Factores angiocrinos liberados por las células endoteliales inducen la expresión de factores pro-angiogénicos en cáncer prostático

Abstract

El cáncer de próstata (CaP) es el tipo tumoral más diagnosticado en los hombres en los países desarrollados y el segundo a nivel mundial. En Chile, CaP correspondió a la segunda causa de muerte en hombres durante el año 2018. En la actualidad, se concibe al CaP como una enfermedad que depende de la interacción compleja que existe entre las células epiteliales malignas y las células benignas que forman el compartimento estromal, conocido como microambiente tumoral (MAT). Dentro del MAT, las células endoteliales (CEs) cumplen un rol esencial en la neovascularización del tumor o angiogénesis. Además, la progresión del CaP y la agresividad está relacionada con el desarrollo de la angiogénesis. Este proceso permite tanto la perfusión de los nutrientes y oxígeno hacia el tumor, así como también eliminar los desechos metabólicos celulares, permitiendo así la progresión del cáncer en términos de proliferación tumoral y su diseminación a otros órganos. Debido a la falta de terapias anti-angiogénicas efectivas en CaP, que contrarrestan predominantemente a las CEs altamente proliferativas, se postula que las CEs en reposo (no proliferativas), que no son afectadas por este tipo de terapias, podrían estar cumpliendo un rol protector y potenciador para la progresión del tumor, a través de un mecanismo paracrino (o mecanismo angiocrino). Si bien, en la literatura se ha demostrado que las CEs, a través de mecanismos angiocrinos, pueden promover la proliferación de células tumorales, incluyendo células de CaP; aun persisten múltiples interrogantes sobre el rol, los efectos y la capacidad de los mecanismos angiocrinos. En el siguiente trabajo se propuso responder si las CEs son capaces de promover, tanto in vitro como in vivo, la expresión de señales pro-angiogénicas en las células de CaP mediante un mecanismo angiocrino; y si este efecto en las células CaP produce un aumento en su capacidad de promover angiogénesis. Para llevar a cabo esta investigación, se utilizó una línea de células cancerígenas de CaP resistente a la castración, conocida como PC3, y el cultivo primario de CEs extraídas de la vena del cordón umbilical humana, conocida como HUVEC. En primer lugar, se analizó la expresión de factores angiogénicos en el modelo in vitro de las células PC3 tratadas previamente con medio condicionado (MC) de las células HUVEC, las cuales denominamos PC3 educadas. En segundo lugar, se analizó la expresión de HIF-1α (Factor inducible por hipoxia 1α) en el modelo in vivo de xenoinjerto de PC3 educadas en ratones NSG. La condición control para PC3 educada es PC3 sin tratamiento con MC (PC3 sin educar). Y en tercer lugar, se analizó el efecto biológico del MC de células PC3 educadas en la capacidad de estimular a las células HUVEC en la formación de tubos. La condición control de MC de células PC3 educadas es el MC de células PC3 sin educar. Los resultados in vitro mostraron que el MC de células HUVEC aumentó la expresión de transcriptos para los factores angiogénicos VEGF-A (Factor de crecimiento vascular endotelial A), HIF-1α, IL-1β (Interleuquina 1β) y ANGPTL-4 (Angiopoyetina tipo 4) en células PC3, respecto a la condición control. Sin embargo, los resultados obtenidos del ensayo in vivo no mostraron un aumento significativo de la expresión proteica de HIF-1α en los tumores formados por células PC3 educadas, respecto al control. Por último, nuestros resultados mostraron que las células HUVEC estimuladas con MC de células PC3 educadas aumentaron su capacidad de formación de tubos, en comparación con la condición control, demostrando la generación de una respuesta paracrina desde las células epiteliales hacia las endoteliales. La relevancia de los resultados de este trabajo es que adicionalmente al efecto angiocrino observado, esta investigación aporta un antecedente más, al hecho de que existe una comunicación constante y bidireccional entre las células tumorales y las células endoteliales

Prostate cancer (PCa) represents the most diagnosed type of cancer in men in developed countries and second most common worldwide. In Chile, PCa was the second leading cause of cancer-related deaths in 2018. Nowadays, PCa is conceived as a disease that depends on a complex interaction between malignant epithelial cells and benign cells that form the stromal compartment, known as the tumor microenvironment (TME). Inside TME, endothelial cells (EC) have a major role in tumor neovascularization or angiogenesis. Moreover, PCa progression and aggressiveness is related to angiogenesis development. This biological process enhances oxygen and nutrients distribution to the tumor and eliminates metabolic wastes, thus leading to tumor progression reflecting as proliferation and second tumor niches. Due to the lack of effective anti-angiogenic therapies in PCa, for highly proliferative EC, it is postulated that resting EC (non-proliferative), which are not affected by this type of therapy, may be playing a protective role and enhancing tumor progression, through a paracrine (or angiocrine) mechanism. Current literature has described that EC acts through angiocrine mechanisms, stimulating cellular proliferation including PCa; it remains unclear the multiple roles, effects and capacity of the angiocrine mechanisms. In the present study, we proposed to answer whether EC are able to promote the expression of pro-angiogenic signals in PCa cells through an angiocrine mechanism and whether this effects in PCa cells produces an increase in their capacity to promote angiogenesis. To carry out this research, we used a castration-resistant PCa cell line, known as PC-3, and the primary cultured of EC extracted from human umbilical cord vein, known as HUVEC. In first place, we analyzed the expression angiogenic factors using an in vitro model of PC3 cell previously treated with conditioned medium (CM) from HUVEC cells, which we call educated PC-3. Secondly, the expression of HIF-1α (Hypoxia-inducible factor 1α) was analyzed using an in vivo model of PC3 xenograft educated in NSG mice. The control condition for educated PC3 is PC3 without CM treatment (uneducated PC3). And thirdly, we analyzed the biological effect of CM of educated PC-3 cells on the ability to stimulate HUVEC cells in formation. The control condition of CM of educated PC3 cells is CM of uneducated PC3 cells. Our in vitro results showed that CM of HUVEC cells enhanced the expression of transcripts for the angiogenic factors VEGF-A (vascular endothelial growth factor-A), HIF-1α, IL-1β (Interleukin 1β) and ANGPTL-4 (Angiopoietin-like 4) in PC3 cell lines. However, the results obtained from in vivo experiments it did not show a significant increase in the protein expression of HIF-1α in the tumors formed by educated PC3 cells, with respect to the control. Lastly, our results showed that CM stimulated HUVEC cells from educated PC3 cells increased their tube formation capacity, compared to the control condition, demonstrating the generation of paracrine response from epithelial cells to endothelial cells. The importance of these results of this work is that in addition to the angiocrine effect observed, this research provides a further background to the fact that there is a constant and bidirectional communication between tumor cells and endothelial cells