Análise funcional do fator de transcrição SOX2 na patogênese de carcinoma espinocelular de cabeça e pescoço

Abstract

Carcinoma espinocelular de cabeca e pescoco (CECP) é uma das malignidades mais prevalentes e mortais mundialmente. Até o momento não existem biomarcadores confiáveis para prognóstico e decisão de terapia na oncologia de CECP. Ganhos cromossômicos do fator de transcrição SOX2 foram demonstrados em CECP; entretanto, o impacto da expressão de SOX2 em processos relevantes tumorais e evolução clínica permanecem incompreendidos. Expressão de SOX2 foi analisada em 22 linhagens celulares de CECP, com e sem ganho em 3q. O nível médio de expressão de SOX2 foi significativamente maior nas linhagens com ganho em 3q quando comparada às linhagens sem ganho em 3q (p = 0,0012). Neste trabalho, realizamos o perfil global de expressão genica das linhagens de CECP controle e após silenciamento de SOX2, especificamente carcinoma espinocelular de língua com amplificação de SOX2. Os resultados mostraram 749 genes afetados por SOX2 “knock down”, considerando o valor ajustado de p ≤ 0,05. 456 genes forma encontrados negativamente regulados enquanto que 293 genes foram positivamente regulados após o “knock down” de SOX2. O principal gene positivamente regulado foi vimentin e sua expressão inversa com SOX2 foi confirmado usando “quantitative real time polymerase chain reaction”. De fato, a imunofluorescência indicou expressão inversa de SOX2 e vimentin. A análise da “transcriptome data” usando o software “Ingenuity pathway analysis” revelou genes diferentemente expressos envolvidos nas funções de mobilidade celular e movimento celular. Alinhados com esses achados, as células silenciadas para SOX2 apresentaram maior migração quando comparadas aos controles em duas linhagens independentes de CECP, uma de língua e outra de hipofaringe, sugerindo um maior risco para recidiva e metástase de tumores com baixa ou nenhuma expressão de SOX2. Complementando esses resultados, as células negativas para SOX2 localizaram-se preferencialmente no “fronte de invasão”, enquanto que as células positivas para SOX2 estavam no centro das colônias celulares, sugerindo que o silenciamenteo de SOX2 pode ser necessário para o início da migração em células de CECP. Por outro lado, também encontramos uma diminuição na viabilidade celular após o “knock down” de SOX2, coerente com o papel de SOX2 como oncogene. De acordo, após indução de apoptose com doxorubicina, células de CECP silenciadas para SOX2 mostraram significativamente mais apoptose que as controles. Interessantemente, a via de apresentação de antígeno foi a mais afetada após o “knock down” de SOX2. Os genes envolvidos nessa via e afetados nos nossos resultados, principalmente genes HLA classe I, estava afetados negativamente, mostrando correlação positiva com expressão de SOX2. Estes achados sugerem um papel de SOX2 na resposta imunológica de CECP e podem indicar um enfoque promissor para o desenvolvimento de novas terapias para tumors de CECP com expressão de SOX2. Além do potencial de SOX2 como biomarcador para prognóstico de CECP, uma maior compreensão dos mecanismo moleculares subjacentes pode ajudar no estabelecimento de novas estratégias de terapia direcionada.

Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is one of the most prevalent and lethal human malignancies worldwide. To date there are no reliable biomarkers for prognosis or therapy decision making in HNSCC oncology. Recurrent copy number gain and overexpression of the transcription factor SOX2 has been shown in HNSCC; however, the impact of SOX2 expression on tumor relevant processes and clinical outcome remains largely elusive. Expression of SOX2 was assessed in 22 HNSCC cell lines with and without 3q gain. Mean expression level was significantly higher in cell lines with 3q gain as compared to cell lines without 3q gain (p = 0,0012). We performed global gene expression profiling of control and SOX2 silenced HNSCC cell lines, specifically tongue squamous cell carcinoma, with SOX2 gene amplification. Results showed 749 affected after SOX2 knock down, considering the adjusted p value ≤ 0,05. 456 genes were found to be down-regulated and 293 genes to be up-regulated after SOX2 knock down. The top up-regulated gene was vimentin and its inverse expression with SOX2 was confirmed by quantitative real time polymerase chain reaction. Indeed, immunofluorescence showed inverse expression of SOX2 and vimentin. Ingenuity pathway analysis of transcriptome data revealed an enrichment of differentially expressed genes with a functional annotation in cell mobility and cellular movement. In line with these findings, SOX2 silenced cells showed increased migration as compared to controls in two independent HNSCC cell lines, from tongue and hypopharynx, suggesting a higher risk for local recurrence and metastasis of tumors with low or no SOX2 expression. In addition, SOX2 negative cells were preferentially localized in the “invasion front” whereas SOX2 positive cells were seen in the center of the cell colonies, suggesting that silencing SOX2 could be a necessary step to initiate migration in HNSCC cells. On the other hand we also found that cell survival decreased after SOX2 knock down coherently with SOX2 role as an oncogene. Also, after apoptosis induction with doxorubicin, HNSCC SOX2 silenced cells had significantly more apoptosis than control. Interestingly, Antigen Presentation Pathway was the main affected pathway after the knock down of SOX2. The genes involved in this pathway that were found affected in our trancriptome data were mainly HLA class I, and they were all down-regulated after SOX2 knock down, showing a positive correlation with SOX2. This finding suggests a role of the transcription factor SOX2 in the underlying immune response of HNSCC and could indicate a promising approach for new therapies development for SOX2 expressing tumors. In addition to the potential of SOX2 as prognostic biomarker, a better understanding of the underlying molecular mechanisms could help to establish new strategies for targeted therapy.