Cell cycle deregulation in breast cancer subgroups and effects on proliferation, migration and tamoxifen resistance

Abstract

Breast cancer is a heterogenous disease which can be divided in subgroups of distinct biology with disparate prognosis and response to treatment. The overall aim of this thesis was to delineate subgroup specific behaviour in breast cancer cells with focus on proliferation, migration and stem-like cell activity. In addition, we have studied the functional retinoblastoma tumour suppressor (RB) protein pathway and associations to tamoxifen response. Furthermore, the expression of yes-associated protein (YAP1), reported to have both oncogenic and tumour suppressive functions, was investigated in breast cancer subgroups and related to tamoxifen response.



Two of the key processes in malignant behaviour, proliferation and migration, have previously been reported to act as two opposing events in a cancer cell. We found that siRNA-mediated reduction of cyclin D1, a protein expressed in the active cell cycle, resulted in a migratory increase in cell lines negative of estrogen receptor (ER) expression. Conversely, in ER positive cell lines, downregulation of cyclin D1 resulted in decreased migratory capacity and a reduced number of stem-like cells, as measured by the mammosphere assay. Two agents inhibiting the cell cycle machinery, currently undergoing clinical trials, were further evaluated. Results showed that use of these agents in ER negative cell lines increased the number of stem-like cells, whereas a decrease was observed in the ER positive cells. These results point to the disparate effects of cell cycle-targeting treatments on breast cancer cells and highlight the importance of subgroup analysis.



The breast cancer therapy tamoxifen is widely used in patients with ER positive breast cancers; however resistance occurs in approximately one-third of patients. By analysing a breast cancer tumour material from a patient cohort randomised to receive tamoxifen or control treatment, we have found that a non-functional RB pathway in ER positive breast tumours was predictive of tamoxifen insensitivity. The non-functional RB pathway was however not correlated to prognosis, indicating that status of RB pathway holds purely treatment predictive information.



In addition, YAP1 was analysed in the tamoxifen randomised patient cohort and tumours lacking YAP1 protein expression were correlated with resistance to tamoxifen. Furthermore, in ER negative breast tumours, higher YAP1 expression was associated with increased proliferation whereas in ER positive tumours, YAP1 was negatively correlated to proliferation and grade. In vitro experiments downregulating YAP1 resulted in increased levels of ER and progesterone receptor (PgR), indicating deregulated signalling of the ER pathway.



Taken together, we have shown that the consequences of targeting cell cycle proteins may differ depending on ER expression. Furthermore, we have linked a non-functional pathway of the cell-cycle regulator RB and absent YAP1 protein expression to impaired tamoxifen response, identifying two potential biomarkers for predicting tamoxifen insensitivity.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bröstcancer är den vanligaste cancerdiagnosen hos kvinnor, och under år 2011 fick över 8000 svenska kvinnor denna diagnos. Termen bröstcancer är egentligen ett samlingsnamn för alla de olika typer av cancer som kan uppstå i bröstet. En del typer av bröstcancer har en bra prognos medan andra trots aggressiv behandling alltjämt har en dålig prognos.

Cancer är en sjukdom där kroppens egna celler felprogrammeras genom att skador uppstår på cellens DNA. Detta kan leda till att celldelningsprocessen, som vanligtvis är strikt kontrollerad i cellen, initieras felaktigt. Cellen förökar sig utan att det finns ett behov av fler celler. Samtidigt fallerar andra cellulära säkerhetssystem som ska förhindra att skadade celler förökar sig, t.ex. slutar cellen reparera skadat DNA och förlorar förmågan att självdö. De felaktigt nyproducerade cellerna innehåller alla det muterade DNA:t, som kopierats under celldelningen. På så sätt ökar de felaktiga cellerna i antal.

Med tiden ackumuleras fler DNA-skador i cancercellerna vilket leder till att cellerna får nya oönskade egenskaper, som t.ex. förmågan att invadera omkringliggande vävnad. I värsta fall kan cancercellerna nå fram till blodkärl eller ta sig in i lymfsystemet. Om detta sker kan cancern spridas till andra organ i kroppen och bilda nya dottertumörer. Denna process kallas metastasering, och det är först när cancern sprider sig vidare i kroppen som den kan bli livshotande.

För att cancerceller ska nå ett blodkärl måste de kunna röra på sig, migrera. Vi har undersökt hur en cancercells rörlighet, d.v.s. migration, förhåller sig till dess förmåga att dela sig. Experimentella försök har tidigare visat att en cell som migrerar sällan förökar sig just när den befinner sig i rörelse. Detta resonemang brukar kallas the go-or-grow hypothesis. Vi har försökt identifiera proteiner i cellen som skulle kunna ha inverkan på både celldelning och migration, för att bättre kunna förstå hur de två hänger samman. I delarbete I har vi studerat ett protein som kallas cyklin D1 och som tillverkas i cellen i början på den cykel av händelser som resulterar i att en cell delar sig. Vi kunde visa att när cyklin D1 blockerades i cancerceller, delade de sig i mindre utsträckning, samtidigt som deras rörlighet ökade. När cyklin D1 istället aktiverades, minskade cellernas rörlighet. I patientstudier har man tidigare noterat att höga nivåer av cyklin D1 i en tumör ofta är associerat till en bättre prognos för patienten, trots att cyklin D1 är intimt kopplat till celldelning. Våra resultat tyder på en ny migrationshämmande funktion för cyklin D1, som delvis skulle kunna förklara kopplingen mellan cyklin D1 och bättre prognos.

Inom cancerforskning finns en teori att cellerna som utgör kärnan av en tumör är av en särskild sort, som man benämner cancerstamceller. En stor del av de behandlingar man använder mot cancer slår mot celler som aktivt delar sig. Cancerstamceller befinner sig ofta i ett vilande stadium och det är därför svårt att få behandlingen att slå ut denna celltyp. Konsekvensen kan bli att patienten får återfall i sin cancersjukdom trots att behandlingen varit framgångsrik i övrigt. Det innebär att en vilande cancercell ibland kan vara mer farlig än en som aktivt delar sig. I delarbete II har vi med hjälp av laborativa metoder undersökt hur olika typer av behandlingar som blockerar cellcykel-associerade proteiner, som t.ex. cyklin D1, påverkar andelen cancerstamceller. Vi fann att olika typer av bröstcancerceller reagerade olika på samma behandling. I den ena typen minskade andelen cancerstamceller, medan andelen ökade i den andra. Våra resultat understryker vikten av att definiera vilken typ av cancerceller som en tumör består av för att bättre kunna förutse effekten av behandlingar som inhiberar cellcykeln.

Bröstcancertumörer karaktäriseras främst utifrån förekomsten av ett protein som kallas östrogenreceptorn. Antingen klassas tumören som positiv eller negativ i förhållande till denna receptor. När det kvinnliga könshormonet östrogen, som cirkulerar i kroppen, kopplas till östrogenreceptorn aktiveras celldelning. Denna möjlighet till aktivering utnyttjar vissa bröstcancerceller genom onormalt höga nivåer av östrogenreceptorn. Man brukar säga att dessa tumörer är hormonberoende. Ett vanligt läkemedel som används vid hormonberoende bröstcancer är tamoxifen. Tamoxifen kan, liksom östrogen, binda till östrogenreceptorn med skillnaden att tamoxifen blockerar istället för att aktivera celldelningsprocessen. Tamoxifen är en mycket effektiv behandling i många fall, men ibland uppstår okänslighet, resistens, mot läkemedlet. Om man kan förutse hos vilka patienter tamoxifen-resistens kommer att uppstå, kan man ersätta tamoxifen med annan förhoppningsvis mer verksam behandling. I delarbete III och IV har vi undersökt betydelsen av två proteiner, retinoblastomprotein (RB) och yes-associerat protein (YAP1), och om de kan ge information om huruvida en patient kommer att ha nytta av tamoxifen eller inte. Vi studerade proteinnivåer av RB och YAP1 i en stor samling av bröstcancertumörer från patienter där vi även har tillgång till klinisk uppföljningsdata och information, som t.ex. vilken typ av behandling som använts och om, och i så fall när, återfall i bröstcancer har skett. Med hjälp av detta material kunde vi konstatera att för att en patient ska ha nytta av tamoxifen, bör RB-proteinet kunna detekteras i tumören. Resultaten indikerade också att YAP1 är viktigt för att tamoxifenbehandling ska fungera. Nu fortsätter vårt arbete med att försöka förstå de molekylära mekanismerna som ligger bakom våra resultat.

Sammanfattningsvis har vi kommit fram till att cellcykel-proteinet cyklin D1 kan påverka cellers rörlighet, vilket i förlängningen kan ha betydelse för cancercellens förmåga att metastasera. Vi har påvisat att cellcykel-inhiberande behandling kan öka andelen cancerstamceller i vissa typer av bröstcancerceller. Slutligen har vi identifierat två proteiner, RB och YAP1 som viktiga faktorer för tamoxifenbehandlingens blockerande effekt.

• author: Lehn, Sophie
• supervisor: Göran Landberg; Håkan Axelson
• opponent: Associate professor Leonie, Young, Royal College of Surgeons in Ireland, Dublin
• organization: BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation; Pathology, Malmö (research group); Molecular Pathology, Malmö (research group)
• publishing date: 2013
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Clinical Medicine
• keywords: Breast cancer, subgroups, proliferation, migration, stem cells, tamoxifen, estrogen receptor
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2013:13
• pages: 93 pages
• defense location: Jan Waldenströms gata 59, SUS Malmö, Main lecture hall
• defense date: 2013-02-22 09:15:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87189-82-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 0e627a81-0a59-4162-8ab6-b6778c328aca (old id 3447149)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:07:03
• date last changed: 2024-06-11 13:56:25