Establishment of a new therapeutic strategy targeting cancer stem like cells in refractory gastric cancer acquired Trastuzumab resistance

Abstract

Background: Trastuzumab is the only approved target agent for the first-line treatment of HER-2 positive gastric cancer, but trastuzumab resistance is a major problem in clinical practice. To comprehend the mechanism of trastuzumab resistance, I focused on cancer stemness and Wnt/ß-catenin signaling pathway and how it influences the phenotypes and behaviors of trastuzumab-resistant gastric cancer cells. Methods: Trastuzumab-resistant NCI-N87 cells (NCI-N87R) were established in vitro from human gastric cancer cell line NCI-N87 by dose-escalating, repeated trastuzumab treatment for one year. I investigated the phenotypes of NCI-N87R, including Wnt signaling pathway activity. Gastric cancer organoid cells were incubated with complete media or Wnt3a-depletion media, and their resistance to trastuzumab were compared. Results: NCI-N87R exhibited stemness and epithelial-mesenchymal transition (EMT) like phenotypes, along with decreased levels of epithelial marker E-cadherin and increased levels of mesenchymal markers Vimentin and Snail. They also showed increased Wnt signaling pathway activity. When NCI-N87 cells were incubated in Wnt3a conditioned media, their Wnt signaling pathway activity and resistance to trastuzumab increased. Gastric cancer patients-derived organoid incubated in Wnt3a-depletion media were more susceptible than in complete media to dose-dependent inhibition of cell viability by trastuzumab. Conclusions: Trastuzumab-resistant gastric cancer cells exhibit EMT-like phenotype and trastuzumab resistance was promoted by Wnt/ ß-catenin signaling pathway. Wnt/ß-catenin pathway is a key signaling to trastuzumab resistance in gastric cancer cells. 배경: 트라스투주맙은 HER-2 양성 위암의 1차 치료제로 승인된 유일한 표적 약제이나 트라스투주맙 내성을 보이는 경우 위암 치료의 큰 난관이 되고 있다. 트라스투주맙 내성의 기전을 이해하기 위해 Wnt/ß-카테닌 신호전달 경로와 이것이 트라스투주맙 내성 위암 세포의 표현형 및 행동에 미치는 영향에 초점을 맞추어 연구하고자 하였다. 방법: 인간 위암 세포주 NCI-N87에 실험적으로 트라스투주맙의 용량을 증량하며 반복 처리하여 트라스투주맙 내성 세포인 NCI-N87R을 확립하였다. 그리고, Wnt 신호 전달 경로 활동을 포함하여 NCI-N87R의 표현형을 조사하였다. 게대가 위암 오르가노이드 세포를 완전배지 또는 Wnt3a 고갈배지에 함께 배양하고 트라스투주맙에 대한 내성을 비교하였다. 결과: NCI-N87R은 상피 마커인 E-cadherin의 발현 감소 및 간엽 마커인 Vimentin 및 Snail의 발현 증가와 함께 줄기세포능 및 상피-간엽 이행(EMT) 유사 표현형을 나타냈다. 그리고 Wnt 신호전달 경로를 활성화 시켰다. 트라스트주맙 내성이 없는 위암 세포를 Wnt3a 조절 배지에서 배양하였더니 Wnt 신호 경로가 활성화되고 트라스투주맙에 대한 내성이 증가하였다. 또한 위암 환자 유래 오르가노이드를 Wnt3a 고갈배지에서 배양하였을 때 완전 배지에서 배양했을때보다 트라스투주맙을 처리하였을 때 용량 의존적으로 세포 생존성이 감소하는 것을 알 수 있었다. 결론: Trastuzumab 내성 위암 세포는 상피-간엽 이행 유사 표현형을 나타내며 trastuzumab 내성은 Wnt/ß-catenin 신호 전달 경로에 의해 촉진된다. Wnt/ß-카테닌 경로는 위암 세포에서 트라스투주맙 내성에 대한 핵심 신호 경로이다.