Papel de la Angiogenesis en el desarrollo tumoral

Pedro Sánchez Rovira

Complejo Hospitalario de Jaén

Cancer Development: First Steps

Oncogenesis (tumorigenesis) Genetic changes lead to uncontrolled

cell proliferation

A large number of oncogenes are involved in signal transduction

Kastan MB et al. In: Lippincott Williams & Wilkins; 2001:91–109Stetler-Stevenson WG et al. In: Lippincott Williams & Wilkins; 2001:123–36

ANGIOGENESIS

PERO ADEMÁS…

CARACTERÍSITICAS DE UNA CÉLULA CANCERÍGENA:

•Autoseñalización para el crecimiento

• Insensibilidad a señales anti-crecimiento

• No respuesta a señales antiapoptóticas

• Capacidad ilimitada de replicación

• Tumorigenicidad

ANGIOGÉNESIS

Cancer Development: First StepsOncogenesis (tumorigenesis)

Genetic changes lead to uncontrolled cell proliferation

A large number of oncogenes are involved in signal transduction

Angiogenesis To grow beyond 1–2 mm, the tumor

needs to initiate the recruitment of its own blood vessels

Kastan MB et al. In: Lippincott Williams & Wilkins; 2001:91–109Stetler-Stevenson WG et al. In: Lippincott Williams & Wilkins; 2001:123–36

Angiogenesis:The Formation of New Blood Vessels

To survive and grow, solid tumors must acquire new blood vessels to provide them with nutrients and oxygen, a process known as angiogenesis

Several signaling pathways are involved in regulating angiogenesis

Ferrara N. Curr Top Microbiol Immunol. 1999;237:1–30Verheul HM et al. Clin Breast Cancer. 2000;1:S80–4

Tumor vascularization

Angiogenesis: The Role of Growth Factors and Their Receptors

The major growth factors involved in angiogenesis Vascular endothelial growth factor (VEGF)

Platelet-derived growth factor (PDGF)

Fibroblast growth factor (FGF)

All of the angiogenic factors interact with their specific receptors on blood vessels or on connective tissue

In cancer, VEGF is produced by tumor cells, but acts on vascular endothelial cells to cause the growth of blood vessels

Ferrara N. Curr Top Microbiol Immunol. 1999;237:1–30Clauss M. Semin Thromb Hemost. 2000;26:561–569Ostman A et al. Adv Cancer Res. 2001;80:1–38Bergers G et al. J Clin Invest. 2003;111:1287–95

Angiogenesis: The Role of Growth Factors and Their ReceptorsReceptors for VEGF (VEGFRs) and PDGF (PDGFRs) are receptor tyrosine kinases

Three major types have been identified VEGFR-1 (Flt-1)

VEGFR-2 (KDR, Flk-1)

VEGFR-3 (Flt-4)

VEGF signalling is correlated with endothelial cell migration and proliferation, resulting in angiogenesis

Ferrara N. Curr Top Microbiol Immunol. 1999;237:1–30Clauss M. Semin Thromb Hemost. 2000;26:561–569Ostman A et al. Adv Cancer Res. 2001;80:1–38Bergers G et al. J Clin Invest. 2003;111:1287–95

bFGF, basic fibroblast growth factors; EGF, epidermal growth factor; IGF, insulin-like growth factor; IL, interleukin; PDGF, platelet-derived growth factor; VEGFR, VEGF receptor. 1. Dvorak HF. J Clin Oncol. 2002;20:4368-4380; 2. Ebos JM, et al. Mol Cancer Res. 2002;1:89-95; 3. Ferrara N, et al. Nat Med. 2003;9:669-676.

Genes implicated in tumorigenesis

(p53, p73, src, ras, vHL, bcr-abl)

Growth factors, hormones (EGF, bFGF, PDGF,

IGF-1, IL-1, IL-6, estrogen)

Environmental factors (hypoxia, pH)

Increased VEGF levels

VEGF: A Key Mediator of Angiogenesis

PP

PP

ANGIOGENESIS

Survival Proliferation Migration

PLC FAKPI3-K Ras

IP3PKC AKT Paxillin MAPK

ANGIOGENESIS

Survival Proliferation Migration

PLC FAKPI3-K Ras

IP3PKC AKT Paxillin MAPK

VEGF

VEGFR binding and activation

Endothelial cellactivation

VEGF: A Key Mediator of Angiogenesis

The VEGF Family and Its Receptors

Neufeld G, et al. FASEB J. 1999;13:9-22.

VEGFR-3(Flt-4)

VEGFR-2(Flk-1/KDR)

VEGFR-1(Flt-1)

Angiogenesis LymphangiogenesisAngiogenesis

Lymphangiogenesis

PIGF VEGF-A VEGF-B VEGF-C VEGF-D

Targeting VEGF:The Bevacizumab Story

PP

PP

VEGF

Bevacizumab

VEGF

Bevacizumab

PP

PP

VEGF Activation BLOCKED

Targeting VEGF:The Bevacizumab Story

VEGF Trap

PP

PP

VEGF Trap

VEGF Trap

VEGF TrapVEGF Trap

Fc portion

PP

PP

VEGF

VEGF TrapVEGF Trap

Fc portion

PP

PP

VEGF

PP

PP

VEGF Trap

VEGF Activation BLOCKED

VEGF Trap

VEGF

Tyrosine Kinase Inhibition and VEGF

TKI(Tyrosine Kinase Inhibitor)

PP

PP

VEGF

PP

PP

Tyrosine Kinase Inhibition and VEGF

TKI

Downstream phosphorylation BLOCKED

VEGF

Tumor Angiogenesis: Bevacizumab and Multitargeted Agents

Tumor cell

PericyteAngiogenic growth factors

O2

Endothelial cell

Ras

Raf

MEK

ERKp38MAPK

PI3K

Akt

Caspase-9 eNOS

CELL ACTIVATION / SURVIVAL

MIGRATIONPROLIFERATION

MIGRATION

ANGIOGENESIS VASCULOGENESIS LYMPHANGIOGENESIS

VEGF-B VEGF-A VEGF-C VEGF-DEndothelial Cell

VEGF-R1 (Flt-1)

VEGF-R2 (KDR)

VEGF-R3 (Flt-4)

Tumor Angiogenesis: Bevacizumab and Multitargeted Agents

Tumor cell

Pericyte PDGF

O2

Endothelial cell

Pericyte PDGF-B

PDGF-Rβ

Ras

Raf

MEK

ERKp38MAPK

PI3K

Akt

Caspase-9 eNOS

CELL ACTIVATION VESSEL MATURATION

Tumor Angiogenesis: Bevacizumab and Multitargeted Agents

Tumor cell

Pericyte

Paracrine factors

O2

SOURCE: Angiogenesis Foundation

Endothelial cell

Tumor CellKIT Multiple Growth

FactorsRET Flt-3

CELL PROLIFERATIONSURVIVAL

PI3K

Akt

Ras

Raf

MEK

ERKp38MAPK

Src

Rac1

JNK

Tumor Angiogenesis: Cells and Pathways

Tumor cell

PericyteAngiogenic growth factors

O2

Endothelial cell

Paracrine factors

PDGF

BETHAdjuvant

chemotherapy+ Herceptin

HER2 positive

Avastin Phase III studies in the neoadjuvant and adjuvant settings in breast cancer

NSABP-B40Docetaxel + Xeloda

or gemcitabine doxorubicin +

cyclophosphamide

Neoadjuvant

E2104 / E5103Doxorubicin +

cyclophosphamide paclitaxel

HER2 negativeAdjuvant

Triple negative

BEATRICEMultiple

chemotherapyregimensAvastin

RELACIÓN CD 105 Y RESPUESTA AL TRATAMIENTO

Br J Cancer 2006; 95: 1683

CEC DURANTE EL TRATAMIENTO NEOADYUVANTE

CELULAS PROGENITORAS DURANTE EL TRATAMIENTO NEOADYUVANTE

RELACIÓN pVEGFR2 Y BEVACIZUMAB

RELACION APOPTOSIS Y TRATAMIENTO CON BEVACIZUMAB

ESTUDIO FASE II MULTICENTRICO, ABIERTO, NO ALEATORIZADO

PARA EVALUAR LA EFICACIA DE UNA COMBINACIÓN DE BEVACIZUMAB Y QUIMIOTERAPIA

SECUENCIALCOMO TRATAMIENTO DE PACIENTES CON CANCER

DE MAMA OPERABLE HER 2 NEGATIVO

ENSAYO CLÍNICO ML20382

MARCADORES BIOMOLECULARES

Expresión de VEGF-A, VEGF-B.Expresión de VEGFR 1,2,3Expresión de neurofilina 1,2Expresión de HIF-1.Expresión de PIGF.Factor 4E eucariótico de iniciación de la traslación. (eIF4E).Perfiles de expresión de la proteina y/o ARN del tumor asociados en la señalización de VEGFR/neurofilina

La metástasis es un proceso dinámico en el cual las células cancerígenas latentes, las

micrometástasis no angiogénicas y las macrometástasis angiogénicas pueden

coexistir en cada paso del proceso.

ANGIOGENESIS

Mientras las micrometástasis no angiogénicas pueden ser vulnerables a agentes quimioterápicos citotóxicos y a

anti-angiogénicos, las células latentes no proliferantes pueden no verse afectadas.

Estudio en ratones con doxorubicina (Naumov et al, 2003).

ANGIOGENESIS

Autopsias realizadas a individuos fallecidos en accidentes de automóvil la presencia de tumores latentes:

• El 39% de mujeres entre 40 - 50 años presentaban indicios de carcinoma de mama in situ (sólo un 1% fue diagnosticado de cáncer en vida en el mismo rango de edades).

• 46% de varones entre 60 – 70 años eran diagnosticados de cáncer de próstata (sólo 1-1,5% fueron diagnosticados de este tipo de cáncer en vida en el mismo rango de edades).

• Hasta un 98% de individuos con edad comprendida entre lo 50 y 70 años presentaron carcinoma microscópico de tiroides, y sólo el 0,1% fue diagnosticado en vida en el mismo rango de edades.

Black and Welch, 1993

ANGIOGENESIS

ACTIVACIÓN ANGIOGÉNICA:

Capacidad que tiene un tumor de pasar de un fenotipo no angiogénico a un fenotipo

angiogénico. Proceso esencial para la progresión del cáncer.

El fallo en el reclutamiento de nuevas células endoteliales microvasculares o en la reorganización de la vasculatura circundante conduce a tumores no angiogénicos que no superan el tamaño microscópico.

ANGIOGENESIS

La hipoxia estimula la transcripción del factor

celular inducible por hipoxia (HIF), dando

lugar a la sobrerregulación de

proteínas pro-angiogénicas (VEGF,

PDGF, NOS)

Temporalmente las proteínas pro-

angiogénicas superan la concentración local de

proteínas anti-angiogénicas, lo que

provoca la angiogénesis y favorece la expansión

del tumor

EL ESTADO OXIDATIVO MODULA LA EXPRESIÓN DE GENES IMPLICADOS EN EL CRECIMIENTO

TUMORAL

ANGIOGENESIS

La expansión tumoral está asociada al reclutamiento de células endoteliales, precedida de la activación angiogénica.

ACTIVACIÓN ANGIOGÉNICA:

1. Incremento en la expresión de proteínas angiogénicas (VEGF, bFGF) por células tumorales.

2. Incremento de la expresión de proteínas angiogénicas por células del estroma como fibroblastos.

3. Disminución en la expresión de inhibidores endógenos de la angiogénesis (trombospondina-1, TSP1) por células tumorales y células del estroma.

4. Ocasionalmente reclutamiento de precursores endoteliales derivados de la médula ósea.

ANGIOGENESIS

BIOMARCADORES DE ANGIOGÉNESIS:

Permiten la detección de tumores de tamaño microscópico (≤ 1 mm diámetro) que de otra forma

permanecerían indetectables.

Técnica desarrollada en modelos animales.

• Células progenitoras endoteliales circulantes

• Factores angiogenicos en plaquetas (SELDI-ToF)

• Metaloproteinasas (MMPs) de la matriz en orina

Análisis proteómico en plaquetas como biomarcadores amplificadores de angiogénesis.

Proteínas asociadas con la activación angiogénica que podría ser usadas como biomarcadores de angiogénesis están siendo actualmente estudiadas.

Desarrollo de un panel de biomarcadores de angiogénesis capaces de:

• Identificar la presencia de tumores microscópicos

• Predecir la activación angiogénica del tumor

• Guiar la terapia antiangiogénica.

Uso de fármacos que aumenten la concentración endógena de proteínas anti-angiogénicas en plaquetas para retrasar o prevenir la formación de tumores en pacientes con alto riesgo de recurrencia.

ANGIOGENESIS