WNT pathway molecular alterations: from biomarkers to therapeutic opportunities in soft tissue sarcomas
- Autores: Marina Pérez Capó
- Directores de la Tesis: Antònia Obrador Hevia (dir. tes.), Regina Alemany Alonso (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2025
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 172
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Antonio López Guerrero (presid.), Mónica Maria Guillot Morales (secret.), María José Serrano Fernández (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Investigación Traslacional en Salud Pública y Enfermedades de Alta Prevalencia por la Universidad de las Illes Balears
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
Introducción: Los sarcomas de partes blandas (SPB) son un grupo poco común y heterogéneo de neoplasias malignas que surgen de tejidos mesenquimales y abarcan más de 100 subtipos histológicos distintos. A pesar de representar menos del 1% de todos los cánceres en adultos, los SPB representan un desafío clínico considerable debido a su comportamiento agresivo, altas tasas de recurrencia y limitadas opciones terapéuticas. La cirugía sigue siendo la principal modalidad de tratamiento para la enfermedad localizada, a menudo en combinación con radioterapia y/o quimioterapia. En el contexto de los SPB avanzados, donde la mediana de supervivencia se mantiene en aproximadamente 12 meses, la doxorrubicina ha sido el tratamiento de referencia durante los últimos cuarenta años. Dada la heterogeneidad, la complejidad genómica y la diversidad molecular de los SPB, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas estrategias terapéuticas más efectivas y personalizadas. Los avances recientes en investigación oncológica han implicado la vía de WNT, una vía evolutivamente conservada que regula procesos celulares fundamentales, en la patogénesis de muchos tipos de cáncer, incluidos los sarcomas. Trabajos previos de nuestro grupo de investigación demostraron la activación aberrante de la vía de señalización WNT en SPB, posicionándola como una potencial diana terapéutica. El objetivo principal de esta Tesis es explorar el papel de la vía de WNT en SPB, con el fin de caracterizar sus alteraciones moleculares, evaluar el potencial terapéutico de los inhibidores de la vía e identificar biomarcadores para mejorar el tratamiento y la supervivencia de los pacientes.
Contenido de la investigación: Para llevar a cabo el estudio se utilizaron metodologías innovadoras, incluidas el establecimiento de cultivos primarios y organoides derivados de pacientes, así como la biopsia líquida para el descubrimiento de biomarcadores. Los análisis moleculares revelaron una activación heterogénea de la vía de señalización WNT/beta-catenina en los SPB, con una expresión elevada de beta-catenina nuclear y una elevada actividad transcripcional, principalmente detectadas en cultivos primarios derivados de sarcomas indiferenciados. Mediante secuenciación de nueva generación se identificaron alteraciones genéticas accionables en componentes de la vía WNT en un 37% (3/8) de los tumores de SPB analizados, concretamente variantes patogénicas en APC y SOX9, junto con mutaciones en las vías de daño del ADN y PI3K/AKT/mTOR. La inhibición de la vía de WNT con terapias dirigidas que actúan por debajo de beta-catenina redujo la viabilidad en modelos de cultivo derivados de SPB. La molécula SM08502, que inhibe la transcripción mediada por beta-catenina y está siendo evaluada en ensayos clínicos, emergió como la terapia dirigida más efectiva. La sensibilidad de los cultivos primarios a los inhibidores de WNT correlacionó con la activación transcripcional de dicha vía, y los niveles de beta-catenina nuclear, la expresión de WNT5B, y el grado histológico del tumor fueron identificados como biomarcadores predictivos de la respuesta a SM08502. Además, los sarcomas indiferenciados demostraron una mayor respuesta a la inhibición de la señalización WNT que los otros subtipos de SPB estudiados. Los ligandos WNT5A y WNT5B fueron identificados como moduladores clave de la progresión de los SPB. Niveles elevados se asociaron con una menor supervivencia y una recurrencia más temprana. Además, la detección de niveles elevados de WNT5A en vesículas extracelulares derivadas del plasma de pacientes se asoció con la recurrencia, lo que sugiere su utilidad en la monitorización de la enfermedad y la detección temprana de recaídas en SPB. Los estudios funcionales demostraron el impacto provocado por la desregulación de WNT5A sobre la migración celular y la transición epitelio-mesenquimal, procesos críticos para la invasión tumoral y la metástasis. Tanto la inhibición de la expresión de WNT5A como el tratamiento con su antagonista Box5 provocaron la reducción de la capacidad migratoria en el 75% de los modelos in vitro de SPB, con un efecto mayor tras el silenciamiento de WNT5A. Estos hallazgos ponen de manifiesto el potencial traslacional de WNT5A como biomarcador pronóstico no invasivo y como estrategia terapéutica para limitar la progresión de los SPB. La combinación de la expresión de WNT5A y WNT5B en un solo biomarcador demostró tener una mayor capacidad para estratificar a los pacientes según su pronóstico.
Conclusión: Este estudio supone un avance en la comprensión de la vía WNT en los SPB y sus implicaciones terapéuticas, gracias a la integración de metodologías innovadoras. El establecimiento de modelos preclínicos robustos y la identificación de biomarcadores clínicamente relevantes sientan las bases para transformar el pronóstico y las opciones terapéuticas en este grupo de neoplasias malignas.
- English
Introduction: Soft tissue sarcomas (STS) are a rare and heterogeneous group of malignancies arising from mesenchymal tissues, encompassing over 100 distinct histological subtypes. Despite representing less than 1% of all adult cancers, STS poses a substantial clinical challenge due to its aggressive behavior, high recurrence rates, and limited therapeutic options. Surgery remains the primary treatment modality for localized disease, often in combination with radiotherapy and/or chemotherapy. In the advanced setting of STS, where the median survival remains approximately 12 months, doxorubicin has been the gold standard treatment for the past forty years. Given the inherent heterogeneity, genomic complexity, and molecular diversity of STS, there is an urgent need for novel, more effective, and personalized therapeutic strategies. Recent advances in cancer research have implicated the WNT signaling pathway, an evolutionarily conserved pathway critical for cellular processes such as proliferation, differentiation, and migration, in the pathogenesis of many cancers, including sarcomas. Previous work by our research group demonstrated the aberrant activation of the WNT signaling pathway in STS, positioning it as a potential therapeutic target. This doctoral Thesis explores the role of the WNT signaling pathway in STS, with the overarching objective of characterizing its molecular alterations, assessing the therapeutic potential of WNT inhibitors, and identifying actionable biomarkers to improve patient outcomes.
Research content: The research employed innovative methodologies, including patient-derived primary cultures and three-dimensional organoids, as well as liquid biopsy for biomarker discovery. Comprehensive molecular analyses revealed heterogeneous activation of the canonical WNT/beta-catenin signaling pathway in STS, with elevated nuclear beta-catenin expression and transcriptional activity detected mainly in undifferentiated sarcoma-derived primary cultures. Next-generation sequencing identified actionable genetic alterations in WNT pathway regulators in 37% of STS tumors analyzed, including pathogenic variants in APC and SOX9, along with mutations in the DNA damage and PI3K/AKT/mTOR pathways. Downstream inhibition of the WNT signaling pathway significantly reduced cell viability in sarcoma-derived cell culture models. In particular, the small molecule SM08502, which targets beta-catenin-mediated transcription and is being evaluated in clinical trials for other malignancies, emerged as the most effective targeted therapy. The sensitivity of STS primary cultures to WNT inhibitors correlated with WNT transcriptional activation, and nuclear beta-catenin, WNT5B expression levels and histological grade of STS tumors were identified as predictive biomarkers of response to SM08502. Furthermore, undifferentiated sarcomas exhibited superior responses to WNT signaling inhibition than the other studied STS subtypes. WNT5A and WNT5B ligands were identified as key modulators of STS progression, with elevated expression levels associated with poor overall survival and earlier recurrence. Elevated WNT5A levels in plasma-derived extracellular vesicles from STS patients were significantly associated with recurrence, suggesting its potential for disease monitoring and early detection of relapse in STS. Functional studies demonstrated the impact of WNT5A downregulation on STS cell migration and epithelial-mesenchymal transition (EMT), which are critical processes for tumor invasion and metastasis. Both the inhibition of WNT5A expression and the treatment with the WNT5A antagonist Box5 led to a reduction in the migration capacity of 75% of STS in vitro models, with a greater effect observed following WNT5A silencing. These findings highlight the translational potential of WNT5A as a non-invasive prognostic biomarker and a potential therapeutic strategy to limit STS progression. Moreover, a composite biomarker combining WNT5A and WNT5B expression enhanced the prognostic stratification of STS patients, providing a more accurate tool for assessing survival and recurrence risks.
Conclusion: The integration of state-of-the-art methodologies in this study has led to significant advancements in the understanding of WNT signaling in STS and its therapeutic implications. The establishment of robust preclinical models and the identification of clinically relevant biomarkers open avenues for personalized medicine approaches. This work represents a pivotal contribution to the field, offering a foundation for improved prognostic and therapeutic paradigms in this challenging and diverse group of malignancies.
- català
Introducció: Els sarcomes de parts toves (SPT) són un grup poc comú i molt heterogeni de neoplàsies malignes que sorgeixen a partir de teixits mesenquimals i abasten més de 100 subtipus histològics diferents. Tot i representar menys de l'1% de tots els càncers en adults, els SPT representen un desafiament clínic considerable a causa del seu comportament agressiu, altes taxes de recurrència i limitades opcions terapèutiques. La cirurgia continua sent la principal modalitat de tractament per a la malaltia localitzada, sovint en combinació amb radioteràpia i/o quimioteràpia. En el context dels SPT avançats, on la mitjana de supervivència es manté en aproximadament 12 mesos, la doxorrubicina ha estat el tractament de referència durant els darrers quaranta anys. Davant l'heterogeneïtat, la complexitat genòmica i la diversitat molecular dels SPT sorgeix una necessitat urgent de desenvolupar noves estratègies terapèutiques més efectives i personalitzades. Els recents avenços en recerca oncològica han implicat la via de WNT, una via evolutivament conservada que regula processos cel·lulars fonamentals, en la patogènesi de molts tipus de càncer, inclosos els sarcomes. Treballs previs del nostre grup de recerca van demostrar l'activació aberrant de la via de senyalització WNT en SPT, posicionant-la com una potencial diana terapèutica. L'objectiu principal d'aquesta Tesi és explorar el paper de la via de WNT en SPT, per tal de caracteritzar les alteracions moleculars, avaluar el potencial terapèutic dels inhibidors de la via i identificar biomarcadors per a millorar el tractament i la supervivència dels pacients.
Contingut de la investigació: Per dur a terme l'estudi es van utilitzar metodologies innovadores, incloses l'establiment de cultius primaris i organoids derivats de pacients, així com la biòpsia líquida per al descobriment de biomarcadors. Els anàlisis moleculars van revelar una activació heterogènia de la via de senyalització WNT/beta-catenina en SPT, amb una expressió elevada de beta-catenina nuclear i una elevada activitat transcripcional, detectades principalment en cultius primaris derivats de sarcomes indiferenciats. Mitjançant seqüenciació de nova generació es van identificar alteracions genètiques accionables en components de la via WNT en un 37% (3/8) dels tumors de SPT analitzats, concretament variants patogèniques a APC i SOX9, juntament amb mutacions a les vies de dany de l'ADN i PI3K/AKT/mTOR. La inhibició de la via WNT amb teràpies dirigides que actuen per sota de beta-catenina va reduir la viabilitat en models de cultiu derivats de SPT. La molècula SM08502, que inhibeix la transcripció mediada per beta-catenina i està sent avaluada en assaigs clínics, va emergir com la teràpia dirigida més efectiva La sensibilitat dels cultius primaris als inhibidors de WNT va correlacionar amb l'activació transcripcional d'aquesta via, i els nivells de beta-catenina nuclear, l'expressió de WNT5B, i el grau histològic del tumor van ser identificats com a biomarcadors predictius de la resposta a SM08502. A més, els sarcomes indiferenciats van demostrar una major resposta davant la inhibició de la senyalització WNT que els altres subtipus de SPT estudiats. Els lligands WNT5A i WNT5B van ser identificats com a moduladors clau de la progressió dels SPT. Nivells elevats d'expressió es van associar amb una menor supervivència i una recurrència més primerenca. A més, la detecció de nivells elevats de WNT5A en vesícules extracel·lulars derivades del plasma de pacients es va associar amb la recurrència, cosa que suggereix la seva utilitat en el seguiment de la malaltia i en la detecció primerenca de recaigudes en SPT. Els estudis funcionals van demostrar l'impacte provocat per la desregulació de WNT5A sobre la migració cel·lular i la transició epiteli-mesenquimal, dos processos crítics per a la invasió tumoral i la metàstasi. Tant la inhibició de l'expressió de WNT5A com el tractament amb el seu antagonista Box5 van provocar la reducció de la capacitat migratòria en el 75% dels models in vitro de SPT, amb un efecte major després del silenciament de WNT5A. Aquestes troballes posen de manifest el potencial translacional de WNT5A com a biomarcador pronòstic no invasiu i com a estratègia terapèutica per limitar la progressió dels SPT. La combinació de l'expressió de WNT5A i WNT5B en un sol biomarcador compost va demostrar tenir més capacitat per estratificar els pacients amb SPT segons el seu pronòstic.
Conclusió: Aquest estudi suposa un avenç en la comprensió de la via WNT en SPT i les seves implicacions terapèutiques, gràcies a la integració de metodologies innovadores. L'establiment de models preclínics robusts i la identificació de biomarcadors clínicament rellevants estableixen les bases per transformar el pronòstic i les opcions terapèutiques en aquest desafiant grup de neoplàsies malignes.
- español
