Pharmacological targeting of LOXL2 in breast cancer
| dc.contributor.author | Ferreira, Sandra Lourenço | |
| dc.contributor.institution | ECTS - School of Health Sciences and Technologies | |
| dc.contributor.supervisor | Fernandes, Ana Sofia Gregório | |
| dc.contributor.supervisor | Díaz-Lanza, Ana María | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-22T02:20:01Z | |
| dc.date.available | 2025-12-22T02:20:01Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Funded by ILIND-COFAC, projeto Fazer+ ILIND/F+/EI/01/2020 and CBIOS, bolsa de Mestre UIDP/04567/2020. | |
| dc.description.abstract | O cancro da mama é uma das principais causas de doença e morte entre as mulheres em todo o mundo, sendo também uma patologia altamente heterogénea e complexa, com uma interação multifacetada entre fatores genéticos e ambientais. Características específicas do cancro da mama, como a angiogénese, invasão e metastização, podem ser facilitadas pela degradação da matriz extracelular (MEC). No cancro da mama, esta degradação é influenciada pela desregulação das metaloproteinases e pelo aumento da síntese de colagénio, particularmente através da atividade das enzimas da família das lisil oxidase (LOXs). As enzimas LOXs promovem as ligações cruzadas do colagénio e da elastina, aumentando a rigidez da MEC. É demonstrado que, especificamente a LOXL2, promove a progressão do cancro da mama de várias formas, pelo efeito na rigidez da MEC e na modulação de fatores que regulam a transição epitélial mesenquimal. A inibição das LOXs e da LOXL2 tem sido sugerida como uma estratégia promissora para prevenir a metastização e invasão do cancro da mama. O BAPN (β-aminopropionitrilo) foi o primeiro inibidor identificado, e é derivado de uma fonte natural. Mais recentemente, foram desenvolvidos novos compostos sintéticos que atuam como inibidores das enzimas LOXs. No entanto, ainda não está definido qual o perfil de seletividade ideal destes inibidores relativamente às várias enzimas LOXs para um tratamento eficaz do cancro da mama. Este trabalho começou com o desenvolvimento de uma abordagem bioinformática para analisar os perfis de expressão das enzimas LOXs e potenciais correlações com os resultados clínicos no cancro da mama. Ao analisar os dados de expressão de mRNA da base de dados TCGA, foi demonstrado que a sobrexpressão da LOX, LOXL1 e LOXL2 estava associada a resultados distintos quando comparada com LOXL3 e LOXL4, em termos de sobrevivência dos doentes, composição dos infiltrados tumorais e padrão de genes co-desregulados. Isto sublinha a importância de compreender os diferentes papéis das LOXs no cancro da mama, de modo a perceber como a inibição de enzimas específicas poderá trazer benefícios terapêuticos. Nesta investigação, a LOXL2 destacou-se por estar associada a um pior prognóstico, particularmente no cancro da mama triplo-negativo (TNBC). Na procura de novos inibidores da LOXL2, foi feito um estudo de docking com uma biblioteca de compostos derivados da 4-tiazolidinona, tendo sido identificados cinco potenciais inibidores. Entre estes, o Les5740 demonstrou atividade inibitória da LOXL2 (valor de IC50 de 27 µM) e apresentou um perfil de baixa citotoxicidade em várias linhas celulares tumorais e normais, demonstrando maior citotoxicidade para a linha celular TNBC MDA-MB-231. Foram realizados diversos ensaios para caracterizar o impacto do Les5740 em células TNBC, sendo que os efeitos mais pronunciados foram na quimioinvasão e na morfologia celular. Estes resultados são consistentes com a potencial redução da rigidez da MEC esperada com a inibição da LOXL2. Os ix resultados demonstram o potencial do Les5740 como estrutura-base para o desenvolvimento de inibidores mais potentes e seletivos da LOXL2 para o tratamento do cancro da mama. Estudos de docking computacional foram realizados com inibidores da LOXL2 previamente reportados na literatura, para explorar os seus potenciais modos de ligação a esta enzima. Foram também realizados estudos de docking com a biblioteca de compostos disponível internamente no CBIOS. Compostos cujas estruturas estão em linha com as informações obtidas através dos estudos de química computacional foram testados quanto à sua atividade anti-LOXL2, utilizando o ensaio Amplex Ultra Red. Dois compostos, AK81 e AK75, foram identificados como capazes de inibir a LOXL2 com valores de IC50 na ordem do micromolar. Os seus efeitos na viabilidade celular, migração, invasão 2D e 3D, morfologia, danos no ADN e na atividade das metaloproteinases da matriz foi avaliada em células MDA-MB-231 (TNBC) e/ou MCF10A (mama normal). O AK81 demonstrou inibição da quimiotaxia e quimioinvasão com citotoxicidade mínima para as células não tumorais, enquanto o AK75 demonstrou efeitos citotóxicos em ambas as linhas celulares e uma marcada inibição da invasão 3D. Ambos os compostos reduziram a atividade da MMP2 e alteraram a morfologia celular, contribuindo potencialmente para os seus efeitos anti-invasivos. Os compostos naturais também podem representar uma fonte valiosa para a descoberta de novos inibidores de LOXs. Neste contexto, diterpenóides do tipo pimaranos e os seus derivados glicosilados foram investigados quanto ao seu potencial inibitório da LOXL2. Foram identificados dois compostos com atividade inibitória ligeira da LOXL2. Embora a sua eficácia moderada limite o seu potencial imediato como agentes terapêuticos, estas estruturas podem servir como ponto de partida para o desenho racional e otimização estrutural com vista ao desenvolvimento de inibidores da LOXL2 mais potentes. Além disso, este estudo reforça o conceito de que a conjugação de um grupo açúcar a agentes antitumorais pode melhorar a sua captação pelas células tumorais, potencialmente aumentando a eficácia terapêutica. Outros compostos naturais, isolados de plantas do género Plectranthus da família Lamiaceae, também foram explorados. A coleona EPCU destacou-se como um inibidor moderado da LOXL2. Em resumo, esta tese explorou de forma abrangente a LOXL2 como um elemento-chave na progressão do cancro da mama e um alvo promissor para a intervenção terapêutica, particularmente no contexto desafiante do cancro da mama triplo-negativo. Através da combinação de bioinformática, química computacional, avaliação de compostos sintéticos e naturais e avaliação in vitro do fenótipo celular, foram identificados e caracterizados vários potenciais novos inibidores da LOXL2. Os resultados desta tese oferecem uma base sólida para o desenvolvimento contínuo de terapias direcionadas à LOXL2 na luta contra o cancro da mama. | pt |
| dc.description.abstract | Breast cancer is one of the leading causes of illness and death among women worldwide, as well as being a highly heterogeneous and complex disease with a multifaceted interplay of genetic and environmental factors. Specific characteristics of breast cancer, such as angiogenesis, invasion and metastasis, may be facilitated by the degradation of the extracellular matrix (ECM). In breast cancer, this degradation is influenced by the dysregulation of metalloproteinases and increased collagen synthesis, particularly through the activity of lysyl oxidases (LOXs) family enzymes. LOXs enzymes promote the cross-linking of collagen and elastin, increasing ECM stiffness. Particularly, LOXL2 has been shown to promote breast cancer progression in various ways through its effect on ECM stiffness and modulation of factors that regulate epithelial mesenchymal transition. Inhibition of LOX and LOXL2 has been suggested as a promising strategy to prevent the metastasis and invasion of breast cancer. BAPN (β-aminopropionitrile) was the first identified LOX inhibitor, derived from a natural source. More recently, novel synthetic compounds have been developed that act as inhibitors of LOXs enzymes. However, the optimal selectivity profile of inhibitors targeting the various LOXs family enzymes for effective breast cancer treatment remained unclear. This work began with the development of a bioinformatics approach to analysing the expression profiles of LOXs enzymes and potential correlations with clinical outcomes in breast cancer. By analysing the TCGA mRNA expression data, it was shown that the upregulation of LOX, LOXL1, and LOXL2 was associated with distinct outcomes when compared to LOXL3 and LOXL4, in terms of patient survival, tumor infiltrates composition, and pattern of co dysregulated genes. This highlights the importance of understanding the different roles of LOXs in breast cancer to understand how targeting specific enzymes could offer therapeutic benefits. In this research, LOXL2 stood out as associated with the worst prognosis, particularly in triple negative breast cancer (TNBC). In the search for novel LOXL2 inhibitors, a library of 4-thiazolidone derivatives was used in a docking study, and five putative inhibitors were identified. Among those, Les5740 was shown to have LOXL2 inhibitory activity (IC50 value of 27µM) and had low cytotoxicity profiles in various cancer and normal-like cell lines, demonstrating more cytotoxicity for the TNBC cell line MDA-MB-231. A series of assays were conducted to characterise the activity of Les5740 on TNBC cells, with the most pronounced effects being observed in chemoinvasion and cell morphology. These findings are consistent with the potential reduction in the ECM stiffness that would be expected from inhibition of LOXL2. The results demonstrate the potential of Les5740 as a scaffold for developing more potent and selective LOXL2 inhibitors for breast cancer treatment. v Computational docking studies were performed using LOXL2 inhibitors previously reported in the literature to explore their potential binding modes to this enzyme. Docking studies were also conducted with the library of compounds available in-house. Compounds presenting structures aligned with the insights obtained from the computational chemistry studies were screened for anti-LOXL2 activity using the Amplex Ultra Red assay. Two compounds, AK81 and AK75, were identified as capable of inhibiting LOXL2 with IC50 values in the low micromolar level. Their activity on cell viability, migration, 2D and 3D invasion, morphology, DNA damage, and matrix metalloproteinases was evaluated on MDA-MB-231 (TNBC) and MCF10A (normal-like breast) cells. AK81 showed selective inhibition of chemotaxis and chemoinvasion with minimal cytotoxicity to normal cells, while AK75 demonstrated cytotoxic effects on both cell lines and strong inhibition of 3D invasion. Both compounds reduced MMP2 activity and altered cell morphology, potentially contributing to their anti-invasive effects. Natural compounds also represent a valuable resource for the discovery of novel LOXs inhibitors. In this context, pimarane diterpenoids and their glycosylated derivatives were investigated for their potential inhibitory activity against LOXL2. Two compounds exhibiting mild LOXL2 inhibitory activity were identified. Although their moderate efficacy limits their immediate potential as therapeutic agents, these structures may serve as starting points for rational design and structural optimisation aimed at developing more potent LOXL2 inhibitors. Moreover, this study supports the concept that conjugating a sugar moiety to anticancer agents may enhance their uptake by cancer cells, potentially improving the therapeutic efficacy. Additional natural compounds, isolated from Plectranthus plants of the Lamiaceae family, were explored. The coleone EPCU emerged as a moderate LOXL2 inhibitor. In summary, this thesis comprehensively explored LOXL2 as a key contributor to breast cancer progression and a promising target for therapeutic intervention, particularly in the challenging context of triple-negative breast cancer. Through a combination of bioinformatics, computational chemistry, screening of synthetic and natural compounds, and in vitro evaluation of cancer cells’ phenotype, several potential novel LOXL2 inhibitors were identified and characterised. The findings of this thesis provide a solid foundation for the continued development of LOXL2-targeting therapies in the fight against breast cancer. | en |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10437/15705 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | embargoedAccess | |
| dc.subject | TESE CIÊNCIAS DA SAÚDE | |
| dc.subject | CIÊNCIAS DA SAUDE | |
| dc.subject | NEOPLASIAS | |
| dc.subject | CANCRO DA MAMA | |
| dc.subject | METÁSTASES | |
| dc.subject | HEALTH SCIENCES | |
| dc.subject | BREAST CANCER | |
| dc.subject | NEOPLASMS | |
| dc.subject | METASTASES | |
| dc.title | Pharmacological targeting of LOXL2 in breast cancer | en |
| dc.type | doctoralThesis |
Ficheiros
Principais
1 - 1 de 1
Miniatura indisponível
- Nome:
- tese-sandra-ferreira.pdf
- Tamanho:
- 5.41 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format