Exploring the crosstalk between STn and colorectal cancer progression

Abstract

Um dos tumores mais prevalentes e mortais em todo o mundo é o cancro colorretal (CRC) e, recentemente, surgiu um novo sistema de classificação que considera as características genéticas, fenotípicas e microambientais. Deste modo, o CRC pode ser classificado em quatro Consensus Molecular Subtypes (CMS1, CMS2, CMS3 e CMS4), que informam o prognóstico e preveem a resposta à terapia, mas que ainda requerem a identificação de candidatos alvo. O antigénio Sialyl-Tn (STn), um O-glicano truncado sialilado, pode ser considerado um biomarcador, uma vez que está ausente no tecido saudável, mas é expresso em mais de 80% dos carcinomas e está associado a um pior prognóstico. Um dos mecanismos que leva à superexpressão do STn no cancro é a superexpressão da sialiltransferase ST6GalNAc-I, associada a vias de sinalização oncogénicas. Embora o STn seja reportado no CRC, o impacto biológico e clínico da sua expressão ainda não está claro. O objetivo desta tese é avaliar a interação entre a expressão de STn, incluindo a expressão genética das enzimas envolvidas na sua biossíntese e a progressão do cancro colorretal (CCR). Para tal, analisámos um coorte de 208 pacientes com CRC, dos quais foi determinada a expressão génica e, também, os níveis de STn (para 81 pacientes), e começámos por avaliar a associação entre o STn e características clínicas (estadio e localização do sítio primário) e moleculares (CMS e microsatellite instability (MSI)). Como resultado, foi encontrada uma associação positiva significativa entre os níveis de STn e MSI. Além disso, foi encontrada uma correlação significativa entre o STn e os níveis de ST6GALNAC1, que é o gene que codifica a enzima St6GalNAc-I, provando o papel principal desta enzima na produção de STn. Este resultado levou-nos a explorar a associação entre características clínicas e moleculares e a expressão do gene ST6GALNAC1. Observámos um aumento significativo na expressão de ST6GALNAC1 em tumores do subtipo CMS3 em comparação com outros subtipos. Este resultado foi posteriormente validado numa coorte de CRC do The Cancer Genome Atlas (TCGA) e noutro coorte de CRC com dados de single cell disponíveis publicamente, demonstrando uma forte correlação entre a expressão do gene que codifica a enzima ST6GalNAc-I e as células tumorais classificadas como CMS3. A associação do STn com MSI e o aumento da expressão de ST6GALNAC1 no subtipo CMS3 pode ter implicações significativas no que diz respeito à terapia direcionada e à estratificação dos pacientes.

One of the most prevalent and deadly tumours worldwide is colorectal cancer (CRC) and recently has emerged a new classification system that considers genetic, phenotypic and microenvironmental features. In that way, CRC can be classified into four Consensus Molecular Subtypes (CMS1, CMS2, CMS3 and CMS4), which inform prognosis and predict therapy response but still require identification of targetable candidates. Sialyl-Tn (STn) antigen, a truncated sialylated O-glycan, can be considered a biomarker given that is absent from healthy tissue but expressed in over 80% of carcinomas and associated with a worse prognosis. One mechanism leading to STn overexpression in cancer is the overexpression of the sialyltransferase ST6GalNAc-I, associated with oncogenic signalling pathways. Although STn is reported in CRC, the biological and clinical impact of its expression is still unclear. The objective of the thesis is to assess the crosstalk between STn expression, including the gene expression of the enzymes involved in its biosynthesis and colorectal cancer (CRC) progression. To achieve that, we analysed a cohort of 208 CRC patients from whom gene expression was determined and, also, STn levels (for 81 patients), and began by assessing the association between STn and clinical (stage and primary site location) and molecular (CMS and microsatellite instability (MSI)) features. As a result, a significant positive association between STn levels and MSI was found. Furthermore, a significant correlation was found between STn and ST6GALNAC1 levels, which is the gene codifying for the enzyme St6GalNAc-I, proving the main role of this enzyme in STn production. This result led us to explore the association between clinical and molecular features and ST6GALNAC1 gene expression. We observed a significant increase in ST6GALNAC1 expression in CMS3 subtype tumours compared to other subtypes. This result was further validated in a CRC cohort from The Cancer Genome Atlas (TCGA), and in another CRC cohort with single cell data publicly available, demonstrating a strong correlation between the expression of the gene coding for the ST6GalNAc-I enzyme and CMS3 classified tumour cells. The association of STn with MSI and increased ST6GALNAC1 expression in the CMS3 subtype can have significant implications regarding targeted therapy and patient stratification.