Identification of molecular mechanisms of acquired resistance to trastuzumab in HER2+ breast cancer

• Autores: Paula González Alonso
• Directores de la Tesis: Federico Rojo (dir. tes.), Juan Madoz Gúrpide (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
• Idioma: inglés
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
      • Proteínas
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    La valoración rutinaria de marcadores moleculares ha sido clave para determinar el pronós-tico y tratamiento del cáncer de mama desde los años 1980. HER2 está sobreexpresado en más del 20% de los tumores de mama invasivos y se asocia con peor pronóstico. El uso de terapias anti-HER2 ha mejorado significativamente los resultados clínicos en pacientes con cáncer de mama HER2+, pero una notable proporción de pacientes con enfermedad metastásica pueden desarrollar resistencia tras un período de tratamiento. Esta tesis se centró en entender los me-canismos moleculares que operan tras la exposición prolongada a trastuzumab y que pueden modular procesos de proliferación celular y tumorigenicidad, y los que surgen tras una breve exposición a trastuzumab solo o combinado con pertuzumab en cáncer de mama HER2+. La ex-posición continuada a trastuzumab indujo resistencia en la línea celular BT-474. Las diferencias en redes de señalización se analizaron en las células BT-474.r2T usando técnicas de fosfoproteó-mica cuantitativa y se validaron mediante minería de datos y ensayos de inmunodetección y qPCR. Esta estrategia identificó biomarcadores potenciales de adquisición de resistencia a tras-tuzumab en las células BT-474.r2T, incluyendo la disminución de la fosforilación de YAP1 en S109 y el incremento de la expresión nuclear de YAP1/TAZ (formas activas) y TEAD1-2. Una nueva estrategia de doble bloqueo de la actividad de HER2 y YAP1-TEAD con trastuzumab y vertepor-fina restauró la sensibilidad a trastuzumab en modelos celulares y en xenoinjertos de BT-474.r2T. El significado biológico de la expresión de YAP1 y TAZ se confirmó en una cohorte re-trospectiva de pacientes con cáncer de mama HER2+. La expresión nuclear de YAP1 correlacionó positivamente con la expresión nuclear de TAZ y los niveles elevados de expresión nuclear de ambos biomarcadores se asociaron con peores tasas de supervivencia en cáncer de mama HER2+ metastásico. La exposición a terapia basada en trastuzumab incrementó la expresión nu-clear de YAP1 en tumores de mama HER2+ tempranos y avanzados, y se asoció con peor resul-tado clínico en tumores de mama HER2+ avanzados.

    Conocer la sensibilidad de cada tumor de mama HER2+ podría guiar la toma de decisiones para la elección del plan de tratamiento. El análisis de perfiles multiproteómicos permite la iden-tificación de firmas de señalización diferenciales, facilitando la comprensión de la biología de las células de cáncer de mama HER2+. Tras su validación funcional, los biomarcadores identificados permiten clasificar las células de cáncer de mama HER2+ en sensibles y resistentes y proponer nuevas dianas potenciales para terapia dirigida en células y tumores de cáncer de mama HRE2+ con resistencia adquirida a trastuzumab. La firma de expresión de biomarcadores de resistencia permite desarrollar un sistema de puntuación para clasificar los tumores según su perfil de ex-presión y asociar las puntuaciones con resultados clínicos, ayudando a mejorar el pronóstico y la predicción de respuesta a terapia dirigida en cáncer de mama HER2+.

  • English

    Routine assessment of molecular biomarkers has been instrumental in determining the prognosis and treatment of breast cancer since the 1980s. HER2 is overexpressed in more than 20% of invasive breast cancers, and is associated with poor prognosis. The use of anti-HER2 ther-apies has significantly improved clinical outcomes in patients with HER2+ breast cancer, yet a notable proportion of those with metastatic disease acquire resistance after a period of treat-ment. This thesis aimed to understand the molecular mechanisms that operate after prolonged exposure to trastuzumab and that can modulate cancer proliferation and tumorigenicity pro-cesses, and those that arise after short exposure to treatment with trastuzumab, alone or com-bined with pertuzumab, in HER2+ breast cancer. Continued exposure to trastuzumab induced drug resistance in the BT-474 breast cancer cell line. Differences in signaling networks were an-alyzed using quantitative phosphoproteomics, and validated by data mining, immunoblotting and qPCR assays of the BT-474.r2T breast cancer cell model. This strategy identified potential biomarkers of trastuzumab resistance acquisition in BT-474.r2T cells, including decreased phos-phorylation of YAP1 at S109, and increased nuclear expression of YAP1/TAZ (active forms) and TEAD1-2. A novel dual treatment strategy targeting HER2 and YAP1-TEAD activity with trastuzumab and verteporfin restored sensitivity to trastuzumab in BT-474.r2T cellular and mu-rine xenograft models. The biological significance of YAP1 and TAZ expression was confirmed in a retrospective cohort study of HER2+ breast cancer patients. Nuclear YAP1 expression was highly positively correlated with nuclear TAZ expression, and a high level of nuclear expression of both biomarkers was associated with worse survival rates in HER2+ metastatic breast cancer. Exposure to trastuzumab-based therapy increased nuclear YAP1 expression in early and ad-vanced HER2+ breast tumors, which was associated with poor clinical outcome in advanced HER2+ breast tumors.

    Knowing the trastuzumab sensitivity of a given HER2+ breast tumor could significantly guide decision-making regarding the choice of treatment plans. Analysis of multiproteomic profiles allows differential signaling signatures to be identified, which improves our understanding of the biology of HER2+ breast cancer cells. Upon functional validation, the identified biomarkers may help improve the classification of HER2+ breast cancer cells as sensitive and resistant, and suggest potential new targets for directed therapy in HER2+ breast cancer cells and tumors with acquired resistance to trastuzumab. Based on the drug resistance biomarker signature, a scoring system can be developed to stratify patients by their expression profile, and to associate scores with clinical outcomes, thereby helping to improve prognosis and prediction of response to bi-omarker-directed therapy in HER2+ breast cancer.