Exploring the effect of TAT-Cx43266-283 in lung cancer brain metastasis models

Abstract

[EN] Brain metastasis is the most common type of brain cancer and metastasis in general accounts for 90% of the deaths caused by cancer. Although considerable efforts have been made in recent years to develop effective treatments to improve the prognosis of patients with brain metastasis, the current treatments implemented in the clinic are still insufficient, and life expectancy is still poor. In the case of brain metastasis, lung cancer is the most common primary tumor to generate metastasis in this tissue. Cancer stem cells have been characterized as a key target for metastasis therapy, as they are able to acquire invading properties that allow them to escape the primary cancer site, migrate to other tissues through the bloodstream, and proliferate in a new tissue. In previous studies, our laboratory developed an antitumoral peptide based on Cx43 sequence, the TAT-Cx43266-283 peptide, which inhibits the activity of the oncoprotein Src, reducing proliferation, migration and invasion properties of glioblastoma stem cells, improving survival in glioblastoma models. Given the relevance of Src for lung cancer brain metastasis, in this work we analyzed the potential of TAT-Cx43266-283 for lung cancer brain metastasis therapy. First, in vitro models showed how TAT-Cx43266-283 was able to either impair migration and invasion capacities or to reduce cell viability of human and mouse lung cancer cell lines. Using an in vivo model of lung cancer brain metastasis based on the implantation of mouse lung cancer cells in the brain parenchyma of immunocompetent mice, we showed that TAT-Cx43266-283 improved their survival. However, the molecular mechanism by which TAT-Cx43266-283 exerted these effects appeared to be different from previous findings made in glioblastoma models. To identify the molecular mechanism of TAT-Cx43266-283 in lung cancer brain metastasis, we relied on a phosphoproteomic analysis, a high-throughput technique to determine the kinases and pathways altered in lung cancer brain metastasis models after TAT-Cx43266-283 treatment. With this approach, we unveiled ERK as a key mediator of TAT-Cx43266-283 effect in both types of models. ERK might participate in the changes observed in pathways related to cytoskeleton and vascularization functions in the treated 3LL-derived brain tumors. In addition, we studied the effect of TAT-Cx43266-283 in combination with inhibitors of several kinases unveiled by the phosphoproteomic study, and we found that TAT-Cx43266-283 together with inhibitors of MEK1/2, PKC, GSK-3ß and CaMKII showed promising results that support their combined use. Overall, the results presented in this work set the basis for future studies to advance in the proposal of TAT-Cx43266-283 as a candidate for brain metastasis treatment, alone or in combination with other therapies. [ES] La metástasis cerebral es el tipo más frecuente de cáncer cerebral y la metástasis en general es responsable del 90% de las muertes causadas por cáncer. Aunque en los últimos años se han hecho considerables esfuerzos para desarrollar tratamientos eficaces que mejorasen el pronóstico de los pacientes con metástasis cerebral, los tratamientos actuales implementados en clínica siguen siendo insuficientes, y la esperanza de vida sigue siendo escasa. En el caso de la metástasis cerebral, el cáncer de pulmón es el tumor primario que con más frecuencia genera metástasis en este tejido. Las células madre cancerígenas se han descrito como una diana clave para el tratamiento de la metástasis, ya que son capaces de adquirir propiedades invasivas que les permiten abandonar el tumor primario, migrar a otros tejidos a través del torrente sanguíneo y proliferar en un nuevo tejido. En estudios previos, desarrollamos un péptido antitumoral basado en la secuencia de Cx43, el péptido TAT-Cx43266-283, que es capaz de inhibir la actividad de la oncoproteína Src, reduciendo las capacidades de proliferación, migración e invasión de las células madre de glioblastoma, mejorando la supervivencia en modelos de glioblastoma. Dada la relevancia de Src para la metástasis cerebral del cáncer de pulmón, en este trabajo analizamos el potencial de TAT-Cx43266-283 para la terapia de la metástasis cerebral del cáncer de pulmón. En primer lugar, en modelos in vitro se observó cómo TAT-Cx43266-283 era capaz de alterar las capacidades de migración e invasión o de reducir la viabilidad celular de las líneas celulares de cáncer de pulmón humano y murino. Utilizando un modelo in vivo de metástasis cerebral de cáncer de pulmón basado en la implantación de células de cáncer de pulmón murino en el parénquima cerebral de ratones inmunocompetentes, mostramos cómo TAT-Cx43266-283 mejoraba la supervivencia. Sin embargo, el mecanismo molecular por el que TAT-Cx43266-283 ejercía estos efectos parecía ser diferente de los hallazgos previos realizados en modelos de glioblastoma. Para identificar el mecanismo molecular de TAT-Cx43266-283 en la metástasis cerebral del cáncer de pulmón, nos basamos en un análisis fosfoproteómico, una técnica de alto rendimiento para determinar las quinasas y las rutas alteradas en los modelos de metástasis cerebral del cáncer de pulmón tras el tratamiento con TAT-Cx43266-283. Con este enfoque, desvelamos que ERK es un mediador clave del efecto de TAT-Cx43266-283 en ambos tipos de modelos. ERK podría participar en los cambios observados en las vías relacionadas con el citoesqueleto y las funciones de vascularización en los tumores cerebrales derivados de 3LL tratados. Además, estudiamos el efecto de TAT-Cx43266-283 en combinación con inhibidores de varias quinasas reveladas por el estudio fosfoproteómico, y encontramos que TAT-Cx43266-283 junto con inhibidores de MEK1/2, PKC, GSK-3ß y CaMKII mostró resultados prometedores que apoyan su uso combinado. En conjunto, los resultados presentados en este trabajo sientan las bases para que futuros estudios avancen en la propuesta de TAT-Cx43266-283 como candidato para el tratamiento de metástasis cerebrales, solo o en combinación con otras terapias.