Clinical relevance of the sialyl-Tn antigen in bladder cancer

Abstract

Approximately 50% of muscle invasive bladder cancers (MIBC) develop metastasis within 5 years after surgery, despite being subjected to pre- and post-surgery chemotherapy regimes. Thus, specific biomarkers to target aggressive cell phenotypes and direct molecular-based therapy are warranted. Recently, evidences have been presented that advanced stage bladder cancers express the cell-surface tumor-associated carbohydrate antigen sialyl-Tn (STn), which may be used to target aggressive bladder cancer cells. The STn antigen results from a premature stop in the O-glycosylation of cell-surface proteins and has been found to prevent immune recognition, contributing to avoid metastatic cell elimination, modulates the malignant phenotype and enhances the metastatic ability of cancer cells. In the present study, a series of 96 patients with bladder cancer of different stages was screened for STn expression and proliferation (over-expression of Ki-67) by immunohistochemistry. This showed an association between STn expression and tumor proliferation and invasion. STn expression was also observed in lymph node and distant metastases of STn positive tumors. The STn antigen was mainly detected in high-molecular weight glycoproteins (>250 kDa) and low-molecular weight proteins at 25, 15 and 10 kDa. These low-molecular weight species predominated in lymph node mestastasis samples that also did not present high-molecular weight proteins, suggesting a molecular signature associated with metastasis. Altogether, the STn antigen presents potential for the development of new therapies against aggressive bladder cancer. Studies should be conducted to determine the nature of the STn-expressing glycoproteins and disclosing the possibility of a molecular signature associated with metastasis. The second part of the work focused on the validation of a STn-expressing bladder cancer xenograft as a model to drug testing and identification of prognostic biomarkers. A STn-positive muscle-invasive bladder tumor and its first, second and third generation xenotransplants were compared in relation to proliferation (Ki-67), differentiation (p63 and CK20), aggressiveness (p53) and STn expression, by immunohistochemistry. Histological and histochemical expression patterns were similar between primary tumor and xenografts, highlighting a degree of similarity between the animal model and the human tumor. However, p53 and Ki-67 levels increased along passages while STn decreased, suggesting a selection of the most proliferative clones. The generated information is regarded of primary importance to expand the knowledge about the clinical relevance of STn in bladder cancer and create the rationale for a STn-based therapy.

Aproximadamente 50% dos doentes com carcinomas musculo invasivos de bexiga (MIBC) desenvolvem metástases num período de 5 anos após a cirurgia, mesmo quando submetidos a regimes de quimioterapia pré- e pós-cirurgia. Assim, surge a necessidade de se desenvolverem biomarcadores específicos para identificar fenótipos celulares agressivos e terapias diretas baseadas em marcadores moleculares. Recentemente, surgiram evidências de que tumores de bexiga em estadio avançado expressam sialil-Tn (STn) na superfície celular, um antigénio associado a tumores que pode ser usado para detetar fenótipos agressivos no cancro da bexiga. Este antigénio resulta de uma paragem prematura na O-glicosilação de proteínas presentes na superfície celular, e tem demonstrado ser capaz de prevenir o reconhecimento imunológico das células cancerígenas, evitando a eliminação das células metastáticas, modular o fenótipo maligno e induzir a capacidade metastática destas mesmas células. No presente estudo, avaliou-se por imunohistoquímica a expressão de STn e Ki-67 (marcador de proliferação celular) numa série de 96 doentes com cancro de bexiga em diferentes estadios. Este estudo demonstrou uma associação entre a expressão de STn e a proliferação tumoral e invasão. A expressão de STn também foi observada em metástases ganglionares e à distância de tumores STn positivos. O antigénio STn foi maioritariamente observado em glicoproteínas de alto peso molecular (>250 kDa) e em proteínas de baixo peso molecular a 25, 15 e 10 kDa. Estas espécies de baixo peso molecular predominaram nas metástases ganglionares que também não apresentaram proteínas de alto peso molecular, sugerindo uma assinatura molecular associada com metastização. De modo geral, o antigénio STn apresenta potencial para o desenvolvimento de novas terapias contra tumores de bexiga agressivos. Estudos futuros deverão ser realizados para determinar a natureza das glicoproteínas que expressam o STn e confirmar a possibilidade de uma assinatura molecular associada com metastização. A segunda parte do trabalho focou-se na validação de um xenógrafo de tumor de bexiga expressando STn, como modelo para teste de fármacos e identificação de biomarcadores de prognóstico. Um tumor de bexiga musculo invasivo e STn positivo e os xenotransplantes resultantes da primeira, segunda e terceira passagens foram comparados em relação a proliferação (Ki-67), diferenciação (p63 e CK20) e expressão de STn, por imunohistoquímica. Os padrões de histologia e imunohistoquímica entre o tumor primário e os xenógrafos eram idênticos, revelando um grau de similaridade entre o modelo animal e o tumor humano. Contudo, os níveis de p53 e Ki-67 aumentaram ao longo das passagens enquanto os níveis de STn diminuíram, sugerindo uma seleção dos clones mais proliferativos. Estas observações possuem uma importância fundamental na expansão do conhecimento sobre a relevância clínica do STn no cancro da bexiga e na criação dos fundamentos para uma terapia baseada neste antigénio.