Targeting cancer stem cells by mTOR inhibition in human mucoepidermoid carcinoma

O carcinoma mucoepidermóide (CME) é o tumor mais comum entre as neoplasias malignas de glândula salivar. Recentemente, uma rara população de células com características de multipotência, autorrenovação e potencial tumorigênico, denominadas como células tronco tumorais (CTT), foi descrita no CME. As CTT são resistentes as terapias atuais, e têm sido consideradas responsáveis pela recorrência e metástase, levando a um pior prognóstico para o paciente. A descoberta de que as CTT do CME superexpressam componentes da via de sinalização mTOR, levantou a hipótese que os pacientes poderiam ser beneficiados com o uso inibidores de mTOR como terapia para eliminação das CTT. O objetivo desse estudo foi avaliar o potencial uso de inibidores de mTOR como terapia para o CME com foco em CTT, assim como, investigar o funcionamento da via de sinalização mTOR e os efeitos moleculares do tratamento com inibidores dessa via nas CTT do CME. Foi realizada imuno-histoquímica para p-mTOR e p-S6K-1 em casos de pacientes diagnosticados com CME, os resultados foram correlacionados com os dados clínicos dos pacientes e também foi realizada dupla marcação por imunofluorescência para ALDH/p-mTOR. Estudos in vitro foram realizados em 3 linhagens de CME (UM-HMC-1, -3A, -3B) e com inibidores da via de sinalização mTOR. Após exposição aos inibidores, realizou-se ensaios de western blot (proteínas da via mTOR e BMI-1), citometria de fluxo para ALDH/CD44; salisfera; e apoptose, esse último comparando com quimioterápicos utilizados atualmente. Adicionalmente, foi utilizado o silenciamento genético de mTOR para confirmar os resultados obtidos com inibidores químicos. Por fim, foram realizados ensaios in vivo com as células silenciadas e com o inibidor de mTOR tensirolimo. Os resultados evidenciaram que a via de sinalização mTOR está ativa no CME, é correlacionada com pior prognóstico clínico e está superexpressa nas CTT. O tratamento com inibidores da via mTOR levaram a diminuição da fração de CTT, devido a perda de autorrenovação e apoptose das CTT. A apoptose, junto a diminuição de p-AKT revelada por western blot, sugeriram que esteja ocorrendo inibição de mTORC2 nas CTT, um importante componente na eficácia do tratamento com inibição de mTOR no câncer. Além disso, também houve redução de vasos sanguíneos, nichos das CTT, e diminuição do crescimento tumoral com uso de inibidores ou silenciando mTOR in vivo. Coletivamente, os resultados mostraram que a inibição de mTOR foi capaz de agir nas CTT por mecanismos diretos (indução de apoptose e diminuição da autorrenovação) e indiretamente através da redução de angiogênese, sugerindo que o uso de inibidores de mTOR no tratamento do CME é uma estratégia molecular eficiente para a redução de CTT, e uma potencial terapia adjuvante.Mucoepidermoid carcinoma (MEC) is the most common tumor among malignant salivary gland neoplasms. Recently, a rare population of multipotent, self-renewing, and tumorigenic cells, termed cancer stem cells (CSC), was described in MEC. CSC are resistant to current therapies, and have been considered responsible for recurrence and metastasis, leading to worse patient prognosis. The discovery that CSC from MEC overexpressed the mTOR signaling pathway raised the hypothesis that use of mTOR inhibitors as therapy for CSC elimination could benefit patients. The objective of this study was to evaluate the potential use of mTOR inhibitors as a therapy for MEC targeting CTT, as well to investigate the functioning of mTOR signaling pathway and the molecular effects of treatment with mTOR inhibitors in MEC CSC. Immunohistochemistry was performed for p-mTOR and p-S6K-1 in paraffin samples from patients diagnosed with MEC and results were correlated with clinical data, in addition, co-immunoflorescence was performed for ALDH/p-mTOR. In vitro studies were performed with 3 MEC cell lines (UM-HMC-1, -3A, -3B) and with inhibitors of the mTOR signaling pathway. After exposure to inhibitors the following assays were performed: western blot (mTOR signaling pathway proteins and BMI-1), flow cytometry for ALDH/CD44, salispheres, and apoptosis, the latter comparing with currently chemotherapeutic agents used as treatment for cancer patients. In addition, mTOR genetically silent was used to confirm results with chemical inhibitors. Finally, in vivo assays were performed with knockdown cells and with mTOR inhibitor temsirolimus treatment. Results showed that mTOR signaling pathway is active in MEC, it is correlated with worse clinical prognosis and it is overexpressed in CSC. Treatment with inhibitors of mTOR signaling pathway led to a decrease in CSC fraction, caused by loss of self-renewal and apoptosis. Apoptosis, together with the decrease in p-AKT revealed by western blot, suggest that inhibition of mTORC2, an important compound in the efficacy of mTOR inhibition for cancer treatment, is occurring. In addition, there was reduction of blood vessels, CSC niches, and decreased tumor growth using mTOR inhibitors or silencing mTOR. Collectively, results showed that inhibition of mTOR was able to act in CSC by direct mechanisms (induction of apoptosis, decreased self-renewal) and indirectly through reduction of angiogenesis, suggesting that the use of mTOR inhibitors in treatment of MEC is an efficient molecular strategy to reduce fraction of CSC, and a potential therapy