Decoding novel cellular and molecular mechanisms implicated in the pathophysiology of prostate cancer and in its assosiation with obesity

Abstract

Prostate cancer (PCa) is one of the most common cancers in men. PSA screening has improved early diagnosis, although its limited accuracy requires invasive procedures such as a tissue biopsy. In localized stages, treatment is based on surgery or radiotherapy, while in advanced stages, androgen deprivation therapy is used due to the central role of the androgen receptor (AR). However, approximately 20% of patients progress to castration-resistant prostate cancer (CRPC), characterized by persistent activation of the androgen axis and the appearance of oncogenic variants of the AR. Despite targeted therapies such as abiraterone or enzalutamide, most cases of CRPC ultimately progress. This thesis focuses on exploring new mechanisms of gene expression regulation at the post-transcriptional level (including the RNA exosome and epitranscriptomic molecular machineries) and their role in the progression of PCa. Furthermore, given the growing evidence linking obesity with increased tumour risk and aggressiveness, it addresses whether the dysregulation of some of these mechanisms, especially circulating miRNAs or those derived from periprostatic adipose tissue (PPAT), could mediate the pathophysiological relationship between obesity and PCa.

Specifically, the first section aims to characterize the role of components of the RNA-exosome and epitranscriptomic molecular machineries in PCa. In Article I, EXOSC2, a structural component of the core of the core of the RNA-exosome complex, was identified as one of the most consistently dysregulated genes in multiple cohorts of advanced PCa. Its overexpression is associated with worse clinical parameters, and its nuclear accumulation is associated with advanced stages of PCa. Silencing EXOSC2 reduces oncogenic capacity in different cell models, accompanied by activation of interferon responses and a decrease in oncogenic pathways such as MYC/AKT-mTOR/MAPK. Moreover, nucleoplasm-directed overexpression in healthy prostate cells increased invasion and migration capacity and was associated with alterations in non-coding RNAs involved in cell plasticity. Furthermore, blockade of EXOSC2 in vivo reduced tumour growth in a murine model. Article II revealed a systematic alteration of the epitranscriptomic machinery, highlighting TUT1, a uridyltransferase involved in RNU6 maturation, which was overexpressed in different PCa cohorts. Modulation of TUT1 in PCa models promotes tumour aggressiveness and alters AR activity, favouring the production of the AR-V7 variant.

The second section examines the role of PPAT-secreted and circulating miRNAs in the interaction between obesity and PCa. In Article III, PPAT-conditioned medium from patients with obesity increased the aggressiveness of PCa cells compared to that from normo-weight patients. Among the miRNAs dysregulated in patients with PCa and obesity, miR-6798-5p stood out. Indeed, miR-6798-5p overexpression promoted oncogenic characteristics by repressing TAGLN2, a tumour suppressor in PCa. Moreover, miR-6798-5p inhibition in vivo reduced tumour growth. In Article IV, plasma miR-191-5p improved the diagnostic capacity of PSA, especially in the "grey zone" and in individuals with obesity, wherein PSA loses sensitivity. miR-191-5p acted as a tumour suppressor in PCa by inhibiting TMOD2, which is associated with tumour aggressiveness. The third section (Article V) evaluates combined therapeutic strategies based on metformin and bioactive compounds from extra virgin olive oil (particularly hydroxytyrosol), which reduced various tumour parameters and the activity of oncogenic pathways in PCa cells, suggesting their therapeutic potential in this pathology.

Overall, the thesis demonstrates that some post-transcriptional regulatory mechanisms constitute a key axis in the biology and progression of PCa and CRCP, and that the dysregulation of some of these mechanisms is linked to the pathophysiological association between obesity and PCa, representing new diagnostic, prognostic, and therapeutic opportunities.

El cáncer de próstata (PCa) representa una de las patologías tumorales de mayor incidencia en hombres. El cribado mediante PSA ha mejorado el diagnóstico precoz, aunque su limitada precisión obliga a recurrir a pruebas invasivas como la biopsia. En fases localizadas, el tratamiento se basa en cirugía o radioterapia, mientras que en estadios avanzados se utiliza la deprivación androgénica debido al papel central del receptor de andrógenos (AR). Sin embargo, 20% de los pacientes evoluciona hacia un carcinoma resistente a la castración-CPRC, caracterizado por una activación persistente del eje androgénico y la aparición de variantes oncogénicas del AR. Pese a terapias dirigidas como abiraterona o enzalutamida, la mayoría de los casos de CRPC acaban progresando.

La presente tesis se centra en explorar nuevos mecanismos de regulación de la expresión génica a nivel postranscripcional (incluyendo las maquinarias moleculares del ARN-exosoma y epitranscriptómica) y su papel en la progresión del PCa. Además, dada la creciente evidencia que vincula la obesidad con un mayor riesgo y agresividad tumoral, se aborda si la desregulación de algunos de estos mecanismos, especialmente los miRNAs circulantes o derivados del tejido adiposo periprostático (PPAT), podrían mediar la relación fisiopatológica entre obesidad-PCa.

Concretamente, la primera sección tiene como objetivo caracterizar el papel de los componentes de las maquinarias del ARN-Exosoma y de la epitranscriptómica en PCa. En el Artículo I se identificó a EXOSC2, componente estructural del “core” del complejo ARN-exosoma, como uno de los genes más consistentemente desregulados en múltiples cohortes de PCa avanzado. Su sobreexpresión se asocia a peores parámetros clínicos y su acumulación nuclear se asocia a estadios avanzados del PCa. El silenciamiento de EXOSC2 reduce la capacidad oncogénica en modelos celulares, acompañado de la activación de respuestas de interferón y disminución de vías oncogénicas como MYC/AKT-mTOR/MAPK. La sobreexpresión dirigida al nucleoplasma en células prostáticas sanas incrementó la invasión y migración, asociándose a alteraciones en ARNs no codificantes implicados en plasticidad celular. Además, su bloqueo in vivo redujo el crecimiento tumoral en un modelo murino. En el Artículo II se observó una alteración sistemática de la maquinaria epitranscriptómica, destacando TUT1, una uridilil-transferasa implicada en la maduración de RNU6, sobreexpresada en distintas cohortes de PCa. La modulación de TUT1 en modelos de PCa promueve la agresividad tumoral y altera la actividad del AR, favoreciendo la aparición de la variante AR-V7.

La segunda sección examina el papel de miRNAs derivados del PPAT y circulantes en la interacción entre obesidad y PCa. En el Artículo III, el medio condicionado de PPAT de pacientes obesos aumentó la agresividad de células de PCa respecto al de pacientes normopeso. Entre los miRNAs desregulados en paciences con PCa y obesidad destacó miR-6798-5p, cuyo aumento promovió funciones oncogénicas mediante la represión de TAGLN2, un supresor tumoral en PCa. Su inhibición in vivo redujo el crecimiento tumoral. En el Artículo IV, el miR-191-5p plasmático mejoró la capacidad diagnóstica del PSA, especialmente en la “zona gris” y en individuos con obesidad, donde el PSA pierde sensibilidad. miR-191-5p actuó como supresor tumoral en PCa mediante la inhibición de TMOD2, asociado a agresividad tumoral.

La tercera sección (Artículo V) evalúa estrategias terapéuticas combinadas basadas en metformina y compuestos bioactivos del aceite de oliva virgen extra (particularmente con hidroxitirosol) lo que redujo diversos parámetros tumorales y la actividad de vías oncogénicas en células de PCa, sugiriendo su potencial terapéutico en PCa.

En conjunto, la tesis demuestra que algunos mecanismos de regulación postranscripcional constituyen un eje clave en la biología y progresión del PCa y CPRC, y que la desregulación de algunos de estos mecanismos está vinculado a la asociación fisiopatológica entre obesidad-PCa, representando nuevas oportunidades diagnósticas, pronósticas y terapéuticas.