metastásica

BIOLOGÍA DE LA PROGRESIÓNTUMORALDra. Elisa Bal de Kier JofféArea InvestigaciónInstituto de Oncología “Angel H. Roffo”

¿Por qué fracasa el tratamiento del cáncer?• Diagnóstico tardíoTumorPrimarioMetástasisMetástasis Tumores grandes no operables Diseminación precoz Metástasis de primario oculto• Localización del tumor y/o metástasis enórganos vitales. Daños por compresión o porinvasión local, pérdida de función.• Toxicidad de los tratamientos• Heterogeneidad tumoral Inestabilidad génica y generación decélulas más malignas El tumor primario difiere de lasmetástasis, y éstas entre sí, enrespuesta a los tratamientos

PROGRESIÓN TUMORALFigure 8.1. Temporal progression of cancer. Diagnosis and treatment of cancer occurs generally late in the course ofdisease. At this time, a high proportion of patients have obvious or occult meatastases. Acquisition of the invasive andangiogenic phenotypes occur very early, in some cancers perhaps more than 5 to 10 years prior to presentation. Thisdemonstrates a window of opportunity to intervene with anti-invasive and antimetastasis therapies.

Figure 1THE HALLMARKS OF CANCERHanahan & Weinberg, CELL 2000)

(DORMANCY)DEFINICIONESSe conoce como PROGRESIÓN TUMORAL al procesopor el cual el comportamiento del tumor va empeorandogradualmente hasta alcanzar la diseminación adistancia. Se acepta que, salvo excepciones, latendencia de los tumores es la de ir “de mal en peor”La METÁSTASIS (Recamier 1829) es la diseminaciónde las células neoplásicas a sitios distantes del tumorprimario, donde proliferan para formar tumoressecundarios (> de 50 células).METASTASIS no es = a CAPACIDAD METASTÁSICA

Epitelio NormalCarcinoma in situAdquisición del fenotipoinvasivoMembrana basalProliferaciónCrecimiento benignoAngiogénesisCélula iniciadaCASCADAMETASTÁSICASICAEvasión sistemainmuneMetástasisProliferaciónInvasiónSecundariaIntravasación

¿Qué hace únicas a las células metastásicas?‣ invasión‣ adhesión‣ resistencia a la anoikis‣ modulación del sitio secundario‣ proliferación en el sitio secundario‣ persistir en la proliferación sin diferenciarse.SIENDO LAS METÁSTASIS DE ORIGEN MONOCLONAL, TODAS ESTASPROPIEDADES, DEPENDIENTES DE LA MODULACIÓN DE DIFERENTESGENES, DEBEN ESTAR A LA VEZ EN UNA SOLA CELULA.SU HALLAZGO EN UN TUMOR NO IMPLICA QUE CADA UNA DE LASCÉLULAS QUE LO COMPONEN SEA CAPAZ DE CUMPLIR CON DICHACARACTERÍSTICA (limitaciones de los microarrays)

GENES REGULADORES DELA METASTASIS

Genes that regulate metastasisPrimaryTumorTumor cellInvasionTransportation toanother organ• Disseminatedcells• MicroscopicmetastasesTumorigenesisMetastasisOncogenes, TumorSuppressor Genes, DNARepair GenesMetastogenesMetastasisSuppressor Genes• Developmentof overtmetastases

De Oncogenes, Metastogenes y otros genes• Si bien los oncogenes y los genes supresores de tumorespueden modular propiedades celulares asociadas a ladiseminación metastásica, se ha demostrado la existenciade genes específicos moduladores de la metástasis, queno afectan el crecimiento del tumor primario.• Según su función se han clasificado en:-METASTOGENES o genes promotores de lametástasis (p.e. Ras, src).-GENES SUPRESORES DE LA METÁSTASIS(p.e. e-cad, Nm23, Brms1, MKK4).La activación temprana de un metastogen, previa a laadquisición de un fenotipo tumorigénico completo, podríaexplicar la detección de metástasis con primariodesconocido

Nguyen et al. Nature Rev Cancer, April 2009aa

Genes supresores de metástasisGenNM23MMK4BRMS 1KAI 1KiSS 1RHOGD12CRSP 3VDUP 1FNGPC3Tipo celular tumoralMelanoma, Mama, ColonPróstata, OvarioMama, MelanomaPróstata, MamaMama, MelanomaVejigaMelanomaMelanomaMamaMamaFunciónHistidin-quinasa: fosforila KSRMAPKK: fosforila y activa JNKComunicación: Gap-junctionsInteracción con integrinasLigando de receptor acoplado a prot. GRegula funciones de RHO y RACCo-activador transcripcionalInhibe thioredoxinaModula migración y proteasasModula adhesión y sobrevida

Rol de genes supresores de la metástasis en diferentesetapas de la cascada metastásica. Prevención de apariciónclínica de las MTSNature Reviews | Cancer (Christofer & Theodorescu, April 2009)

Estrategias para restaurar la función supresora de metástasisNature Reviews | Cancer (Christofer & Theodorescu, April 2009)

El backgroundgenético puedemodular lacapacidadmetastásica de untumor primario.Se identificaron 70genes queconstituyen el perfilmolecularindicador de lapredisposicióngenética paradesarrollarmetástasis

HETEROGENEIDAD TUMORAL

Transformación Crecimiento tumoral MetástasisLos tumores malignos están constituidos por subpoblacionesheterogéneas para muchas características, incluida la de diseminarse adistancia. Las metástasis difieren del tumor primario y entre sí. Laheterogeneidad metastásica es dinámica y se puede modificar con eltiempo y por presiones selectivas externas. Las poblacionesmetastásicas clonadas son más inestables y sensibles a la mutagénesis.

Selección de clones con diferente capacidad metastásica apartir del melanoma murino B16Fidler et al, 1973

INTERACCIONES CELULARESUNIDAD TUMOR-ESTROMA

Cambio de paradigma en lavisión n de los tumoresCélulas del sistema inmuneFibroblastosCélulas endotelialesCélulas tumoralesMatriz extracelularAdaptado de: Hanahan y Weinberg. The Hallmarks of Cancer. Cell 100(1):57-70

Microambiente en la zona de invasión tumoral:interacción entre células normales y tumoralesFibroblastosEndotelioCélulas inmunesMembranabasalEstromaCélulas epitelialesProteasasCitoquinasCélulas tumorales

Figure 4Source: Cell , Volume 144, Issue 5, Pages 646-674 (DOI:10.1016/j.cell.2011.02.013)Copyright © 2011 Elsevier Inc. Terms and Conditions

Figure 5Source: Cell , Volume 144, Issue 5, Pages 646-674 (DOI:10.1016/j.cell.2011.02.013)Copyright © 2011 Elsevier Inc. Terms and Conditions

Fibroblastos Asociados aCarcinoma (CAFs(CAFs)• Células estromales intratumorales (origendel hospedador) que producen GFs yproteasas.• Son fibroblastos activados.• Son positivos para SMA.¿miofibroblastos?• Poseen aromatasas y pueden producirestrógenos localmente

Sistema Inmune¿Amigo o enemigo?Las células inmunes que infiltran los tumores pueden regular suregresión así como su crecimiento, progresión y metástasis.

METODOS DE ESTUDIOYMODELOS EXPERIMENTALES

ESTRATEGIAS EXPERIMENTALES PARAEL ESTUDIO DE LA CARCINOGÉNESIS YPROGRESION TUMORALcarcinógenosespontáneooncogenesCELULAS NORMALEStransgénicosknock outSingeneicos, transplantablesxenogeneicosAGENTESCARCINOGENOSCELULASTUMORALESCELULASTRANSFORMADAS

ENSAYOS IN VIVO• CRECIMIENTO LOCAL DELTUMOR PRIMARIO(heterotópico u ortotópico)• INVASIÓN LOCAL• METASTASISESPONTÁNEAS• METÁSTASISEXPERIMENTALES(inyección endovenosa)• ANGIOGÉNESIS

Adenocarcinoma Mamario MM3

MODELO DE ESTUDIOTUMOR M3Moderadamente MetastásicoTUMOR MM3Altamente MetastásicoLINEA LM3Altamente Metastásicae invasiva localLINEA LMM3Altamente Metastásicae invasiva local

Area Investigación. Instituto de Oncología “Angel H Roffo”. UBA. ArgentinaclonadoAdenocarcinomas mamarios murinosM3Selección in vivoCultivo primarioRepiquessucesivosMM3Líneas contínuasF3II LM3 LMM3Glipicano-3PKC , 1TransfeccionesFibronectinaIn vivoM3 MM3 LM3 LMM3 F3IIInvasividad Baja Baja Alta Alta Muy AltaMetástasis 40 % 90% 80-90% 90-100% 100%DiferenciaciónHistológica+++ +/++ +/- +/- -In vitro epitelioide epitelioide epitelioide epitelioide spindle

MODELOS DE CÁNCER DEMAMA BI-CELLULARES

TUMOR MAMARIO MURINO M38• Aparecido de formaespontánea en unahembra BALB/c preñada• Mantenido portransplante subcutáneo• Adenocarcinomamamario papilíferobien diferenciado• Formado por célulasluminales y mioepitelialestransformadas• ER - y PR -• Metastásico en pulmón yganglio drenanteBreast Cancer Res 2004, Vol. 6:R116-R129

Comportamiento in vivoLM38-LPLPLM38-HPLM38-D2HP+D2 (36h)Tumorigénesis100% ~30%100%Latencia [Días] 5 (5-19) 19 (19-61) 24,5 (18-69)100%15 (7-25)Tasa de Crecimiento[mm/día]0,22 ± 0,04 0,05 ± 0,01 0,11 ± 0,020,14 ± 0,04Metástasis pulmonares 100% 50% 12,5%Metástasis ganglionares 55,5% 12,5% 0%Metástasis experimentales 40,5 (9-80) 0 (0-3) 0 (0-1)81,8%0%N/DLa interacción n entre las luminales y las mioepitelialeses necesaria para el comportamiento maligno de M38

La linea LM38-LP esta constituida por dossubpoblaciones: luminal (LEP) y mioepitelial (MEP)

Caracterización de la línea bicelular LM05-mix(Pontiggia et al. Breast cancer Res. 2009)Rojo: núcleos con IP.Verde: E-cadherina (FITC).Células epiteliales E-cadherina (+)Células estromales (-)

HIPOXIA, ANGIOGENESIS yVASCULOGÉNESIS

Los tumores deben vascularizarse para crecer.Importancia de la HIPOXIA en el fenotipo metastásico.Diagnóstico de hipoxiaMicroelectrodos para O2, biomarcadores específicos

CONSECUENCIAS DE LA HIPOXIA• Mala distribución de agentes terapeúticos.• Menos sensibilidad a radio-y quimioterapia.• Emergencia de subpoblaciones másmetastásicas• Desregulación de la expresión génica: en generalse produce severa represión, pero el 1 % delgenoma es inducido por el stress hipóxico.• La mayor parte de esos genes es regulada por elfactor de transcripción HIF-1 ( y ).• Genes regulables asociados a metástasis: uPA,PAI, uPAR, osteopontina (OPN), la chemoquinaCXCL12 y su receptor CXCR4, VEGF, p53)

Posibles mecanismos por los cuales la hipoxiaselecciona células resistentes a la apoptosis ymás metastásicasCancer & Metastasis Reviews, 23:293, 2004.

TRATAMIENTOS ESPECÍFICOSDEPENDIENTES DE LA HIPOXIACitotoxinas selectivas.Quinonas (myto-C)Nitroimidazoles (metronidazole)Benzotriazine di-N-oxides (TPZ)(primer droga activada por hipoxia)Terapia génica vs. hipoxia(prodrogas activables por hipoxia)

Angiogenesis is Required forSustained Tumor GrowthTumor CellsLigand ReceptorInteractionAngiogenicFactorsProliferationInvasion and MigrationVenule or Capillary

Tumor AngiogenesisSecretion ofangiogenicfactorsTumorCO 2Hypoxia COX–2 NO OncogenesProteolytic degradationof the extracellularmatrix (ECM)

Tumor AngiogenesisTumorAngiogenicfactorsEndothelial cell (EC)proliferation and migrationSprouting capillary

Tumor AngiogenesisTumorFormation ofnew tumorvasculatureAngiogenicfactors

Potential Targets forInhibiting AngiogenesisAngiogenic FunctionProliferationInvasionAdhesionTube FormationAnastomosisMaturationMolecular TargetKDR /VEGFR2 HGFVEGF HGFRFGFR-1 VEGIAngiogeninHeparanaseV3 IntegrinV5 IntegrinVE-CadherinEphrinB2EphrinRFlt1Tie2Angiopoietin

Los inhibidores de VEGFR-2 bloquean el crecimiento delas células leucémicas por un mecanismo dual:antitumoral y antiangiogénicoAutocrine MechanismAnti-VEGFR-2VEGFKDR+LeukemiaCellParacrineMechanismAnti-VEGFR-2Endothelial Cell(bone marrow vascular supply)

Otros mecanismos para laformación de vasos por el tumor• La vasculogénesis se genera a partir de lamigración de células progenitoras de la médulaósea VEGFR-2 hacia el tumor. Se requiere de laactividad de MMP-9.• La “imitación” vasculogénica ocurre en tumoresmuy malignos. En este caso las propias célulastumorales sufren una modificación fenotípica yadquieren la capacidad de formar paredes anuevos vasos (VE-Cadh). Puede constituir unblanco terapéutico.

Adenocarcinoma mamario LM38-HPVasculogenic mimicry

Ensayo de angiogénesis inducido por tumor en lapiel de ratones singeneicosControl sin célulasCélulas tumorales mamarias MM3Hipoxia, necrosis

Fases invasivas de la cascada metastásicaTUMORPRIMARIOMatrizextracelularPared delvasoSangreLinfaPared delvasoMatrizextracelularMETASTASISIntravasaciónINVASIÓN PRIMARIAExtravasaciónTransportepasivoExtravasaciónEtapas de la Invasión1) AdhesiónINVASIÓN SECUNDARIA2) Degradación de la ECM3) Migración(AMF=molécula multifuncional.Citoquina reguladora de la motilidady proliferación y es además unagluco-fosfohexosa isomerasa)

MOLECULAS DE ADHESION

"Prognostic value of E-Cadherin, Beta-Catenin, MMPs (7 and 9) andTIMPs (1 and 2) in patients with colorectal carcinoma”(Roca et al. J SURGICAL ONCOLOGY 93:151, 2006)1,0Curva de Kaplan-MeierExpresión de Caderina ESobrevida Acumulada,9,8,7,6PositivoNegativo,5010203040506070Cadherina-ESobrevida GlobalLa pérdida de Cadherina E se asocia a peorsobrevida. (Log Rank test: 6,31; p=0,012)

Técnicas para evaluar la migración y la invasión celularWound healing assayCámaras Transwell paraestudios de polaridad,migración e invasióncelular

Estrategias de las células tumorales para migrar

Migración celular colectiva en carcinomas

Estrategias de las células tumorales para migrar II

MATRICES EXTRACELULARES

FIBRONECTIN IS THE MAIN DOWN-REGULATED GENE ASSOCIATEDWITH THE HIGHER METASTATIC ABILITY OF A MURINE MAMMARYTUMOR (86 genes were upregulated vs only 2 downregulated).(Urtreger et al. Oncology Rep 16:1403, 2006)M3 MM3M3MM3cDNA arrayWestern blot

EXPRESSION OF RGD MINUS FIBRONECTIN THAT DOES NOT FORM EXTRACELLULARMATRIX FIBRILS IS SUFFICIENT TO DECREASE TUMOR METASTASIS.Alejandro Urtreger et al., Int. J. Cancer: 78, 233–241 (1998)

Urtreger A. et al. Int. J. Cancer: 78, 233–241 (1998)Metástasis experimentalesMetástasis espontáneas

ENZIMAS PROTEOLITICAS

Cascada proteolítica pericelular

Proteasas involucradas en la invasión tumoral.Clasificación1. Serino-proteasas2. Metalo-proteasas(dependientes de Ca 2+ yZn 2+ ) uPA tPAMiembros másrelevantes Plasmina MMP-1 MMP-2 y MMP-9 Estromelisinas Matrilisinas MT-MMPActividad biológicaActivan el plasminógeno a plasmina.Degradan algunas proteínas de la matriz, comola FN.Degrada laminina, FN y colágeno IV. Activalas metaloproteasas latentesEl espectro de acción degradativa es bastantevariado. Degradan todo tipo de colágenoincluyendo colágeno intersticial y de lasmembranas basales y colágenodesnaturalizado, también pueden degradarproteoglicanos y glicoproteínas. Las MT-MMP se insertan en la membrana plasmática.3. Cisteíno-proteasas Catepsina B Amplio espectro. Activa al uPA y a lasmetaloproteasas.4. Aspartil-proteasas Catepsina D Degrada amplia variedad de proteínasendocitadas (degradación lisosomal).También puede secretarse.

SISTEMA DEL ACTIVADOR DEL PLASMINOGENO:‣ Dos moléculas activadoras: activador de plasminógenode tipo uroquinasa (uPA) y el activador de plasminógenotisular (tPA).‣ Receptores de superficie celular específicos (uPAR).‣ El sustrato de ambos activadores: plasminógeno.‣ El producto de su acción catalítica: plasmina.‣ Sus inhibidores endógenos específicos: PAI-1 y PAI-2(inhibidores del activador del plasminógeno).

ECMuPAMMPsPlasminógenoPlasminauPAuPARPro-MMPsCélula TumoralSíntesis y secreciónde uPA y MMPs

uPA Y METASTASISEn el modelo experimental de adenocarcinomasmamarios murinos (M3 y MM3), que difieren en sucapacidad metastásica, demostramos que:El tumor MM3, más metastásico, secreta 3-4veces más uPA (Int. J. Cancer 42:59-63, 1988).La producción de uPA aumenta a lo largo delcrecimiento tumoral en ambos (Int. J. Cancer43:356-357, 1989; Clin. Exp. Metastasis 10:395-401,1992)ZimografíaC M3 MM3 (anti-uPA)

uPA Y PROGRESION TUMORALSe emplearon dos inhibidores altamente específicosde la actividad catalítica de uPA: B428 y B623 (4-substituted benzo(b)thiophene 2-carboxamidines)(Eisai Res. Inst., USA)Línea F3IIEnsayos in vitroInhibición demigración (%)Inhibición deinvasión (%)B428 10 uM 29.8 + 15.5 39.1 + 8.3*B428 20 uM 49.4 + 6.8* 58.9 + 9.0*P

TCuando los tumores sonpalpables se inicia tratamientoip con los inhibidores de uPAB428 o B623 (20 ó 7.5 mg/kgratón, 3 veces por semana), osu vehículo.CONTROLEl tumor invade dermisy músculo subcutáneoTTRATADO CON B428:Se observa inhibición dela invasión local. Sinembargo no modula (o,B623 aumenta) ladiseminación metastásica

La estructuraquímica delas MMPs(24 EN EL GENOMAHUMANO + OTRASRELACIONADASConstituyen 8 gruposestructurales diferentes

Metaloproteasas(MMPs)MatrixinasMatrilisinasColagenasasIntersticialesColagenasas Tipo IVGelatinasasEstromelisinasMetaloproteasas deMembranaProteoglicanosColágenosFibrilaresColágenoTipo IVGAGsPro-MMP2MMP-2MMP-9

FUNCIONES DE LAS MMPS EN EL CANCER

LA MMP-9 PLASMATICA COMOMARCADORA DE PRONOSTICOY SEGUIMIENTO EN CANCER DEMAMA

Actividad de MMP-9 plasmática en cáncer de mama humano•63 % de las pacientes con cáncer de mama presentan niveles elevados deMMP-9 circulante, asociado a mal pronóstico (menor sobrevida global).•Los valores de MMP-9 son de utilidad para el seguimiento de la enfermedaddurante y después del tratamiento adyuvante.•Predicen la recurrencia (recidiva o metástasis) entre 1 y 8 meses previo a ladetección clínica. (INT. J. CANCER.(Predictive Oncology), 89/4: 389-394, 2001. INT. J. CANCER, 2003, 106(5):745-751)71,0Activid ad M MP-9( AU/ml plasma)654321Overall Survival rate,8,6,40Controles Cáncer Tumor Benigno,2020406080100Positivos/total 19/82 52/88 9/49Months8Actividad MMP-9 plasmática7654321Actividad MMP-9 plasmática32.521.510.500M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15Número de muestraM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12Número de muestraM13M14M15M16

Heparanase expressed by tumor cells and neutrophils promotes cellinvasion between adjacent vascular ECs and through their underlyingbasal lamina (BL) into the ECM.

Diseminación ≠ MetástasisPrimaryTumorTumor cellInvasionTransportation toanother organ• Disseminatedcells• MicroscopicmetastasesTumorigenesisMetastasisCélulas detenidas eneste estadío• Developmentof overtmetastases

“TUMOR DORMANCY” es unestadío de la progresiónmaligna, en la cual hayenfermedad residual, pero esasintomática.Aguirre-Ghiso, J., Nature Reviews Cancer, 2007

EL DESTINO DE LAS CÉLULAS DISEMINADAS (DTC)ROL DEL MICROAMBIENTE DEL ÓRGANO BLANCOBMDC: bone marrow derived cellsJoyce & Pollard, Nature Rev Cancer, April 2009

Células tumorales diseminadas (DTC) Es posible detectar DTC en sangre, nódulos linfáticosy médula ósea, en total ausencia de evidenciasclínicas de metástasis. La presencia de DTC en médula ósea tiene un fuerteimpacto en el pronóstico y eventual tratamiento encáncer de mama (4700 casos). La médula ósea sería un sitio de privilegio (reservorio)para el estado de “dormancy” de DTC. El hallazgo de DTC (ADN, mutaciones) en sangreperiférica y otros fluidos es aún motivo de estudio ycontroversia. La detección de DTC tiene importantes implicanciasen la biología de la progresión tumoral. DTC podríanser nuevos marcadores y/o nuevos blancosterapéuticos

Un concepto provocativo…Las células potencialmente metastásicas sesepararían muy temprano del tumor primario yquedarían alojadas en médula ósea, u otrossitios, donde tendrían una evoluciónindependiente del tumor primario en suscaracterísticas genotípicas y fenotípicas.La formación exitosa de metástasis dependeríade interacciones entre la célula tumoral y elmedio ambiente del nicho u órgano blanco,siendo la metástasis una enfermedad conregulación ectópica del crecimiento celular.

El curso temporal de la metástasis puede variar de acuerdo al tipo tumoral(Nguyen et al, Nature Rev. Cancer, 2009)

MODELO DE PROGRESION LINEARDE TUMORES Y METASTASISLas células van incrementando su malignidad localmente en el tumorprimario con el tiempo. Incluye el concepto de metástasis demetástasis, cada vez mas malignas, hasta la muerte del paciente

MODELO DE PROGRESION PARALELA DE TUMORES Y METASTASISKlein C, Nature Rev Cancer, April 200Según este modelo pueden ocurrir varios ciclos de diseminación antes deldiagnostico clínico, y cada DTC tener una evolución diferente en forma paralela

Consecuencias de la evolución lineal (a) o paralela (b) de la diseminaciónmetastásica para las decisiones terapéuticas Klein C, Nature Rev Cancer, April 2009

NUEVOS CONCEPTOS PROVOCADORESLas metástasis se podrian desarrollar a partir de célulasnormales que migraron y sobrevivieron en diferentesórganos distantes

Vías de la diseminación metastásica

La metástasis es específica deórgano‣ Hace mucho tiempo se ha observado quedeterminados tumores “prefieren”diseminarse hacia algunos órganosespecíficos‣ Algunos tejidos nunca son metastatizados.

TEORIAS• Diseminación mecánica: papel delos sistemas circulatorio ylinfático.• Teoría de Paget: suelo y semilla.• Integración de ambas teorías

James Ewing - 1920Teoría Anátomo-Mecánica (Neoplasticdiseases. A treatise on Tumours)Los patrones de diseminación metastáticapueden simplemente ser explicados por loslechos vasculares con los que las célulastumorales se encuentran en la circulación.EVIDENCIAS A FAVOR DE EWING‣ El carcinoma de colon metastatiza en hígado, explicadopor el sistema Porta‣ El carcinoma de mama metastatiza en pulmón, primerlecho vascular

Distribuciónmetastásicay vía deinoculaciónCélulas MDA-MB-231

Stephen Paget - 1889Estudió las autopsias de más de 1000 mujeres quehabían muerto de cáncer de mama. Thedistribution of secondary growths in cancer of thebreast. (Lancet 1889; 1: 571–73)Evidencias a favor de Paget‣ A pesar de no existir ningún circuito “corto”, los tumores de pulmóndan metástasis en cerebro.‣ A pesar de que toda la sangre pasa a través del corazón y el riñón,muy pocas veces se ven metástasis en esos órganos.Hipótesis Seed & SoilLa “semilla” (células tumoral) sólo crecerá si esarrastrada por el “viento” (circulación) hacia un“suelo hospitalario” (factores presentes en elmicroambiente del órgano).

Isaiah J. Fidler – 1980Role of organ selectivity in the determinationof metastatic patterns of B16 melanomaCancer Research 40: 2281-2287Implante s.c. Pulmón RiñónInoculación i.v. de células de melanoma B16-F10 radioactivasRadioactividad en Pulmón Si SiMts en Pulmón Si SiRadioactividad en Implante Si SiMts en Implante Si No

Metastasis Óseas de Cancer dePróstata‣~ 65% de las metástasis prostáticasinducen la formación anormal de hueso(osteoblásticas).‣~ 12% de las metástasis prostáticasdestruyen el hueso (osteolíticas).‣~ 23% presentan una apariencia mixtaosteoblástica/osteolítica, sin cambiossignificativos en la masa ósea.

Metastasis Oseas OsteoblásticasLas célula metastásicas de cáncer de próstata interactuan con elmicroambiente óseo y lo modificanMetastatic ProstateCancer CellInhibits Osteoclasts?Promotes Osteoblasts?OsteoclastResorptionBoneFormationOsteoblast

Prostate Cancer Cell and OsteoblastStep 1Prostate Cancer Cell SecretesFactors that PromoteOsteoblast FormationInteractionStep 2Osteoblasts Secrete GrowthFactors that Stimulate ProstateCancer Cell ProliferationGFMMPsuPAPTHIL-1bProstateCancer CellOsteoblastTGFbFGFIGF-1IGF-2IL-1PDGFIL-6BoneBone

Las quimoquinas y sus receptores contribuyen adeterminar el patrón metastásicoReceptorCXCR4Célulacáncer demamaCélula demelanomaReceptorCCR10LigandoSDF-1PULMÓNPIELLigandoCCL27La metástasis específica, en parte, podría explicarse porque las célulastumorales expresan receptores que reconocen ligandos que se encuentrancon mayor frecuencia en el órgano blanco de la metástasis.Los sistemas quimoquina-receptor modulan adhesión, migración, proliferacióny supervivencia, activando diferentes vías como MAPK, PI3K, etc.

Receptores de quimoquinas en tumoresMamaMelanomaNature 2001, 410(6824): 50 - 6

ControlsiRNALa inhibición de la expresiónde CXCR4 mediante siRNAdisminuye las metástasispulmonares (ver figura).Otros ensayos preclínicosemplean anticuerpos, opequeñas moléculas, opéptidos inhibitorios vs losreceptores de quimoquinas.Estos compuestosgeneralmente no presentantoxicidad algunaCancer Res 2005, 65 (3):967-71

NUESTROS RESULTADOSFactores solubles de pulmón (PN/LCM)aumentan la angiogénesis, el crecimientotumoral y la diseminación metastásica decélulas tumorales mamarias murinas M3 invivo, así como también la secreción deenzimas proteolíticas, la proliferación y lamigración de las mismas células in vitro(CLINICAL AND EXPERIMENTAL METASTASIS 1991, 9/1:51-56.;TUMOR BIOLOGY 199415/5: 284-293, ONCOLOGY REPORTS,1999 6(4): 907-911)

Mayor sobrevidaLadeda et al. Breast Cancer Research and Treatment, 2001 69: 39-51

LOS NICHOS PRE-METASTMETASTÁSICOSSICOSUN NUEVO PARADIGMA PARA EXPLICAR LOSMECANISMOS CELULARES YMOLECULARES QUE DETERMINAN LALOCALIZACIÓN N METASTÁSICA SICA ESPECÍFICADE LOS TUMORESCancer Cell 2: 289, 2002.Nature 8:1369, 2006Cancer Cell 15:35, 2009Nature Rev Cancer, April 2009.

CÉLULATUMORALMICROAMBIENTEDEL ÓRGANO BLANCOMÉDULAÓSEA

RADIACIÓNModelo experimentalTRANSPLANTE CON CÉLULAS CDEMÉDULAÓSEA GFP+CÉLULAS TUMORALES MARCADAS CON ROJO4 semanasCarcinoma MelanomaLewis B16(MT pulmonar) (MT en variosórganos)Análisis histológico con IFKaplan et al. Nature 438: 820, 2005.

días post inóculo cél tumorales3dCORTES HISTOLÓGICOS DE PULMÓN14 d 18 d 21 dCél de MO VerdesCél Tumorales RojasCitometría de flujo de células provenientes del pulmón

Factores liberadospor el tumorTUMOR PRIMARIO

ÓRGANOBLANCOMÉDULAÓSEAFACTORES SOLUBLES específicos de tipo tumoral:-VEGF-PIGF (ligando de VEGFR1)-TNFalfa-TGFbeta

ÓRGANO BLANCO“Fibroblastos” del órgano blancoMatriz rica en FNS100A8 y S100A9(quimoatractantes)Hiratsuka et al. Nat Cell Biol 8: 1369, 2006

MÉDULAÓSEACélulas Progenitoras HematopoyéticasticasVEGFR1+, Receptor FN+,CD34, Id-3+, c-kitckit, CD11b/Mac/Mac-1Las células VEGFR1+ condicionan:- el comportamiento de las célulastumorales en el tumor primario- el órgano blanco de la metástasisprevio a la llegada de la célula tumoral

FORMACIÓN N DE LOS SITIOSPREMETASTÁSICOSSICOSÓRGANO BLANCO‣Secreción de enzimasproteolíticas (MMP-9)‣Remodelación de la matrizextracelular‣Producción de factoresquimioatractantes (pe SDF-1) yotras quimoquinas (TGFbeta)

Tumor Primario:Células CXCR4+(receptor de quimoquina SDF-1)

MÉDULAÓSEACélulas Progenitoras EndotelialesVEGFR2 +

FORMACIÓN DE LA METÁSTASISMÉDULAÓSEACél VEGFR2+SDF-1TGFbetaCél CXCR4+TUMOR PRIMARIO

En tejido humanotambién seencontró gruposde célulasderivadas demédula óseaVEGFR1 + en elórgano blancoEs el tumor primario el que, con la producción y liberación de un perfilúnico de factores solubles, orquesta la formación de los sitiospremetastásicos y dirige el patrón metastásicoLas células VEGFR1 favorecen la progresión metastásica. Si seremueven del sitio premetastásico la célula tumoral entra en dormancy.

Tratamientos dirigidos contra las moléculas implicadas en lasfases premetastásica, micrometastásica y macrometastásica

CÉLULAS STEM Y CÁNCER. CÉLULAS STEM Y METÁSTASISFaltan aun evidencias definitivas experimentales y clínicasmCSCCSC

La fagocitosis de cuerpos apoptóticos y laentrada (transfection-like) de ADN librecirculante en células normales o tumoralespodrían explicar la tumorigénesis yprogresión maligna

Figure 5Participación de las Cancer Stem Cells (CSC) en lasdiferentes etapas de la progresión tumoralSource: Cell , Volume 144, Issue 5, Pages 646-674 (DOI:10.1016/j.cell.2011.02.013)Copyright © 2011 Elsevier Inc. Terms and Conditions

ALGUNOS MARCADORES DECÉLULAS STEM•CD44+ (resp. A TGFb)•CD24 LOW (indif. a TGFb)•CD133+•CD133+ / CXCR4 (MTS en Cade Páncreas. Hermann et al,2007)•ALDH1+ (ALDEFLUOR)•LOH para BRCA•Vías WNT/ cat activadas•> ABC transporters•Formación de esferas en mediosin sueroHeterogeneidad de lasubpoblación de células stem

El nicho de la Cancer Stem Cell (CSC)1: CSC2: EMT3: Metástasis

Fusión celular. Otro factor etiológico?Un nuevo blanco terapéutico?• Numerosas evidencias clínicas y experimentales sugierenque la fusión entre células tumorales y normales, o entrecélulas tumorales, puede contribuir a la iniciación tumoralasí como a la progresión tumoral y la metástasis.• Se han encontrado híbridos entre células tumorales ymacrófagos u otras células migratorias derivadas de lamédula ósea (BMDC) cuya expresión génica refleja unfenotipo metastásico.• Andersen et al (J Pathol. 2007) hallaron un 30%de núcleosmalignos en osteoclastos de pacientes de mieloma (1er.confirmación en humanos de fusión BMDC-tumor)• Recientemente se ha demostrado que la fusión de dossublíneas de diferente organotropismo de la línea MDA-MB-231 genera una nueva línea con capacidad metastásicadual (Lu & Wang, PNAS 2009)

CSCUn modelo para la generación deuna célula metastásica por fusiónde una célula de melanoma con unmacrófago. (Powelek et al. Nature RevCancer, 2008)

Una nueva vuelta de tuercaen la progresión tumoral…AUTOSIEMBRA DEL TUMORPRIMARIO

Tumor Self-Seeding by Circulating Tumor CellsKim et al (Massagué). Cell (Dec. 2009)CélulaMMP-1FascinaFactorestumoralesIL-6IL-8CrecimientoAngiogénesisReclutamientoRECIDIVA?

EMT (Transición epitelio-mesenquimática)durante la embriogénesis y en cáncer

Cambios morfológicos y moleculares en laEMT (Transición epitelio-mesenquimática)

Mecanismo generalde biogénesis de losmiARN

Modificaciones de los miARN en diferentes tumoresLos miARN pueden promover,suprimir o predecir el riesgopara padecer metástasis

Ankyrin repeat domain: ANKRD46

OBSERVACIONCLINICA¿NUEVOS“BLANCOS”TERAPEUTICOS?•Prevención demetástasis•Tratamiento demetástasisresistentesESTUDIOS BASICOSDE BIOLOGIA TUMORALEN MODELOSEXPERIMENTALES.DETERMINANTESMOLECULARES¿NUEVOSMARCADORES?•Diag. precozde metástasis•PronósticoESTUDIOS CLINICOS

INSTITUTO DE ONCOLOGÍA "ANGEL H. ROFFO”ÁREA INVESTIGACIÓNUniversidad de Buenos Aires