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On December 24th 2022, part of Beatriz Parejo-Alonso’s PhD research was published at Biomedicine & Pharmacotherapy. Bea is the first predoctoral researcher from the group and she is about to defend her PhD. Do you want to know more about this work?

As you may know, in the lab, we put all our efforts in studying pancreatic cancer stem cells (PaCSCs) features that, in principle, are an advantage for them. Our aim is to transform them into vulnerabilities by specifically targeting them with clinically-approved compounds. 

If you have followed us for a while, you may know that the most interesting PaCSCs features for us are those based on metabolism. Moreover, we know that these differentially represented metabolic routes may converge in hyperactivated signaling pathways. So, trying to find this link between metabolism and signaling pathways we found ALK (anaplastic lymphoma kinase) receptor hyperactivated in PaCSCs versus differentiated pancreatic cancer cells.

So… we have a target! And now what?

We first wanted to know why ALK is important in PDAC, so we run bioinformatic analyses that revealed some interesting things:

1. Although there is a trend, ALK isn’t significantly overexpressed in patients. This may explain why it has been overlooked in this disease until now.
2. PDAC patients with higher levels of ALK also showed over expression of genes related with:
   • KRAS signaling
   • Stemness
   • EMT (epithelial-tomesenchymal transition)
   • Xenobiotic metabolism
3. MDK, as main putative ALK activating ligand, is significantly more expressed in patients and its expression also correlates with stemness.
4. MDK is expressed by several cell types from the TME, including cancer cells TAMs and CAFs.

Then we wondered what could be happening. On the one hand, we confirmed in vitro, ex vivo and in vivo that MDK is secreted by  PDAC cells, and that this secretion is irrespective of their pluripotency state. On the other hand, we demonstrated that exogenous MDK not only activates ALK but also enhances self-renewal, clonogenicity and CSC frequency. Indeed, we observed the same effects upon PTN treatment, another ALK putative ligand homologous to MDK.

So, MDK/PTN-ALK axis is important for PaCSCs but, what is the physiological relevance? Actually there is a huge physiological relevance in here because ALK expression classifies NSCLC patients and guides its therapeutic strategies. This means that there are therapeutic compounds available for ALK inhibition that are being currently used in the clinics. So we tested them. ALK inhibition targeted PaCSCs at two different levels:

1. It killed them, thus reducing the CSCs content.
2. It targeted CSC features such as self-renewal, clonogenicity and in vivo tumorigenicity.

Finally, as chemoresistance was one of the over expressed pathways in patients with higher levels of ALK, we wanted to go one step forward and test the effects of ALK inhibition in combination with gemcitabine, the most widely used chemotherapeutic agent in these patients nowadays. In addition, we know that CSCs are also characterized by their inherent chemoresistance. ALK inhibition not only rescued gemcitabine-induced self-renewal and clonogenicity, but also killed PaCSCs in vitro. And these results importantly translated into delayed tumor relapse in mice.

Taken together, our findings demonstrate an important role of ALK receptor in CSCs contributing to PDAC aggressiveness, thus showing the potential for mitigating the otherwise inevitable tumor relapse after chemotherapy.

Moreover, this work opens new and exciting questions about how and by whom the regulation of the ALK pathway is taking place in PaCSCs.

An special acknowledgment to FECYT, Apadrina la Ciencia and Ford Motor Company Fund for the financial support. Without it, this story wouldn’t be complete.

And me (Bea), personally, I want to thank the invaluable support of my boss, PhD supervisor, science and life mentor and a friend for life. Patty, you make the tough journey of the PhD very much easier 🥰🥰🥰

[ES]

El pasado 24 de diciembre de 2022 fue publicado en la revista científica Biomedicine & Pharmacotherapy parte del trabajo de investigación de la tesis doctoral de Beatriz Parejo-Alonso, la primera investigadora predoctoral de nuestro grupo que está a puntito de defender su tesis. ¿Quieres conocer más sobre este trabajo?

Como sabéis, en el laboratorio ponemos todo nuestro empeño en estudiar las características de las células madre tumorales pancreáticas (PaCSCs) que, en principio, resultan ventajosas para ellas. Nuestro objetivo es transformarlas en vulnerabilidades atacándolas con compuestos ya aprobados para su uso en la cínica.

Si habéis seguido nuestra trayectoria sabréis que las características que más nos interesan son aquellas basadas en el metabolismo, es decir, en cómo y para qué estas células utilizan azúcares y grasas como fuente de alimento de manera diferente a las células diferenciadas del tumor. Además, sabemos que estas vías metabólicas diferencialmente representadas entre células diferenciadas y células madre tumorales convergen en la hiperactivación de determinadas vías de señalización celular. Por ello, tratando de encontrar esta relación entre metabolismo y señalización, encontramos el receptor ALK (del inglés, anaplastic lymphoma kinase) más activo en las PaCSCs respecto a las células diferenciadas.

Así que… ¡tenemos un target! ¿Y ahora qué?

Primero quisimos saber por qué ALK es importante en las PaCSCs y, para ello, realizamos una serie de análisis bioinformáticos que nos revelaron algunas cosas muy interesantes:

1. Aunque existe una tendencia, ALK no se sobreexpresa de manera significativa en los pacientes. Esto podría explicar por qué este receptor ha pasado totalmente desapercibido en este tumor hasta ahora.
2. Los pacientes de cáncer de páncreas con elevada expresión de ALK también mostraron sobreexpressión de:
   • Señalización mediante KRAS, como uno de los genes que aparece mutado en más del 90% de los pacientes.
   • Pluripotencia.
   • Transición epitelio-mesénquima (EMT; del inglés, epithelial-to-mesenchymal transition), como medida de la capacidad migratoria hacia la formación de una metástasis de las células.
   • Quimioresistencia.
3. MDK, como el principal ligando activador de ALK, se encuentra significativamente más expresado en los pacientes y su expresión también correlaciona con pluripotencia.
4. MDK se expresa en varios tipos celulares del microambiente tumoral, incluyendo células cancerosas, macrófagos y fibroblastos asociados al tumor.

Entonces nos preguntamos qué podría estar pasando. Por un lado, confirmamos in vitro, ex vivo e in vivo que las células de cáncer de páncreas secretan MDK y que esta secreción es independiente de su estado de pluripotencia, es decir, de si son o no PaCSCs. Por otro lado, demostramos que el tratamiento de las células con MDK exógeno no solo activa el receptor ALK, sino también incrementa la capacidad de auto-renovación, clonogenicidad y frecuencia de PaCSCs. Además, observamos los mismos efectos con el tratamiento con PTN, otro ligando activador de ALK homólogo a MDK.

De este modo, sabemos que el eje MDK/PTN-ALK es importante para las PaCSCs pero, ¿qué relevancia fisiológica tiene esto? Realmente mucha, ya que la expresión de ALK clasifica a los pacientes de cáncer de pulmón y guía la estrategia terapéutica a seguir. Esto significa que existen compuestos terapéuticos disponibles para la inhibición de ALK que se utilizan actualmente en pacientes. Así que los testamos. La inhibición de ALK ataca a las PaCSCs en dos niveles:

1. Eliminándolas y, por consiguiente, reduce su contenido.
2. Bloqueando sus características, entre las cuales encontramos la auto-renovación, la clonogenicidad y la capacidad iniciadora de tumores en ratones (tumorigenicidad).

Finalmente, como la quimioresistencia apareció como una de las vías sobreexpresadas en los pacientes con elevados niveles de ALK, quisimos ir un poco más allá y comprobar los efectos de la inhibición de ALK en combinación con gemcitabina, el agente quimioterapéutico de elección para estos pacientes hoy en día. Además, sabemos que la quimioresistencia es una de las características intrínsecas de las CSCs. El tratamiento combinado no solo bloqueó la auto-renovacion y la clonogenicidad inducida por la gemcitabina sola, sino que también eliminó a las PaCSCs en experimentos in vitro. Y, además, estos resultados se tradujeron en una reaparición tumoral tardía en ratones.

En conjunto, nuestros hallazgos demuestran un papel importante del receptor ALK en las CSCs que contribuye a la agresividad del cáncer de páncreas y meustran el potencial para mitigar las recidivas tan características de este tipo tumoral.

Además, este trabajo abre nuevas y emocionantes preguntas sobre cómo y a través de qué tiene lugar la regulación de la vía de ALK en las PaCSCs.

Además, queremos agradecer especialmente a FECYT, Apadrina la Ciencia y Fundación Ford Motor Company for el apoyo económico, ya que, sin ellos, esta historia habría quedado incompleta.

Y yo (Bea), personalmente, quiero agradecer el apoyo incalculable de la jefa, mi supervisora de tesis, mentora científica y de la vida y amiga para siempre. Patty, haces que el duro camino del doctorado sea mucho más fácil 🥰🥰🥰