L’inibizione di FOXM1 sensibilizza le cellule di cancro ovarico BRCA2-deficienti a Olaparib nel contesto di un modello organotipico di microambiente tumorale

High-grade serous ovarian cancer (HGSOC) is the most aggressive subtype of ovarian cancer (OC) and its high mortality rate is due to the diagnosis at an advanced stage, when tumor has already metastasized. Despite most of the patients initially respond to chemotherapy, the majority of them experiences tumor relapse, which often results in a chemo-resistant disease. In the last decade, poly (ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi) were introduced as maintenance therapy in OC, leading to a significant improvement in the prognosis of patients, although their efficacy is limited to the subset of patients with homologous recombination deficient (HRD) tumors, and their clinical benefits are hampered by the onset of drug resistance. HGSOC relapse is sustained by ovarian cancer stem cells (OCSCs), a subpopulation of tumor cells endowed with self-renewal and tumor-initiating ability, which play a pivotal role in the metastatic process and are also responsible for the development of chemoresistance in the recurrent disease. Notably, the acquisition of stem-like properties is sustained by the tumor microenvironment (TME), which has a role in promoting tumor cells growth and survival, and can also modulate the response to drug treatments. For HGSOC, the most common site of metastatization is the omentum which, therefore, offers a suitable source for experimental models of OC-associated TME. In my project I established an in vitro three-dimensional (3D) organotypic model of the human omentum in which I included the key components of the omental surface (i.e. mesothelial cells and fibroblasts) in order to study the interaction of OC cells with their TME. As tumor models I selected two HGSOC cell lines, PEO1 and PEO4, that were generated from the same patient at different stages of the disease and differed in their BRCA2-status. In fact, while PEO1 cells present a mutation in the BRCA2 gene that impairs the expression of the protein, in PEO4 cells a secondary mutation in the same codon restored the expression of a functional BRCA2 protein: this leads to the restoration of a proficient HR pathway, which is a common mechanism of resistance to PARPi. Since there is a need for treatments that target not only OC cells, but also OCSCs, I added on the 3D cultures both the stem-enriched populations and the bulk populations of PEO1 and PEO4 cells, and I assessed their response to the PARPi Olaparib in combination with Thiostrepton, an inhibitor of the transcription factor FOXM1, which in the context of OC is involved in modulating the cross-talk between tumor cells and their TME and in promoting resistance to PARPi. In the organotypic model, the combined treatment of Olaparib and Thiostrepton had a synergistic effect and impaired viability of both bulk and stem PEO1 cells, but not of PEO4 cells, suggesting that benefits of this combination may be limited to BRCA-mutated tumors. Importantly, since the combination of Olaparib with Thiostrepton was able to target OCSCs, which are the cells that most likely survive after the chemotherapy, this treatment in the maintenance setting could indeed impair their re-growth, thus preventing relapse in women with BRCA-mutated OC.

Il carcinoma ovarico sieroso di alto grado (HGSOC) è il sottotipo più aggressivo di cancro ovarico (OC) e il suo alto tasso di mortalità è dovuto ad una diagnosi effettuata in fase tardiva, quando il tumore ha già metastatizzato. Nonostante la maggior parte delle pazienti inizialmente risponda alla chemioterapia, gran parte di esse sviluppa una recidiva del tumore, che spesso risulta essere resistente ai trattamenti chemioterapici. Nell'ultimo decennio, gli inibitori delle poli (ADP-ribosio) polimerasi (PARPi) sono stati introdotti come terapia di mantenimento nel OC, portando ad un significativo miglioramento nella prognosi delle pazienti, sebbene la loro efficacia sia limitata ad un sottogruppo di donne che presentano tumori con deficit nel pathway di ricombinazione omologa (HR) e i loro benefici clinici siano ostacolati dall'insorgenza di farmacoresistenza. La recidiva del HGSOC è sostenuta dalle cellule staminali del cancro ovarico (OCSCs), una sottopopolazione di cellule tumorali dotate di capacità di autorinnovamento e in grado di dare inizio al tumore, che hanno un ruolo centrale nel processo metastatico e sono anche responsabili dello sviluppo di chemioresistenza della recidiva tumorale. In particolare, l'acquisizione di proprietà staminali è sostenuta dal microambiente tumorale (TME), che ha un ruolo nel promuovere la crescita e la sopravvivenza delle cellule tumorali e che può anche modulare la risposta ai trattamenti farmacologici. Per il HGSOC, il sito più comune di metastasi è l'omento che, pertanto, offre una fonte adatta per sviluppare modelli sperimentali del TME associato a OC. Nel mio progetto ho generato un modello organotipico tridimensionale (3D) in vitro dell'omento umano, in cui ho incluso le componenti chiave che costituiscono la superficie omentale (ossia cellule mesoteliali e fibroblasti) in modo tale da poter studiare l'interazione delle cellule di OC con il loro TME. Come modelli tumorali ho scelto due linee cellulari di HGSOC, le PEO1 e le PEO4, generate dalla stessa paziente in diversi stadi della malattia e differenti per il loro stato BRCA2. Infatti, mentre le cellule PEO1 presentano una mutazione nel gene BRCA2 che compromette l'espressione della proteina, nelle cellule PEO4 una mutazione secondaria nello stesso codone permette il ripristino dell'espressione di una proteina BRCA2 funzionale: questo porta al ripristino di un efficiente pathway di HR, che è il più comune meccanismo di resistenza ai PARPi. Poiché sono necessari trattamenti che abbiano come bersaglio non solo le cellule di OC, ma anche le OCSC, ho aggiunto alle colture 3D sia le popolazioni cellulari arricchite di staminali sia le popolazioni “bulk” delle cellule PEO1 e PEO4 e ho valutato la loro risposta al PARPi Olaparib in combinazione con Thiostrepton, un inibitore del fattore di trascrizione FOXM1, che nel contesto del OC è coinvolto nella modulazione del cross-talk tra le cellule tumorali e il loro TME e nella promozione della resistenza ai PARPi. Nel modello organotipico, il trattamento combinato di Olaparib e Thiostrepton ha avuto un effetto sinergico e ha ridotto la vitalità delle cellule PEO1 sia bulk che staminali, ma non delle cellule PEO4, suggerendo che i benefici di questa combinazione potrebbero essere limitati ai tumori BRCA-mutati. È importante notare che, poiché la combinazione di Olaparib e Thiostrepton è stata in grado di colpire le OCSCs, che sono le cellule che più probabilmente sopravvivono dopo la chemioterapia, questo trattamento, nel contesto della terapia di mantenimento, potrebbe effettivamente compromettere la loro ricrescita, prevenendo così la recidiva nelle donne con OC BRCA-mutato.