Emerging roles of the critical oncogenic molecule Cadherin-3 in glioblastoma

Abstract

Os tumores do cérebro e sistema nervoso central são uma das principais causas de morte associadas a cancro nos países desenvolvidos. Em adultos, o glioblastoma (GBM) está descrito como uma doença incurável, com uma taxa de sobrevivência a 5 anos de ∼5% e uma mediana de sobrevida de ∼15 meses. A terapia atualmente disponível inclui cirurgia, radioterapia e quimioterapia com temozolamida. No entanto, nas últimas décadas, a resposta clínica e a mediana de sobrevida não melhorou significativamente. A definição molecular do GBM realça a heterogeneidade destes tumores, e a necessidade de identificar novos biomarcadores moleculares e possíveis candidatos para terapias dirigidas. As caderinas clássicas afetam diversos processos celulares em diferentes tipos de cancro. A Caderina-3 (P-caderina, codificada pelo gene CDH3) é considerada um oncogene ou supressor tumoral, dependendo do tipo tumoral e do contexto. No entanto, o seu impacto em GBM era desconhecido. Assim, o objetivo desta tese foi determinar qual a importância da P-caderina em GBM. A este respeito, demonstrámos que a expressão de P-caderina afeta a viabilidade celular, o ciclo celular, invasão, migração, a capacidade de formar neurosferas e o metabolismo energético, em diversos modelos de sobre-expressão e de silenciamento. In vivo, modelos subcutâneos de células de GBM com elevados níveis de P-caderina, demonstram um aumento do crescimento tumoral, e modelos ortotópicos causam uma menor sobrevida dos ratinhos, comparando com os animais implantados com células com baixos níveis de P-caderina. Demonstrámos, também, que CDH3 é expressa em gliomas humanos, com uma percentagem maior de casos positivos em amostras de GBM e a sua elevada expressão, neste grupo de pacientes, está associada a uma menor sobrevida. Descobrimos que o transcriptoma de CDH3 é dependente do tipo celular nos nossos modelos, visto que as alterações observadas de acordo com a expressão de CDH3 diferem entre as duas culturas. De notar que o metabolismo surge como sendo um processo celular bastante alterado perante a manipulação de CDH3. Descrevemos, também, que tanto a sobre-expressão, como o silenciamento de P-caderina, resultam numa alteração do metabolismo energético de GBM no sentido da glicólise em modelos independentes, dependendo do perfil metabólico basal. A expressão de elevados níveis de CDH3 combinada com uma assinatura glicolítica identifica um grupo de pacientes com GBM com menor tempo de sobrevida. Concluindo, esta tese contribuiu para estabelecer a P-caderina como um oncogene importante em GBM com implicações na clínica, por estar associada a uma menor sobrevida de pacientes com GBM, e para definir alguns dos mecanismos responsáveis pela agressividade associada a P-caderina, que poderão ser explorados como perspetivas terapêuticas.

Brain and other central nervous system tumors are a leading cause of death by cancer in developed countries. Gliomas are the most common brain tumors, contributing to most of the malignant forms. In adults, glioblastoma (GBM), the deadliest form, has long been described as an incurable disease, with a 5-year survival rate of ∼5% and a median overall survival of ∼15 months. The current standard of care treatment involves a multimodal approach, including surgery, radiation, and chemotherapy with temozolomide. Nevertheless, the clinical responses and median overall survival have not changed significantly in the last decades. The molecular definition of GBM has gained increasing relevance and denotes the high heterogeneity of these tumors, further highlighting the urgent need of identifying novel useful biomarkers and candidate molecules for targeting therapies. Classical cadherins are emerging as important in cancer, and, currently, are known to affect several cellular processes in various types of tumors. Cadherin-3 (mostly defined as P-cadherin and encoded by CDH3 gene) is considered an oncogene or tumor suppressor according to the tumor type. Its impact in GBM has remained unexplored. Thus, the aim of this thesis was to unravel the importance of P-cadherin in GBM, exploring its functional impact, molecular and cellular processes affected by its expression, and clinical relevance in the prognosis of GBM patients. We demonstrated that P-cadherin expression is associated with increased in vitro aggressiveness, affecting cell viability, cell cycle, invasion, migration, neurosphere formation capacity, and cellular energetics, in various GBM models using overexpression and knockdown approaches. In vivo, GBM subcutaneous models of P-cadherin-high cells display increased tumor growth, and on orthotopic model causes shorter survival of mice comparing to those injected with P-cadherin-low cells. Moreover, we demonstrated CDH3 is expressed in human gliomas, with a higher percentage of positive cases in GBM samples, and high expression in GBM patients associates with shorter overall survival. In our GBM models, CDH3 transcriptome is cell dependent, as the alterations observed upon CDH3 expression differ. Importantly, metabolism arises as a highly altered cellular process upon CDH3 manipulation and both P-cadherin overexpression and knockdown shift GBM energetics towards glycolysis in independent models, which depends on distinct basal metabolic profiles. Additionally, combined expression of CDH3 and glycolytic signature identifies a group of GBM patients with shorter survival. In conclusion, this thesis contributed to establish P-cadherin as novel oncogene in GBM with important implications at the clinical setting, for its association with a shorter survival of GBM patients, and to unravel some of the key mechanisms responsible for this P-cadherin-associated aggressiveness, which might be further explored in innovative therapeutic perspectives.