Prot. 202285XS52 - Dissecting the impact of mutant p53 in life-death decisions of cancer cells exposed to microenvironmental stress

Le cellule tumorali sono esposte cronicamente a condizioni di stress che derivano dal microambiente, dall’accumulo di mutazioni, e dalla chemioterapia. Le condizioni di stress attivano vie di segnalazione che eventualmente portano alla morte cellulare programmata. Nella progressione del cancro le cellule tumorali si adattano, riuscendo ad eludere la morte cellulare in risposta allo stress. Non solo; l’attivazione di vie di segnalazione della risposta allo stress può paradossalmente favorire la progressione tumorale, stimolando la transizione epitelio-mesenchima, la neoangiogenesi, e il fenomeno della latenza (dormancy). Quindi, conoscere i meccanismi molecolari che consentono l’adattamento delle cellule tumorali allo stress è fondamentale per migliorare l’efficienza delle terapie. Mutazioni missenso del gene TP53 sono estremamente frequenti nel cancro, e portano all’espressione di proteine mutate (mutp53) che perdono la normale attività oncosoppressiva. Si ritiene che i tumori traggano un vantaggio selettivo dalla mutazione di p53, in quanto i mutanti di p53 acquisiscono attività pro-oncogeniche che favoriscono la progressione e la metastasi. In particolare, studi recenti hanno evidenziato che mutp53 può favorire l’adattamento omeostatico delle cellule tumorali, modulando la risposta all’infiammazione, l’attività del proteasoma, il ripiegamento delle proteine glicosilate, e la risposta allo stress del reticolo endoplasmatico (ER). Questo progetto è focalizzato sull’impatto della mutazione di p53 nell’adattamento delle cellule tumorali allo stress: in particolare, propone lo studio delle vie di segnalazione attivate dall’accumulo di proteine non ripiegate (UPR, Unfolded Protein Response) e della morte cellulare per ferroptosi. Il progetto si basa su evidenze preliminari che dimostrano l’esistenza di interazioni funzionali tra UPR e sensibilità alla ferroptosi, e mettono in relazione queste risposte cellulari con fenotipi altamente rilevanti per il cancro, quali motilità, invasività e chemioresistenza. I risultati di questo studio contribuiranno ad approfondire la nostra conoscenza dei meccanismi molecolari e genetici che favoriscono l’adattamento e la sopravvivenza delle cellule tumorali allo stress cronico, in particolare rispetto al significato funzionale delle mutazioni di p53. Questa conoscenza potrà farci scoprire nuovi bersagli farmacologici per lo sviluppo di terapie mirate, e allo stesso tempo potrà fornire nuovi parametri di valutazione per la scelta di trattamenti individualizzati sempre più efficaci.

Cancer cells within tumor masses are chronically exposed to stress caused by nutrient deprivation, oxygen limitation, and high metabolic demand. They also accumulate hundreds of mutations, potentially generating aberrant proteins that cannot properly fold and cause proteotoxic stress. Finally, cancer cells are exposed to multiple damages during chemotherapy. In a growing cancer, transformed cells eventually adapt to these conditions, eluding the death-inducing outcomes of multiple signaling pathways triggered by chronic stress. Indeed, activation of stress-related pathways may actually promote cancer progression, by inducing epithelial-mesenchymal transition (EMT), stimulating angiogenesis, and supporting tumor dormancy. Therefore, understanding the genetic determinants that enable adaptation of cancer cells to stress is critical to improve treatment efficacy. Missense mutations in the TP53 gene are extremely frequent in human cancers and give rise to stable mutant p53 proteins (mutp53) that lose tumor suppressive activities. Various evidences suggest that cancer cells acquire selective advantages by retaining mutant forms of the protein; in fact, p53 mutant proteins can display powerful oncogenic activities, defined as Gain of Function (GOF), that promote tumor progression. Recent studies suggest that mutant p53 proteins play a peculiar role in supporting cancer cell homeostasis, by modulating inflammatory pathways, proteasome activity, folding of N-glycosylated proteins, and the response to ER stress. Based on these premises, we propose to study the impact of cancer-related p53 mutations in the adaptation of cancer cells to stress; specifically focusing on the unfolded protein response (UPR) and cell death by ferroptosis. In fact, we have preliminary evidence that the response to ER stress and sensitivity to ferroptosis are genetically linked to each other, and may be related to crucial cancer phenotypes such as cell motility, invasiveness, and chemoresistance. To this aim, we will analyze a panel of breast, prostate and pancreatic cancer cell lines with diverse missense p53 mutations, systematically testing their response to ER stress and ferroptotic stimuli to evaluate how expression of mutp53 – or specific p53 mutations – correlates with resistance or sensitivity. Next, we will investigate the specific role of mutp53 in this phenotype, by broad transcriptomic approaches and specific functional studies. Finally, we aim to define the mechanism by which mutp53 may affect the response to ER stress or ferroptosis by discovering molecular partners or target genes involved in the phenotype. This study may provide important insights on the mechanisms that allow cancer cells to adapt and survive to chronic stress within a growing tumor, and in particular on the role played by specific TP53 mutations, hopefully providing novel potential targets for therapy and additional elements to guide the choice of available treatment options.