was not expressed by the normal urothelium, demonstrating the cancer-specific nature of this antigen. STn expression correlated with that of sialyltransferase ST6GalNAc.I, its major biosynthetic enzyme. The stable expression of ST6GalNAc.I in the bladder cancer cell line MCR induced STn expression and a concomitant increase of cell motility and invasive capability. Altogether, these results indicate for the first time a link between STn expression and malignancy in bladder cancer. Hence, therapies targeting STn may constitute new treatment approaches for these tumours.

Sialyl Tn-Expressing Bladder Cancer Cells Induce a Tolerogenic Phenotype in Innate and Adaptive Immune Cells

Despite the wide acceptance that glycans are centrally implicated in immunity, exactly how they contribute to the tilt immune response remains poorly defined. In this study, we sought to evaluate the impact of the malignant phenotype-associated glycan, sialyl-Tn (STn) in the function of the key orchestrators of the immune response, the dendritic cells (DCs). In high grade bladder cancer tissue, the STn antigen is significantly overexpressed and correlated with the increased expression of ST6GALNAC1 sialyltransferase. Bladder cancer tissue presenting elevated expression of ST6GALNAC1 showed a correlation with increased expression of CD1a, a marker for bladder immature DCs and showed concomitant low levels of Th1-inducing cytokines IL-12 and TNF-α. In vitro, human DCs co-incubated with STn+ bladder cancer cells, had an immature phenotype (MHC-IIlow, CD80low and CD86low) and were unresponsive to further maturation stimuli. When contacting with STn+ cancer cells, DCs expressed significantly less IL-12 and TNF-α. Consistent with a tolerogenic DC profile, T cells that were primed by DCs pulsed with antigens derived from STn+ cancer cells were not activated and showed a FoxP3high IFN-γlow phenotype. Blockade of STn antigens and of STn+ glycoprotein, CD44 and MUC1, in STn+ cancer cells was able to lower the induction of tolerance and DCs become more mature. Overall, our data suggest that STn-expressing cancer cells impair DC maturation and endow DCs with a tolerogenic function, limiting their capacity to trigger protective anti-tumour T cell responses. STn antigens and, in particular, STn+ glycoproteins are potential targets for circumventing tumour-induced tolerogenic mechanisms.

TP perturbation of TN matrices and totally positive directions

Here, we define and consider (linear) TP-directions and TP-paths for a totally nonnegative matrix, in an effort to more deeply understand perturbation of a TN matrix to a TP matrix. We give circumstances in which a TP-direction exists and an example to show that they do not always exist. A strategy to give (nonlinear) TP-paths is given (and applied to this example). A long term goal is to understand the sparsest TP-perturbation for application to completion problems.

COMPARAÇÃO ENTRE AS REGIÕES VITÍCOLAS DE SÃO JOAQUIM – SC, BRASIL E SAN MICHELE ALL’ADIGE – TN, ITÁLIA

A fenologia da videira, a produtividade das plantas e a qualidade da uva apresentam forte relação com os fatores ambientais. O objetivo deste trabalho foi comparar as regiões vitícolas de altitude elevada de Santa Catarina com a região de San Michele All’Adige localizada na Itália. Para os estudos, utilizou-se dos dados da Estação Experimental de São Joaquim - EPAGRI (28°16’30,08”S, 49°56’09,34”O, altitude 1.400 m), localizada em São Joaquim e do Istituto Agrario di San Michele All’Adige – Fondazione Edmund Mach46°11’41,46”N, 11°08’04,41”L, altitude 223 m), localizado na Província de Trento. A variedade avaliada foi a Rebo, para a qual foram determinados osprincipais estádios fenológicos e calculada a exigência térmica através dos graus-dia, temperaturas média, máxima, mínima, amplitude, precipitação, umidade relativa do ar, insolação e radiação solar global. No momento da colheita, foi avaliado o desempenho agronômico da variedade Rebo. Em São Joaquim, o ciclo da variedade Rebo é mais longo, o acúmulo térmico é menor, a precipitação pluviométrica e a radiação solar global acumulada são maiores do que em San Michele All’Adige. As temperaturas mais baixas e a menor insolação durante a floração-mudança de cor das bagas são os principais fatores climáticos relacionados com as menores produtividades das plantas. Em São Joaquim, as baixas temperaturas e as elevadas taxas de radiação solar global na maturação contribuem de maneira positiva na formação dos compostos fenólicos, mas dificultam a degradação dos ácidos da variedade Rebo.