| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| EXPRESSION PROFILE OF CELLULAR REDOX AND CALCIUM SIGNALLING-RELATED GENES: ROLE IN BREAST CANCER PROGRESSION | | Autor/a | da Fonseca Ramos, Ana Sofía | | Departamento | Biología de Sistemas | | Director/a | Almeida Saraiva, Nuno | | Directores/as | Villa Polo, Pedro de la; Gregório Fernandes, Ana Sofía | | Fecha de depósito | 13-02-2025 | | Periodo de exposición pública | 13 a 27 de febrero de 2025 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Modalidad | Presencial | | Programa | Ciencias de la Salud (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | El cáncer de mama (CM) sigue siendo el tipo de cáncer más frecuente entre las mujeres. La identificación de nuevas vías biológicas, biomarcadores y objetivos terapéuticos es esencial para mejorar las tasas de supervivencia de las pacientes. Los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS) y los flujos de iones de calcio (Ca2+) juegan un papel crucial en la progresión del CM. Aprovechando los datos de expresión génica del conjunto de datos de carcinoma invasivo de mama (BRCA) del Atlas del Genoma del Cáncer (TCGA) y herramientas bioinformáticas, este estudio tuvo como objetivo identificar nuevos objetivos farmacológicos o biomarcadores pronósticos basados en perfiles de expresión individuales o combinados de genes relacionados con la señalización redox y de Ca2+ que impactan en la progresión del CM.
El primer paso fue identificar y evaluar las plataformas en línea que permiten el análisis de la expresión génica del BRCA y la supervivencia de los pacientes. Los criterios de selección definidos fueron: facilidad de uso, presentación de la expresión génica global y entre etapas, y la supervivencia de los pacientes, además de proporcionar métodos sencillos para la extracción de datos. Entre las plataformas evaluadas, GEPIA y UALCAN se consideraron las más adecuadas para nuestro análisis debido a sus características robustas y facilidad de uso.
Recognizing the critical interplay between Ca2+ and ROS in BC progression, we aimed to evaluate how the co-dysregulation of Ca2+ and ROS-associated genes influences BC prognosis. This study utilized a bioinformatics approach, using data from the TCGA BRCA, to explore the association between the expression of specific genes involved in redox (LOXL2, LOXL3, PRDX4, TXN, TXNRD1, GLRX2, GLRX3, SOD2, NOX4) and Ca2+ homeostasis (TRPM8, CALM2, CAMK2G, ATP2C2, PLCD1, ORAI1, STIM1) on BC patient survival. Genes were selected based on significant expression differences between normal and tumor tissues and their association with survival, measured by hazard ratios. The cumulative proportion of survival at 5 years post-diagnosis was calculated for each quartile of expression of one gene within the population expressing high (Q4) or low levels (Q1) of a second gene. Gene pairs that consistently impacted cumulative survival were further analyzed through enrichment analysis, focusing on biological processes from the Gene Ontology. This analysis revealed significant correlations between the simultaneous dysregulation of specific gene pairs and BC patient survival, such as GLRX3/LOXL3, PRDX4/LOXL2, NOX4/PRDX4, TRPM8/CAM2G, ATP2C2/TRPM8, CAMK2G/STIM1, ATP2C2/GLRX2, and PLCD1/TXNRD1. These gene pairs were consistently co-dysregulated with genes associated with critical processes in BC, such as cell cycle regulation, adhesion, and cellular projection. These findings highlight the potential of these gene pairs as biomarkers or therapeutic targets in BC.
Reconociendo la interacción crítica entre Ca2+ y ROS en la progresión del cáncer de mama (CM), nuestro objetivo fue evaluar cómo la codisregulación de los genes asociados con Ca2+ y ROS influye en el pronóstico del CM. Este estudio utilizó un enfoque bioinformático, utilizando datos del TCGA BRCA, para explorar la asociación entre la expresión de genes específicos involucrados en el equilibrio redox (LOXL2, LOXL3, PRDX4, TXN, TXNRD1, GLRX2, GLRX3, SOD2, NOX4) y la homeostasis de Ca2+ (TRPM8, CALM2, CAMK2G, ATP2C2, PLCD1, ORAI1, STIM1) con la supervivencia de pacientes con CM. Los genes se seleccionaron en función de diferencias significativas de expresión entre tejidos normales y tumorales y su asociación con la supervivencia, medida mediante razones de riesgo. Se calculó la proporción acumulada de supervivencia a los 5 años después del diagnóstico para cada cuartil de expresión de un gen dentro de la población que expresaba niveles altos (Q4) o bajos (Q1) de un segundo gen. Los pares de genes que impactaron consistentemente en la supervivencia acumulada se analizaron posteriormente mediante un análisis de enriquecimiento, enfocándose en los procesos biológicos del Gene Ontology. Este análisis reveló correlaciones significativas entre la disfunción simultánea de pares de genes específicos y la supervivencia de pacientes con CM, tales como GLRX3/LOXL3, PRDX4/LOXL2, NOX4/PRDX4, TRPM8/CAM2G, ATP2C2/TRPM8, CAMK2G/STIM1, ATP2C2/GLRX2 y PLCD1/TXNRD1. Estos pares de genes se codisregulaban consistentemente con genes asociados con procesos críticos en el CM, como la regulación del ciclo celular, la adhesión y la proyección celular. Estos hallazgos resaltan el potencial de estos pares de genes como biomarcadores o posibles objetivos terapéuticos en el CM.
Un ejemplo de proteínas redox activas disfuncionales en el cáncer de mama (CM) es la familia de las lisis oxidasas. Las enzimas lisil oxidasa (LOX) y LOX-like1-4 (LOXL1-4) afectan la migración celular y pueden contribuir a la metástasis del CM. En este contexto, comprender el impacto diferencial de cada enzima en la progresión del CM es esencial para dirigir el desarrollo de medicamentos. Utilizando la base de datos TCGA-BRCA y herramientas como GEPIA 2.0 y TIMER2.0, el estudio reveló que LOXL1, LOXL2 y LOXL3 están significativamente sobreexpresados en tejidos de CM. Esta sobreexpresión está vinculada a una menor supervivencia libre de enfermedad (DFS) y supervivencia global (OS), particularmente en subtipos específicos de CM. En contraste, la expresión de LOXL4 está notablemente reducida, especialmente en etapas avanzadas del CM, y su disminución está asociada con peores DFS y OS en pacientes con HER2+. El análisis también indicó que altos niveles de LOXL1, LOXL2 y LOXL3 están correlacionados con un aumento en los fibroblastos asociados al cáncer (CAFs) y una reducción en la infiltración de células inmunitarias, como células B y T. Además, existe una fuerte correlación entre la expresión de LOX, LOXL1 y LOXL2 y otros genes relacionados con la matriz extracelular (ECM), incluyendo TIMP2, PDGFR-β, MMP-2, MMP-14, FN1, ITGA5 y ZEB1. Estos hallazgos sugieren que, aunque inhibir LOXL3 puede tener efectos variados dependiendo del subtipo de CM, dirigirse a LOXL1 y LOXL2 podría ser una estrategia terapéutica más efectiva. Por otro lado, inhibir LOXL4 podría no ser tan beneficioso. Este estudio resalta la importancia de considerar los roles específicos de los miembros de la familia LOX y los patrones de expresión al desarrollar terapias dirigidas para el CM.
La identificación de genes relacionados con el equilibrio redox que se expresan de manera diferencial en el cáncer de mama HER2+ en comparación con tejidos normales, su asociación con la supervivencia de los pacientes y con la infiltración de células tumorales puede llevar potencialmente a la identificación de nuevos biomarcadores de pronóstico. Utilizando Gene Ontology y palabras clave relacionadas con procesos oxidativos, el estudio filtró datos de la base de datos TCGA-BRCA-HER2+. Se emplearon GEPIA2 y UALCAN para evaluar la asociación entre la expresión de genes relacionados con la homeostasis redox y la supervivencia de los pacientes, y para examinar las diferencias de expresión entre pacientes con cáncer de mama HER2+ y tejidos normales (p<0.05). Este enfoque llevó a la identificación de 55 genes potencialmente relevantes relacionados con el equilibrio redox. Para explorar la relación entre la expresión génica y los niveles de infiltración celular en pacientes con cáncer de mama HER2+, se utilizó la herramienta TIMER2.0. De los 55 genes identificados, solo seis—EZH2, MAPK13, NFE2L2, HDAC2, MACROH2A1 y TSC2—han sido validados experimentalmente en el contexto del cáncer de mama HER2+. Sin embargo, varios genes relacionados con el equilibrio redox estaban significativamente disfuncionados, aunque sus roles específicos en este subtipo aún no están completamente explorados. Entre estos, 17 genes, incluidos TXNRD1 y EZH2, estaban sobreexpresados en tumores HER2+, mientras que 26 genes, como NFE2L2 y TSC1, estaban subexpresados y correlacionados con una mayor infiltración de macrófagos y neutrófilos. Además, diez genes relacionados con el equilibrio redox mostraron correlaciones con HR alto o bajo, lo que sugiere una influencia en los infiltrados tumorales. Estos hallazgos subrayan el potencial de los genes relacionados con el equilibrio redox como posibles objetivos terapéuticos o biomarcadores en el cáncer de mama HER2+, enfatizando la importancia de continuar investigando para esclarecer sus roles en la progresión del cáncer y la resistencia a la terapia.
Aunque se necesita validación experimental, todos los estudios presentados en esta tesis identificaron nuevos biomarcadores potenciales de cáncer de mama y objetivos terapéuticos, y profundizaron en nuestra comprensión de las interacciones entre los genes relacionados con el equilibrio redox y Ca2+ y otros genes, así como su asociación con infiltrados tumorales y los resultados de los pacientes con cáncer de mama. De este modo, se contribuye a la identificación de nuevos biomarcadores de pronóstico potenciales o posibles objetivos terapéuticos. |
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