Biomedical interest of regulatory molecular machineries of RNA metabolism and neuroendocrine regulatory systems in intracranial tumours

Abstract

Intracranial tumors are neoplasms that affect the Central Nervous System (CNS), comprising more than 100 different subtypes. This Doctoral Thesis focuses on the study of: (i) the most prevalent and lethal brain tumor, Glioblastoma (GBM); (ii) different types of pituitary tumors (PiTs); and (iii) craniopharyngiomas (CPs), thus covering several CNS pathologies with distinct levels of aggressiveness, prevalence, and endocrine relevance. Briefly, these tumor types affect the brain and/or the pituitary gland, leading to clinical symptoms associated with neurological and endocrine alterations. They are often diagnosed at advanced stages, in some cases with an unfavorable prognosis (e.g., <2 years of survival in 95% of GBM patients), and exhibit high recurrence rates. These features are largely due to the lack of adequate diagnostic and prognostic biomarkers, as well as effective therapeutic targets. One major cause of therapeutic resistance in these tumors is their pronounced inter- and intra-tumoral heterogeneity, which enables tumor cells to adapt to new environments and evade current treatments. This heterogeneity may be partially driven by the dysregulation of molecular machineries that control RNA metabolism and genomic stability. Although alterations in these machineries have been reported in multiple cancer types, their clinical, molecular, and functional roles remain poorly characterized in many intracranial tumors. Therefore, the main objective of this Doctoral Thesis was to investigate heterogeneity in intracranial tumors, primarily driven by alterations in RNA metabolism and genomic stability control machineries, as potential novel sources of biomarkers and therapeutic targets to improve clinical management. In Section I, we evaluated molecular heterogeneity and the relevance of the neuroendocrine somatostatin/cortistatin system and the RNA-exosome machinery in GBM. Our results demonstrated that Verhaak subtypes identified by RNA sequencing are consistent with information obtained from a 12-marker qPCR panel, facilitating the transference of molecular classification into clinical practice. Additionally, we identified somatostatin/cortistatin receptors SSTR1 and SSTR2 as potential diagnostic and prognostic biomarkers, and showed that treatment with octreotide and pasireotide may represent effective therapeutic strategies in GBM. Finally, analysis of the RNA-exosome machinery revealed that a catalytic component may act as a key oncogenic factor in GBM pathophysiology, with potential value as both a biomarker and therapeutic target. In Section II, we investigated the relevance of alterations in RNA metabolism and genomic stability control machineries in the heterogeneity of different PiTs. We demonstrated a clinically relevant dysregulation of all RNA metabolism and genomic stability machineries across multiple PiT subtypes, and identified specific components with diagnostic, prognostic, and therapeutic potential. In Section III, we demonstrated the molecular and clinical relevance of the splicing machinery in CPs, identifying PRPF8 and RAVER1 as key factors in CP pathophysiology. Overall, the results of this Doctoral Thesis highlight that dysregulation of key neuroendocrine regulatory systems (somatostatin/cortistatin) and cellular machineries controlling RNA metabolism and genomic stability (spliceosome, RNA-exosome, nonsense-mediated decay, and telomerase/shelterin) directly contribute to dynamic inter- and intra-tumoral molecular heterogeneity and intrinsic cellular adaptability in GBMs, PiTs, and CPs. These alterations significantly impact clinical management and represent novel and valuable diagnostic and prognostic biomarkers, as well as promising therapeutic targets for these devastating diseases.

Los tumores intracraneales son aquellos que afectan al Sistema Nervioso Central (SNC) encontrándose más de 100 subtipos diferentes. Esta Tesis Doctoral está enfocada en el estudio: i) del tumor cerebral más prevalente y letal, el Glioblastoma (GBM); ii) de diferentes tipos de tumores hipofisarios (THs); y. iii) de los craneofaringiomas (CFs); abarcando así varias patologías del SNC con diferentes grados de agresividad, prevalencia y relevancia endocrina. Brevemente, estos tipos tumorales se caracterizan por afectar al cerebro y/o hipófisis lo que conlleva una sintomatología clínica asociada a alteraciones neurológicas y endocrinas. Asimismo, suelen presentar un diagnóstico tardío, en algunos casos con un pronóstico desfavorable (ej. < 2 años de supervivencia en el 95% de los GBM), y una alta tasa de recurrencia, todo ello debido a la ausencia de biomarcadores diagnósticos y pronósticos adecuados, así como de dianas terapéuticas efectivas. Una de las causas de la resistencia a terapias en estos tipos tumorales consiste en la gran heterogeneidad inter- e intra-tumoral que presentan estas neoplasias lo que les permite adaptarse a nuevos ambientes y escapar de las terapias actuales. Esta heterogeneidad podría deberse, en parte, a la modulación de diferentes maquinarias moleculares de control del metabolismo del ARN y estabilidad genómica. De hecho, alteraciones en estas maquinarias se han reportado en múltiples patologías tumorales; sin embargo, no se han caracterizado clínica, molecular y funcionalmente en muchos de los TIs. Por ello, el objetivo principal de la Tesis Doctoral fue estudiar la heterogeneidad en tumores intracraneales, principalmente causado por las alteraciones en las maquinarias responsables del control del metabolismo del ARN y estabilidad genómica, como potenciales nuevas fuentes de biomarcadores y dianas terapéuticas que podrían mejorar el manejo clínico de estos pacientes. En la sección-I evaluamos la heterogeneidad molecular y la relevancia del sistema neuroendocrino de la somatostatina/cortistatina y de la maquinaria del ARN-exosoma en GBM. Concretamente, nuestros resultados demostraron que los subtipos de Verhaak obtenidos por RNA-Seq son compatibles con la información que aporta un panel de 12 marcadores por qPCR, acercando esta información clínico-molecular a la práctica clínica. Además, observamos que los receptores de la somatostatina/cortistatina SSTR1 y SSTR2 son potenciales biomarcadores diagnósticos y pronósticos, y que el tratamiento con octreótide y pasireótide podrían ser útiles estrategias terapéuticas en GBM. Por último, el estudio de la maquinaria del ARN-exosoma reveló que un componente catalítico podría ser un factor oncogénico clave en la fisiopatología del GBM con potencialidad como biomarcador y diana terapéutica. En la sección-II, estudiamos la relevancia de las alteraciones de las maquinarias de control del metabolismo del ARN y estabilidad genómica en la heterogeneidad de los distintos THs demostrado una desregulación e interés terapéutico clínicamente relevante de todas las maquinarias de control del metabolismo del ARN y de la estabilidad genómica en diferentes tipos de THs. Además, demostramos que ciertos componentes de estas maquinarias podrían servir como elementos diagnósticos/pronósticos/terapéuticos. En la sección-III, demostramos la relevancia molecular y clínica de la maquinaria de control del proceso del splicing en CFs, destacando PRPF8 y RAVER1 como los factores más relevantes en la fisiopatología de los CFs. En general, los resultados de esta Tesis Doctoral destacan que la desregulación de componentes de sistemas reguladores neuroendocrinos clave (somatostatina/cortistatina) y de las maquinarias celulares que controlan el metabolismo del ARN y la estabilidad genómica (espliceosoma, ARN-exosoma, nonsense-mediated decay y telomerasa/shelterina) participan directamente en la heterogeneidad molecular dinámica inter- e intra-tumoral y en la adaptabilidad celular intrínseca encontrada en GBMs, THs y CFs, impactando en el manejo clínico de los pacientes y representando herramientas novedosas y útiles como biomarcadores diagnósticos y pronósticos, y potenciales dianas terapéuticas para abordar estas enfermedades devastadoras.