Regulation of Taxane-treatment response in highly invasive Triple Negative Breast Cancer Organoids

Abstract

Triple Negative Breast Cancer (TNBC) is the most aggressive and invasive type of breast cancer. TNBC is defined by the absence of hormone receptors. Therefore, it cannot be treated with targeted therapy available for breast cancer, which is mostly hormone therapy. Thus, to develop targeted therapies, there is a dire need to understand the molecular mechanisms regulating TNBC’s metastatic behavior.During the metastatic cascade in cancer, the tumor cells undergo various changes in their behavior and in their interactions with the microenvironment. One of the processes regulating these alterations is the Endosomal Trafficking (ET). It is the highly dynamic character of ET that allows migration and invasion of surrounding tissue and distant organs. Although it has been shown that cancer cell invasion relies on ET, the underlying molecular mechanisms are still unknown. It has been shown that TNBC relies on endosomal sorting/recycling (ESR) to promote and sustain its invasiveness. Moreover, the Feline sarcoma-related non-receptor kinase (FER) has been identified as a key regulator of ESR and invasion in TNBC. Although its potential to be used as a biomarker for TNBC therapeutic strategies has been suggested, it has not yet been fully assessed. Taxanes, used for cancer therapy, affect the microtubule stabilization. Since endosomal recycling uses microtubules for cargo transport to the membrane, we hypothesize that TNBC cells upregulating microtubule-dependent processes, would be highly sensitive to taxane-based treatments. To test our hypothesis, we characterized the presence of FER in TNBC invasive cells and assessed the response of Patient Derived Xenograft Organoids (PDXOs) to taxanes. To do so, we characterized PDXOs invasive behaviour. In invasive PDXOs, we identified two different populations: a proliferative/non-invasive cell population, and a FER-enriched/non-proliferative/invasive one. Moreover, Rab4, a marker of endosomal recycling, was enriched in invasive cells. Then, we assessed the response of PDXOs to docetaxel treatment. Docetaxel led to a decrease in invasion with non-significant effects on proliferation, suggesting that taxane could be used to target the invasive cells specifically.By understanding the effect of FER protein levels in the response to taxanes, this may aid in patients’ stratification and reduction of the administrated taxane dosages, potentially contributing to a decrease in secondary effects.

O Cancro da Mama Triplo-Negativo (TNBC) é o tipo mais agressivo e invasivo de cancro da mama. O TNBC é definido pela ausência de recetores hormonais, portanto, não pode ser tratado com terapias direcionadas disponíveis para o cancro da mama, que são principalmente terapias hormonais. Sendo assim, para desenvolver terapias direcionadas, existe uma grande necessidade de entender os mecanismos moleculares que regulam o comportamento metastático do TNBC.Durante a cascata metastática no cancro, as células tumorais sofrem várias mudanças no seu comportamento e nas suas interações com o microambiente. Um dos processos que regulam essas alterações é o Tráfico Endossómico (ET). É o caráter altamente dinâmico do ET que permite a migração e invasão de tecidos envolventes e órgãos distantes.Embora tenha sido demonstrado que a invasão de células cancerígenas depende do ET, os mecanismos moleculares subjacentes ainda são desconhecidos. Foi demonstrado que o TNBC depende da triagem/reciclagem endossómica (ESR) para promover e sustentar invasão. Além disso, a proteína quinase não recetora relacionada com o sarcoma felino (FER) foi identificada como um regulador chave da ESR e da invasão no TNBC. Embora o seu potencial como biomarcador para estratégias terapêuticas do TNBC tenha sido sugerido, ainda não foi totalmente avaliado.Taxanos, usados para a terapia contra o cancro, afetam a estabilização dos microtúbulos. Uma vez que a reciclagem endossómica utiliza microtúbulos para o transporte de proteínas para a membrana, nós hipotetizamos que as células do TNBC com processos dependentes de microtúbulos aumentados seriam altamente sensíveis aos tratamentos à base de taxanos. Para testar a nossa hipótese, caracterizamos a presença de FER nas células invasivas do TNBC e avaliamos a resposta de Organóides Derivados de Pacientes (PDXOs) aos taxanos. Para isso, caracterizamos o comportamento invasivo dos PDXOs. Nos PDXOs invasivos, identificamos duas populações diferentes: uma população de células proliferativas/não invasivas e outra com elevados níveis de FER/não proliferativa/invasiva. Além disso, Rab4, um marcador de reciclagem endossómica, estava enriquecido nas células invasivas. Em seguida, avaliamos a resposta dos PDXOs ao tratamento com Docetaxel. O Docetaxel levou a uma redução na invasão, com efeitos não significativos na proliferação, sugerindo que os taxanos poderiam ser usados para atingir especificamente as células invasivas.Compreender o efeito dos níveis de FER na resposta aos taxanos poderá ajudar na estratificação dos pacientes e na redução das doses administradas de taxanos, contribuindo potencialmente para a diminuição dos efeitos secundários.