Characterizing the Effect of Brain Metastatic Breast Cancer Secretome in Brain Pericytes

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Main Author: Ciputra, Edward
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/116263
Summary: Dissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Characterizing the Effect of Brain Metastatic Breast Cancer Secretome in Brain PericytesCaracterização do efeito do secretoma derivado de células de cancro da mama metastáticas cerebrais em perícitos cerebraisblood-brain barrierbrain pericytesendothelial cell dysfunctionbrain metastasisbreast cancerbarreira hematoencefálicaperícitos cerebraisdisfunção endotelialmetástases cerebraiscancro da mamaDissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaIntroduction: Understanding blood-brain barrier (BBB) dysfunction during pre-metastatic niche (PMN) formation may provide novel strategies to prevent or treat breast cancer brain metastasis. This dysfunction involves distant interactions between primary breast cancer cells and the cellular components of the BBB, including brain endothelial cells, astrocytes, and pericytes. In particular, brain pericytes (BPs) are essential for maintaining BBB integrity; however, their specific role in the context of brain metastasis remains unclear. Therefore, this study aims to investigate the contribution of brain pericytes to BBB dysfunction during brain PMN formation.Methods: We used an in vitro BBB model and the secretome from brain-seeking HER2+ breast cancer sublines and their parental counterparts to simulate distant interactions between primary breast cancer and BPs. To assess the contribution of BP to BBB dysfunction, we measured the trans-endothelial electrical resistance (TEER) of CD34+ endothelial cells seeded in monoculture and in co-culture with BPs, following treatment with secretomes. We characterized the cell secretome using Mass spectrometry (MS)-based proteomics and followed by in-silico analysis. Cell morphology and expression of activation markers, including related gene expression, in BPs were evaluated by immunofluorescence and RT-PCR.Results: The secretome of brain-seeking sublines significantly decreased the TEER values of endothelial cell monolayer. This effect was even more pronounced when the endothelial cells were co-cultured with BPs, highlighting the contribution of BPs to endothelial dysfunction at a pre-metastatic stage. Secretome analysis identified ENPP1 as one of the candidate molecules inducing BBB dysfunction in the BR sublines. In-silico characterization showed increased ENPP1 expression in breast cancer patient samples, which correlated with worse prognosis for metastasis and disease recurrence in HER2+ breast cancer patients. Treatment with the secretome of brain-seeking sublines altered the morphology of BPs and the expression of related activation markers. ENPP1 knockout in brain-seeking sublines partially rescued this phenotype, including the recovery of morphology and the α-SMA expression in BPs. Conclusion: Our findings suggest that BPs actively contribute to BBB dysfunction during the PMN formation before the onset of metastasis. Although the mechanisms behind this effect was not completely clarified, this study opens valuable avenues for further research in the context of of breast cancer brain metastasis.Introdução: Perceber os mecanismos que estão subjacentes à disfunção da barreira hematoencefálica (BHE) durante a formação do nicho pré-metastático (NPM) pode promover o desenvolvimento de novas estratégias para prevenir ou tratar as metástases cerebrais de cancro da mama. Essa disfunção envolve interações à distância entre as células do tumor primário e os componentes celulares da BHE, incluindo as células endoteliais, os astrócitos e os perícitos. Os perícitos cerebrais (PCs) são essenciais para manter a integridade da BHE, no entanto, o seu papel no contexto da metastização cerebral não é bem conhecido. Este este estudo tem como objetivo investigar a contribuição dos PCs na disfunção da BBB durante a formação do NPM.Métodos: Utilizámos um modelo in vitro de BBB e o secretoma recolhido de linhas celulares de cancro da mama HER2+ com tropismo para o cérebro e das suas homologas parentais para simular as interações à distância entre as células tumorais e os PCs. Para avaliar a contribuição dos BPs na disfunção endotelial, medimos a resistência elétrica trans-endotelial (TEER) nas células endoteliais CD34+ mantidas em monocultura e em co-cultura com os PCs após o tratamento com os secretomas. Foi realizada a análise por espetrometria de massa do secretoma das células tumorais e análise in silico. Avaliámos o efeito do secretoma na morfologia dos PCs e na expressão de marcadores de ativação por imunofluorescência e expressão génica.Resultados: O secretoma de células tumorais com tropismo para o cérebro, diminuiu significativamente os valores de TEER na monocamada de células endoteliais. Este efeito foi mais pronunciado quando as células endoteliais foram mantidas em co-cultura com os PCs realçando a contribuição da BP para a disfunção endotelial numa fase pré-metastática. A análise do secretoma identificou a ENPP1 nas células metastáticas como um potencial mediador da disfunção da BHE. A análise in silico em amostras clínicas mostrou que a expressão do ENPP1 se correlaciona com um pior prognostico associado à metastização e à recidiva em doentes com cancro da mama HER2+. O tratamento com o secretoma de células metastáticas cerebrais alterou a morfologia da PCs e a expressão de marcadores de ativação. O knockout da ENPP1 nas células metastáticas, reverteu parcialmente este fenótipo, nomeadamente as alterações na morfologia e a reexpressão de α-SMA nos PCs.Conclusões: Os nossos resultados sugerem que PCs contribuem ativamente para a disfunção da BHE durante a formação do NPM que antecede a formação das metástases. Embora os mecanismos que estão subjacentes a este efeito não tenham sido completamente clarificados, este estudo deixa pistas para trabalhos no contexto da metastização cerebral.FCTFCTFCT2024-07-182026-07-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/116263https://hdl.handle.net/10316/116263TID:203692926engCiputra, Edwardinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-02T17:32:11Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/116263Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:09:40.346660Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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