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https://hdl.handle.net/10216/174997| Author(s): | Ângela Susana Teixeira Faria |
| Title: | Defining Tumor-associated Glycans as Molecular Drivers of Malignancy and Therapeutic Resistance in ErbB2-Positive Advanced Gastric Cancer |
| Issue Date: | 2026-07-13 |
| Abstract: | Advanced gastric and gastroesophageal cancer (GC) remains a worldwide health concern characterized by poor patient prognosis, mainly due to late disease diagnosis and lack of efficient therapeutic strategies. Efforts towards the comprehensive molecular profiling of tumors have revealed potential therapeutic targets, one of which is the ErbB2 receptor. ErbB2 is overexpressed in 10-20% GC cases, making patients eligible to undergo therapy with the ErbB2-specific trastuzumab (TTZ) monoclonal antibody (mAb). Unfortunately, the majority of treated patients experience molecular resistance, thereby undermining the therapeutic efficacy of this targeted agent. Importantly, ErbB2 is extensively glycosylated in its extracellular region. Protein glycosylation is the most abundant and diverse post-translational modification, and the enzymatic addition of structurally complex polysaccharide chains (glycans) to specific residues of the peptidic backbone critically regulates protein stability, conformation, and functionality. In cancer cells, however, the glycosylation process is severely deregulated and actively contributes to several of their malignant features. This project aims to: i) understand if the ErbB2 site-specific glycosylation profile actively tunes TTZ binding and, consequently, its therapeutic efficacy; ii) explore whether the acquisition of molecular resistance to TTZ is underpinned and supported by shifts in the cellular glycome. For these purposes, we are establishing a glycoengineered cell-based library with ErbB2-positive GC cell lines to decipher the mechanistic contributions of individual glycosylation signatures into the therapeutic response and acquisition of molecular resistance to TTZ. Concomitantly, we established ErbB2-addicted TTZ-resistant cell lines to study how the acquisition of molecular resistance can reshape the cellular and ErbB2-specific glycosylation profiles. GC cell lines with high ErbB2 and endogenous activation were previously selected to undergo an established pipeline of precise genome editing with previously validated gRNAs; isolation and validation of independent cell clones, and, finally, in vitro validation of their glycosylation profile by western blot (WB), immunofluorescence, and flow cytometry (FC). Surface Plasmon Resonance (SPR) was used to measure TTZ-ErbB2 affinity. A protocol of a co-culture system with TTZ is being established to measure antibody-dependent cell cytotoxicity (ADCC) in the glycoengineered cell models. Two ERBB2-amplified TTZ-resistant (TTZ-R) cell lines were established by continuous exposure to incremental dosages of TTZ, and their molecular glyco-profile is being characterized by WB, FC, and an RNAseq analysis. Two GC cell lines (NCI-N87 and OE-19) showing high ErbB2 expression and endogenous activation were selected for CRISPR/Cas9-based glycoengineering. Several genomically edited cell line clones were obtained, depicting tailored glycosylation profiles, that is, the selective abrogation of pre-determined cancer-associated glycan antigens. Successfully edited glycogenes include ST6GAL1, ST3GAL3, ST3GAL4, and FUT3. knock-out (K.O.) cell lines depict absent expression of α2,6- and α2,3-sialylation and α1,3-4-fucosylation, respectively, from the cell membrane. Glycoengineered cell models have shown increased binding affinity for TTZ compared to their wild-type (WT) counterpart. TTZ-R cell lines depict a reshaping of their glyco-transcriptome and glycome, increased ErbB2 activation, and morphological differences in comparison with parental cells. We are setting up a multidisciplinary approach that can be an important pre-clinical step to address glycan-mediated resistance to TTZ in ErbB2-positive GC. The removal of specific cancer-associated glycans from the cell and the receptor was done successfully. Furthermore, we have established TTZ-insensitive ErbB2-positive gastric cancer cell lines as invaluable models to study the molecular influence of cancer-associated glycosylation pathways in the acquisition of TTZ molecular resistance. |
| Description: | O cancro gástrico e gastroesofágico avançado (CG) são uma preocupação da saúde mundial, caracterizados por um prognóstico desfavorável para o paciente, devido principalmente a um diagnóstico tardio e à falta de estratégias terapêuticas eficazes. Esforços para a caracterização molecular abrangente de tumores revelaram potenciais alvos terapêuticos, entre os quais se destaca o ErbB2. O ErbB2 está sobreexpresso em 10-20% dos casos de CG avançado, permitindo que os pacientes sejam elegíveis para uma terapia em que o alvo é o ErbB2, e que a terapia é o anticorpo monoclonal, Trastuzumab (TTZ). Infelizmente, a maioria dos pacientes tratados desenvolve resistência molecular, o que compromete a eficácia terapêutica deste alvo. O ErbB2 é extensivamente glicosilado na sua região extracelular. A glicosilação proteica é a modificação pós-traducional mais abundante e consiste na adição enzimática de cadeias polissacarídicas estruturalmente complexas a resíduos específicos da cadeia peptídica, regulando criticamente a estabilidade proteica, a conformação e a funcionalidade das proteínas. No entanto, em células do cancro, o processo de glicosilação está severamente desregulado e contribui ativamente para várias características malignas. Este projeto tem como objetivo: i) entender se o perfil de glicosilação do ErbB2 pode influenciar ativamente a ligação ao TTZ e, consequentemente, a sua eficácia terapêutica; ii) explorar se a aquisição de resistência molecular é sustentada por alterações no glicoma celular. Com estes objetivos, estamos a estabelecer uma biblioteca celular com modelos glicomanipulados com linhas celulares de CG e positivas para o ErbB2, de forma a investigar as contribuições mecanísticas de perfis individuais de glicosilação na resposta terapêutica e aquisição de resistência molecular ao TTZ. Concomitantemente, estabelecemos células resistentes ao TTZ positivas para o ErbB2, com o intuito de estudar como é que a aquisição de resistência molecular pode influenciar a célula e os diferentes perfis de glicosilação específicos do ErbB2. Linhas celulares de CG com expressão elevada de ErbB2 e ativação endógena do recetor foram previamente selecionadas para serem submetidas a: edição genética precisa com gRNAs previamente validados; isolação e validação de clones celulares independentes e, finalmente, uma validação in vitro do seu perfil de glicosilação por western blot (WB), imunofluorescência e citometria de fluxo (CF). A técnica denominada Surface Plasmon Resonance (SPR) foi utilizada para medir a afinidade entre o ErbB2 e o TTZ. Um protocolo com um sistema de co-cultura com TTZ está a ser estabelecido para medir a citotoxicidade celular dependente do anticorpo (ADCC) nos modelos glicomanipulados. Duas linhas com amplificação do ErbB2 e resistentes ao TTZ foram estabelecidas por exposição contínua a doses crescentes de TTZ, e o seu perfil de glicosilação está a ser caracterizado por WB, CF e uma análise de RNAseq. Duas linhas celulares de CG (NCI-N87 e OE-19) que demonstraram elevada expressão de ErbB2 e ativação endógena do recetor foram selecionadas para edição genética por CRISPR/Cas9. Foram obtidos vários clones celulares geneticamente editados, apresentando perfis de glicosilação específicos, nomeadamente a eliminação seletiva de antigénios de glicanos associados ao cancro previamente definidos. Entre os glicogenes editados com sucesso encontram-se os modelos ST6GAL1, ST3GAL3, ST3GAL4 e FUT3 knock-out (K.O.), que possuem ausência de expressão na membrana celular, de sialilação α2,6 e α2,3 e fucosilação α1,3-4, respetivamente. Os modelos K.O. mostraram um aumento na afinidade para o TTZ em comparação ao modelo wild-type (WT). Nas linhas resistentes ao TTZ observaram-se alterações no glico-transcriptoma e no glicoma, com aumento da ativação do ErbB2 e diferenças morfológicas em comparação com as células parentais. Estamos a implementar uma abordagem multidisciplinar que pode constituir um importante passo pré-clínico que aborda a resistência mediada por glicosilação em cancro gástrico positivo para o ErbB2. A remoção de glicanos específicos da célula e do recetor, associados ao cancro, foi obtida com sucesso. Adicionalmente, estabelecemos duas linhas de CG positivas para ErbB2 que são insensíveis ao TTZ e constituem modelos imprescindíveis para estudar a influência molecular das vias de glicosilação associadas ao cancro na aquisição de resistência molecular ao TTZ. |
| Subject: | Biotecnologia médica Medical biotechnology |
| Scientific areas: | Ciências médicas e da saúde::Biotecnologia médica Medical and Health sciences::Medical biotechnology |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/174997 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | embargoedAccess |
| License: | https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/ |
| Embargo End Date: | 2028-07-12 |
| Appears in Collections: | FMUP - Dissertação |
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