Implication of breast cancer stem cells in tamoxifen resistance

Resumen

Breast cancer is the most prevalent type of cancer in women. Tamoxifen is one of the most widely used endocrine therapy for estrogen receptor-positive, ER(+), breast cancer. However, development of resistance to therapy and the consequent disease recurrence following treatment represent a serious problem. Recent findings suggest that a small cancer stem cell (CSC) population is the origin of cancer and could be responsible for resistance to radio and chemotherapy leading to tumour relapse. To address the possibility that CSCs play a role in the development of resistance to tamoxifen, we developed tamoxifen-resistant MCF-7 breast cancer cells (MCF- 7TamR) as a model. The proliferation rate and ER expression levels of these cells were not affected, although a reduced ER transcription activity was observed. MCF- 7TamR cells showed increased stem/progenitor cell properties, as measured by mammosphere (MS) formation assays, and proportion of CSC subpopulations, and were more invasive, properties associated with tumorigenesis and poor prognosis. MCF-7TamR cells presented strong upregulation of the embryonic stem cell factor Sox2. SOX2 gene silencing reduced the efficiency of MS formation, the proportion of CD44+CD24-/low cells and ALDH activity, indicating the relevance of Sox2 to the stem/progenitor cell phenotype in MCF-7TamR cells. Immunocytochemical analysis of Sox2 and ER revealed that while some MCF-7TamR cells coexpressed Sox2 and ER, there was an inverse correlation between Sox2 and ER expression in the stem cell population, suggesting that Sox2 positive cells are more resistant to tamoxifen. Consistent with this, ectopic expression of Sox2 in MCF-7 cells reduced their sensitivity to the growth-inhibitory effects of tamoxifen. Taken together, these results indicate that development of resistance to tamoxifen correlates with an increase in the proportion of stem/progenitor cells driven by the upregulation of Sox2. RESUMEN El cáncer de mama es el tipo de cáncer más prevalente en mujeres. El tamoxifeno (Tam) es un fármaco ampliamente utilizado como terapia endocrina en pacientes con tumores que expresan el receptor de estrógeno (ER+) y, a pesar de los buenos resultados iniciales, el desarrollo de resistencia a Tam representa un serio problema. Estudios recientes sugieren que el origen del cáncer reside en una pequeña población de células madre tumorales (CSC) que podría ser la responsable de la resistencia a radioterapia y quimioterapia, dando lugar a recidivas tumorales. Con el objetivo de investigar si las CSCs juegan un papel importante en el desarrollo de la resistencia a Tam, generamos una línea celular de cáncer de mama resistente a Tam (MCF7TamR). Observamos que la capacidad proliferativa y los niveles de expresión de ER no se ven afectados en estas células, mientras que la actividad transcripcional de ER es menor que en la línea celular parental. Las células MCF7TamR presentaron mayor capacidad de formación de mamosferas (MS) y mayor proporción de subpoblaciones de CSCs e invasividad, propiedades asociadas a mal pronóstico. Las células MCF7TamR presentaron mayor expresión de Sox2. El silenciamiento del gen SOX2 redujo la capacidad de formar MS, la proporción de células CD44+CD24-/low y la actividad de ALDH, indicando la relevancia de Sox2 en el fenotipo de CMTs de las células MCF-7TamR. El análisis inmunocitoquímico de Sox2 y ER demostró que, a pesar de que algunas células MCF-7TamR coexpresaran estas proteínas, las CSCs presentaron una relación inversa entre la expresión de Sox2 y ER, sugiriendo que las células Sox2 positivas son mas resistentes al TAM. Consistentemente, la expresión ectópica de Sox2 en células MCF-7 reduce la respuesta al Tam. Estos resultados indican que el desarrollo de la resistencia al Tam está relacionada con un aumento en la proporción de células madre mediado por una mayor expresión de Sox2.