Classical pathway of the complement system in cutaneous squamous cell carcinoma
Viiklepp, Kristina (2023-01-13)
Classical pathway of the complement system in cutaneous squamous cell carcinoma
(13.01.2023)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9120-4
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9120-4
Tiivistelmä
Keratinocyte-derived cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) is the most common metastatic skin cancer and it causes approximately 20% of all skin cancerrelated deaths. The incidence of cSCC is increasing worldwide. Usually the first phase of cSCC is actinic keratosis (AK), which can progress to local cSCC (Bowenʼs disease, in situ cSCC, cSCCIS). cSCCIS can finally progress to invasive and metastatic cSCC with poor prognosis. Inflammatory cells and factors are a part of the cancer microenvironment. Alterations in the microenvironment of premalignant lesions are required for their progression to invasive and metastatic cSCC. The complement system is an important part of innate immunity and regulates inflammatory processes and is activated via three major pathways: classical, lectin or the alternative pathway.
In this study, the role of the classical pathway components (C1q, C1r and C1s) of the complement system in the progression of cSCC was studied. High expression of C1r and C1s was seen in cSCC cells in culture. Immunohistochemistry (IHC) showed the expression of C1r and C1s specifically in tumor cells in vivo. IHC analysis revealed higher expression of C1q specifically in the tumor microenvironment in stromal fibroblasts and in macrophages compared to AK or cSCCIS in vivo. Knockdown of C1r or C1s and knockout of C1r decreased viability, migration and invasion of cSCC cells in culture. Knockout of C1r inhibited expression of MMP-1, -13, -10 and -12 by cSCC cells and MMP-13 production, degradation of collagen and invasion in cSCC xenografts in SCID mice in vivo. Knockdown of C1r or C1s and knockout of C1r inhibited growth of cSCC xenografts in vivo. In these tumors, C1r or C1s knockdown or C1r knockout decreased the number of proliferating cells and CD34 positive blood vessels and increased the number of apoptotic cells.
This study provides new evidence for the roles of C1q, C1r and C1s in tumor progression, demonstrating these as molecular biomarkers and putative therapeutic targets for cSCC. Komplementin klassinen reitti okasolusyövässä
Keratinosyyttiperäinen okasolusyöpä (ihon levyepiteelisyöpä) on yleisin metastasoituva ihosyöpä ja se aiheuttaa 20% ihosyöpäkuolemista. Okasolusyövän ilmaantuvuus lisääntyy maailmanlaajuisesti. Okasolusyövän esiaste on aktiininen keratoosi, joka voi kehittyä paikalliseksi levyepiteelisyöväksi (Bowenin tauti). Tämä voi muuttua edelleen leviäväksi ja metastaattiseksi okasolusyöväksi. Tulehdussolut ja –tekijät kuuluvat syöpien mikroympäristöön. Muutokset esiasteisten ja paikallisesti levinneiden kasvaimien mikroympäristössä, kuten tyvikalvon rakenteen muuttuminen, tulehduksen lisääntyminen ja altistuminen mikrobirakenteille, lisäävät okasolusyövän kasvua. Komplementtijärjestelmä on tärkeä osa ihmisen luonnollista immuniteettia ja se säätelee tulehduksellisia prosesseja. Se voi aktivoitua kolmea eri reaktiotietä: klassinen, vaihtoehtoinen ja lektiini-aktivaatiotie.
Tässä väitöskirjassa on tutkittu komplementin klassisen aktivaatiotien komponentteja (C1q, C1r ja C1s) okasolusyövän kehittymisessä viljelmässä ja in vivo. Korkeat C1r ja C1s tasot havaittiin okasolusyövän soluissa viljelmässä. Lisäksi havaittiin immunohistokemiallisella analyysilla, että C1r ja C1s ilmentyvät erityisesti okasolusyöpäsoluissa in vivo. Immunohistokemiallinen analyysi paljasti myös, että C1q ilmeni erityisesti kasvaimen mikroympäristössä makrofageissa ja aktivoituneissa fibroblasteissa in vivo. C1r:n ja C1s:n hiljentäminen sekä C1r:n poistaminen vähensi okasolusyövän kasvainsolujen elinkykyä ja liikkumista viljelmässä. C1r:n poistaminen vähensi kasvainsolujen MMP-1, -13, 10 ja -12 tuotantoa ja MMP-13 tuotantoa, kollageenin hajotusta ja invaasiota in vivo SCIDhiirissä kasvatetuissa ksenograftikasvaimissa. C1r:n ja C1s:n hiljentäminen sekä C1r:n poistaminen vähensi okasolusyövän kasvua ja vähensi lisääntyvien solujen jakautumista, CD34-positiivisten verisuonten määrää sekä lisäsi apoptoottisten solujen määrää.
Tässä tutkimuksessa osoitetaan C1q, C1r ja C1s rooli okasolusyövän kehittymisessä. Komplementin klassisen aktivaatiotien komponentit C1q, C1r ja C1s voivat mahdollisesti toimia merkkitekijöinä ja hoitokohteina ihon okasolusyövälle. Komplemendi klassikaline rada naha lamerakulises kartsinoomis
Naha lamerakk-kartsinoom (NLK), mis tuleneb epiteliaalsetest keratinosüütidest, on kõige levinum metastaase tekitav nahavähi vorm, mis põhjustab 20% nahavähi surmajuhtumitest. NLK esinemissagedus kasvab kogu maailmas. NLKle eelneb tavaliselt aktiiniline keratoos (AK), mis võib areneda edasi lokaalseks lamerakuliseks kartsinoomiks (Boweni tõbi), sellisel juhul esinevad pahaloomulised kasvajarakud ainult epidermises ega läbista basaalmembraani. Haigus võib edasi areneda invasiivseks ja metastaatiliseks NLKks. Põletikulised rakud on osa vähkkasvajate mikrokeskkonnast. AK ja Boweni tõbi põhjustavad lokaalseid muudatusi mikrokeskkonnas. Muutused basaalmembraani struktuuris, suurenenud põletik ja kokkupuude mikroobsete struktuuridega suurendavad NLK teket ja kasvu. Komplemendisüsteem on üks olulisemaid kaasasündinud immuunkaitse osi, mis reguleerib põletikulisi protsesse. Komplemendisüsteem on aktiveeritav läbi kolme erineva raja: klassikalise, alternatiivse ja lektiini raja.
Käesolevas doktoritöös olen uurinud komplemendi klassikalise raja komponentide (C1q, C1r ja C1s) esinemist ja rolli NLK tekkes koekultuuris ja kasvaja koes. Koekultuuris tuvastati kõrged C1r ja C1s tasemed NLK rakkudes. Immunohistokeemilise analüüsiga leidsime, et C1r ja C1s ekspresseeruvad NLK vähirakkudes ja C1q valku ekspresseeriti spetsiifiliselt kasvaja mikrokeskkonna markofaagides ja aktiveeritud fibroblastides. Lisaks näitasin koekultuuri mudelitega, et C1r ja C1s vaigistamine ning C1r eemaldamine vähendas NLK rakkude elujõulisust ja liikuvust koekultuuris. C1r eemaldamine vähendas kasvajarakkude MMP-1, -13, -10 ja -12 ensüümide tootmist ning MMP-13 poolt ensümaatilist kollageeni lagundamist ja vähi rakkude invasiooni SCID hiirtel ksenotransplantaadi kasvajat ümbritsevatesse kudedesse. C1r ja C1s vaigistamine ning C1r eemaldamine vähendas NLK kasvu ning prolifereeruvate rakkude arvu, CD34-positiivsete veresoonte arvu ja suurendas apoptootiliste rakkude arvu kasvaja koes.
Selles uurimustöös näitan C1q, C1r ja C1s valkude rolli NLK tekkes. Komplemendi klassikalise raja komponendid C1q, C1r ja C1s võiksid olla naha lamerakk-kartsinoomi markeriteks ja ravi sihtmärkideks.
In this study, the role of the classical pathway components (C1q, C1r and C1s) of the complement system in the progression of cSCC was studied. High expression of C1r and C1s was seen in cSCC cells in culture. Immunohistochemistry (IHC) showed the expression of C1r and C1s specifically in tumor cells in vivo. IHC analysis revealed higher expression of C1q specifically in the tumor microenvironment in stromal fibroblasts and in macrophages compared to AK or cSCCIS in vivo. Knockdown of C1r or C1s and knockout of C1r decreased viability, migration and invasion of cSCC cells in culture. Knockout of C1r inhibited expression of MMP-1, -13, -10 and -12 by cSCC cells and MMP-13 production, degradation of collagen and invasion in cSCC xenografts in SCID mice in vivo. Knockdown of C1r or C1s and knockout of C1r inhibited growth of cSCC xenografts in vivo. In these tumors, C1r or C1s knockdown or C1r knockout decreased the number of proliferating cells and CD34 positive blood vessels and increased the number of apoptotic cells.
This study provides new evidence for the roles of C1q, C1r and C1s in tumor progression, demonstrating these as molecular biomarkers and putative therapeutic targets for cSCC.
Keratinosyyttiperäinen okasolusyöpä (ihon levyepiteelisyöpä) on yleisin metastasoituva ihosyöpä ja se aiheuttaa 20% ihosyöpäkuolemista. Okasolusyövän ilmaantuvuus lisääntyy maailmanlaajuisesti. Okasolusyövän esiaste on aktiininen keratoosi, joka voi kehittyä paikalliseksi levyepiteelisyöväksi (Bowenin tauti). Tämä voi muuttua edelleen leviäväksi ja metastaattiseksi okasolusyöväksi. Tulehdussolut ja –tekijät kuuluvat syöpien mikroympäristöön. Muutokset esiasteisten ja paikallisesti levinneiden kasvaimien mikroympäristössä, kuten tyvikalvon rakenteen muuttuminen, tulehduksen lisääntyminen ja altistuminen mikrobirakenteille, lisäävät okasolusyövän kasvua. Komplementtijärjestelmä on tärkeä osa ihmisen luonnollista immuniteettia ja se säätelee tulehduksellisia prosesseja. Se voi aktivoitua kolmea eri reaktiotietä: klassinen, vaihtoehtoinen ja lektiini-aktivaatiotie.
Tässä väitöskirjassa on tutkittu komplementin klassisen aktivaatiotien komponentteja (C1q, C1r ja C1s) okasolusyövän kehittymisessä viljelmässä ja in vivo. Korkeat C1r ja C1s tasot havaittiin okasolusyövän soluissa viljelmässä. Lisäksi havaittiin immunohistokemiallisella analyysilla, että C1r ja C1s ilmentyvät erityisesti okasolusyöpäsoluissa in vivo. Immunohistokemiallinen analyysi paljasti myös, että C1q ilmeni erityisesti kasvaimen mikroympäristössä makrofageissa ja aktivoituneissa fibroblasteissa in vivo. C1r:n ja C1s:n hiljentäminen sekä C1r:n poistaminen vähensi okasolusyövän kasvainsolujen elinkykyä ja liikkumista viljelmässä. C1r:n poistaminen vähensi kasvainsolujen MMP-1, -13, 10 ja -12 tuotantoa ja MMP-13 tuotantoa, kollageenin hajotusta ja invaasiota in vivo SCIDhiirissä kasvatetuissa ksenograftikasvaimissa. C1r:n ja C1s:n hiljentäminen sekä C1r:n poistaminen vähensi okasolusyövän kasvua ja vähensi lisääntyvien solujen jakautumista, CD34-positiivisten verisuonten määrää sekä lisäsi apoptoottisten solujen määrää.
Tässä tutkimuksessa osoitetaan C1q, C1r ja C1s rooli okasolusyövän kehittymisessä. Komplementin klassisen aktivaatiotien komponentit C1q, C1r ja C1s voivat mahdollisesti toimia merkkitekijöinä ja hoitokohteina ihon okasolusyövälle.
Naha lamerakk-kartsinoom (NLK), mis tuleneb epiteliaalsetest keratinosüütidest, on kõige levinum metastaase tekitav nahavähi vorm, mis põhjustab 20% nahavähi surmajuhtumitest. NLK esinemissagedus kasvab kogu maailmas. NLKle eelneb tavaliselt aktiiniline keratoos (AK), mis võib areneda edasi lokaalseks lamerakuliseks kartsinoomiks (Boweni tõbi), sellisel juhul esinevad pahaloomulised kasvajarakud ainult epidermises ega läbista basaalmembraani. Haigus võib edasi areneda invasiivseks ja metastaatiliseks NLKks. Põletikulised rakud on osa vähkkasvajate mikrokeskkonnast. AK ja Boweni tõbi põhjustavad lokaalseid muudatusi mikrokeskkonnas. Muutused basaalmembraani struktuuris, suurenenud põletik ja kokkupuude mikroobsete struktuuridega suurendavad NLK teket ja kasvu. Komplemendisüsteem on üks olulisemaid kaasasündinud immuunkaitse osi, mis reguleerib põletikulisi protsesse. Komplemendisüsteem on aktiveeritav läbi kolme erineva raja: klassikalise, alternatiivse ja lektiini raja.
Käesolevas doktoritöös olen uurinud komplemendi klassikalise raja komponentide (C1q, C1r ja C1s) esinemist ja rolli NLK tekkes koekultuuris ja kasvaja koes. Koekultuuris tuvastati kõrged C1r ja C1s tasemed NLK rakkudes. Immunohistokeemilise analüüsiga leidsime, et C1r ja C1s ekspresseeruvad NLK vähirakkudes ja C1q valku ekspresseeriti spetsiifiliselt kasvaja mikrokeskkonna markofaagides ja aktiveeritud fibroblastides. Lisaks näitasin koekultuuri mudelitega, et C1r ja C1s vaigistamine ning C1r eemaldamine vähendas NLK rakkude elujõulisust ja liikuvust koekultuuris. C1r eemaldamine vähendas kasvajarakkude MMP-1, -13, -10 ja -12 ensüümide tootmist ning MMP-13 poolt ensümaatilist kollageeni lagundamist ja vähi rakkude invasiooni SCID hiirtel ksenotransplantaadi kasvajat ümbritsevatesse kudedesse. C1r ja C1s vaigistamine ning C1r eemaldamine vähendas NLK kasvu ning prolifereeruvate rakkude arvu, CD34-positiivsete veresoonte arvu ja suurendas apoptootiliste rakkude arvu kasvaja koes.
Selles uurimustöös näitan C1q, C1r ja C1s valkude rolli NLK tekkes. Komplemendi klassikalise raja komponendid C1q, C1r ja C1s võiksid olla naha lamerakk-kartsinoomi markeriteks ja ravi sihtmärkideks.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2889]