Senescencia e inmunoterapia por inactivación de Stat3 en cáncer

Abstract

La proteína transductora de la señal y activadora de la transcripción 3 (Stat3) se encuentra frecuentemente activada en diversos tipos de cánceres, incluyendo el de mama y melanoma, donde conduce la proliferación, supervivencia e invasión de las células tumorales y a la vez suprime la inmunidad antitumoral. En esta Tesis demostramos que el silenciamiento de Stat3 en células tumorales induce senescencia celular por un mecanismo poco descripto, denominado senescencia inducida por inactivación de oncogenes. Dicha senescencia ocurre solo en células tumorales murinas y humanas que poseen activación constitutiva de Stat3, indicando que son adictas a este oncogén. Una característica de las células senescentes es que, a pesar de que no proliferan, se encuentran metabólicamente activas y desarrollan un fenotipo secretor asociado a senescencia (SASP). En función de las características celulares, del inductor de senescencia y del microambiente, el SASP puede promover o suprimir el desarrollo de tumores. Observamos que el SASP, inducido por silenciamiento de Stat3 (SASP-siStat3), tiene la capacidad de modular la activación y diferenciación de linfocitos T, de inhibir la migración y proliferación de células tumorales y no poseer actividad angiogénica in vitro. Además, comprobamos que la administración del SASP-siStat3, junto con células tumorales irradiadas en ratones portadores de tumor, induce una respuesta inmune antitumoral contra cáncer de mama y melanoma. Asimismo, la administración simultánea de esta inmunoterapia con un anticuerpo dirigido al punto de control inmunológico PD-1, produce un efecto antitumoral sinérgico contra melanoma. El efecto sinérgico se debe a que la inmunoterapia basada en el SASP-siStat3 activa linfocitos T CD4+ y células NK, mientras que el anticuerpo anti-PD-1 activa linfocitos T CD8+. La caracterización del SASP-siStat3, mediante arreglos de anticuerpos y proteómica cuantitativa, reveló que su composición difiere del SASP asociado a otros tipos de senescencia que suelen tener efector protumorales. Además, identificamos que la quimioquina CXC 10 (CXCL10), los ligandos de quimioquinas 2 y 5 (CCL2 y CCL5) y la interleuquina 15 (IL-15) son mediadores importantes de la actividad inmunoestimuladora del SASP-siStat3. En esta Tesis, nos valimos del efecto paracrino que se produce por la senescencia inducida por inhibición de Stat3 para promover una respuesta inmune antitumoral y diseñar una inmunoterapia. Nuestros resultados resaltan la importancia de clasificar a los tumores de acuerdo a sus niveles de activación de Stat3, puesto que dichos pacientes podrían beneficiarse con una terapia dirigida a Stat3 junto con quimio/radioterapia o inhibidores de puntos de control inmunológicos.

Signal transducer and activator of transcription 3 (Stat3) is a signaling convergence node of multiple oncogenic pathways and is frequently activated in various types of cancers, including breast cancer and melanoma. Persistent activation of Stat3 leads to proliferation, survival and invasion of tumor cells, while suppressing the antitumor immunity. In this thesis we demonstrated that blockade of Stat3 induces cellular senescence by a mechanism called senescence induced by oncogene inactivation. Senescence induction occurs only in murine and human tumor cells that exhibit constitutive activation of Stat3, indicating that they are addicted to this oncogene. Depending on the characteristic of cell type, senescence-induced insult and microenvironment, the SASP can either promote or suppress the development of tumors. We observed that the SASP induced by Stat3 silencing (SASP-siStat3), has the ability to modulate the activation and differentiation of T lymphocytes, to inhibit the migration and proliferation of tumor cells and to not promote angiogenesis in vitro. Administration of SASP-siStat3 together with irradiated cells in tumorbearing mice induces an anti-tumor immune response against breast cancer and melanoma. In addition, simultaneous administration of this immunotherapy with an antibody against the immune checkpoint, PD-1, produces a synergistic antitumor effect against melanoma. The synergistic effect is due to the fact that the immunotherapy based on SASP-siStat3 activates CD4+ T lymphocytes and NK cells, while the anti-PD-1 antibody activates CD8+ T lymphocytes. The characterization of SASP-siStat3 by protein antibody arrays and quantitative proteomics revealed that its composition differs from SASP associated with other types of senescence that usually promote tumorigenesis. In addition, we identified that C-X-C motif chemokine 10 (CXCL10), C-C Motif Chemokine Ligand 2 and 5 (CCL2 and CCL5) and interleukin 15 (IL-15) are important mediators of the immunostimulatory activity of SASP-siStat3. In this thesis, we take advantage of the paracrine effect emerged upon senescence induced by Stat3 inhibition, to promote an antitumor immune response and design an immunotherapy. Our findings highlight the potential benefit of patient`s stratification according to tumor Stat3 activation, to selectively undergo a Stat3- blocking protocol along with chemo/radiotherapy or immune checkpoint inhibitor treatment.