Beheersing van leidercellen die primaire borsttumorinvasie en metastatische uitgroei aansturen

Probleemomschrijving

Patiënten met uitzaaiingen van borstkanker zijn ongeneeslijk ziek en hebben een mediane overleving van minder dan 3 jaar na chemo/radiotherapie. Naarmate metastasetumoren zich uitbreiden, induceren ze weefselmodificaties en schade om gemetastaseerde organen disfunctioneel te maken. Dit is de belangrijkste doodsoorzaak van borstkankerpatiënten. Ondanks decennia van onderzoek weten we nog steeds heel weinig over de cellulaire transformaties die ervoor zorgen dat tumoren omliggend weefsel binnendringen en uitzaaien. Een beter begrip van de mechanismen die de primaire tumorinvasie en secundaire tumoruitgroei regelen, kan mogelijkheden bieden voor therapie om de gemetastaseerde ziekte te verbeteren.

De metatstatische cascade begint met de verspreiding van primaire borsttumorcellen naar het omringende weefsel door middel van collectieve celinvasie: kankercellen bewegen zich als samenhangende groepen, aangedreven door een subgroep van tumorcellen die een basaalceltranscriptieprogramma hebben geactiveerd. Deze basaalachtige cellen produceren leidercellen die meercellige invasie initiëren en begeleiden. Het elimineren van basaalachtige cellen uit de primaire tumor vermindert zowel lokale invasie als metastasen op afstand. De efficiëntie van collectieve invasie hangt sterk af van de biochemische en fysische kenmerken van de extracellulaire matrix (ECM). Lokale toename in de dichtheid en stijfheid van collageen I induceert het verschijnen van invasieve strengen. De mate van hun aanwezigheid in primaire tumorsecties hangt tevens samen met een slecht klinisch resultaat. Het is daarom cruciaal voor anti-metastasetherapieontwikkeling om de moleculaire mechanismen te begrijpen achter de collageen-geïnduceerde transformatie van cellen aan de tumorrand naar leidercellen die collectieve invasie initiëren.

Later in de metastatische cascade wordt de uitgroei op de secundaire plaats voornamelijk toegeschreven aan celproliferatie, maar recente topologische analyses van metastatische laesies duiden ook op een belangrijke bijdrage door collectieve invasie van kankercellen. Bovendien zijn basaalachtige cellen ook gedetecteerd in secundaire tumoren, wat een rol in het leiden van orgaankolonisatie, vergelijkbaar met het leiden van collectieve invasie in primaire tumoren, waarschijnlijk maakt. Dit is tot dusverre onbestudeerd gebleven.

Preliminair werk

We hebben een feed-forward-mechanisme ontdekt, gecontroleerd door collageenmechanotransductie dat basaalachtige cellen transformeert in invasieve leiders. Door deze lus te verstoren, wordt collectieve invasie voorkomen, waardoor we het belang ervan bij primaire invasie en secundaire uitgroei kunnen onderzoeken. Als we de moleculaire details van dit mechanisme begrijpen, kunnen we therapeutische strategieën ontwerpen.

In de afgelopen jaren heb ik primaire organoïde modellen voor borstkanker opgezet van muizen- en patiëntencellen om basaalachtige celgemedieerde invasie te bestuderen en om de dynamiek van de 2 belangrijkste celpopulaties (luminaal en basaalachtig) in deze tumoren te volgen.

Met behulp van deze organoïde modellen heb ik aangetoond dat cel-matrix interacties essentieel zijn voor het positioneren van basaalachtige cellen op het tumor-ECM-grensvlak, wat de belangrijkste eerste stap is om contact te leggen met collageenrijke ECM. Bovendien heb ik ontdekt dat mechanosensitieve interacties met de matrixcomponent collageen de transformatie van basaalachtige cellen naar invasieve leiders stimuleren. Verder heb ik het transcriptionele programma ontdekt dat verantwoordelijk is voor deze transformatie. Veel genen van het geïdentificeerde programma worden gereguleerd door het mechanosensitieve transcriptiecomplex YAP-TEAD. Verschillende van deze genen reguleren op hun beurt de collageenmechanica. Mijn voorbereidende werk geeft dus aan dat YAP-TEAD zich in het midden van een feed-forward-lus bevindt: Geactiveerd door collageen I, induceert YAP-TEAD collageenregulatoren om de ECM-stijfheid te verhogen, wat verdere YAP-activering stimuleert. Deze YAP-gecentreerde lus wordt niet geactiveerd in luminale cellen die in contact zijn met collageen I. Dit verklaart het stochastische voorkomen van basaalachtige leidercellen die nieuwe collectieve invasies aandrijven op het tumor-ECM-grensvlak.

Ik heb aangetoond dat de collectieve invasieve patronen die in organoïde culturen worden waargenomen, worden gerecapituleerd in primaire borsttumoren van patiënten, door 3D-reconstructietechnieken van dikke tumorweefselcoupes te ontwikkelen. Door de topologie van de invasieve marges van primaire laesies te analyseren werd bevestigd dat kankercellen voornamelijk aanwezig zijn als meercellige strengen en clusters die zich uitstrekken tot in het omringende weefsel. Verder heb ik vergelijkbare collectieve invasiepatronen geïdentificeerd op secundaire tumorlocaties, en een ex vivo model opgesteld om de groei van borstkankerorganoïden in en kolonisatie van metastatische organen te bestuderen met behulp van ontceld weefsel.

In dit voorstel streef ik ernaar om i) de mechanismen te karakteriseren die de positionering van basaalachtige cellen op de ECM-interface regelen. ii) de belangrijkste spelers te identificeren in de door collageen I-geïnduceerde opkomst van leidercellen in primaire borsttumoren iii) het belang van leidercelfunctie bij de uitgroei van uitgezaaide tumoren te onderzoeken.

Plan van onderzoek

1) Bepalen van de cel-ECM-adhesiemoleculen die nodig zijn om basaalachtige cellen op het organoïde-ECM-grensvlak te plaatsen om in contact te komen met collageen I, met integrine en niet-integrine ECM-receptoren als target. Karakteriseren van het mechanisme en het belang van luminaal-naar-basaal transitie bij het tot stand brengen van nieuwe basaalachtige cellen op de tumor-ECM-interface.

2) Ophelderen van de hoofdrolspelers in de YAP-gecentreerde feed-forward-lus die nodig zijn voor de door collageen I-geïnduceerde invasie in vitro en in vivo. Collageensensoren en genen die opgereguleerd worden door collageen I zullen worden getarget door middel van silencing en farmacologische remming en getest op hun interferentie in collectieve celinvasie in vitro en in melkkliervet in vivo. Tevens expressie en distributie analyse van de geïdentificeerde genen in primaire borsttumoren van patiënten en correlatie van hun expressie met de tumorinvasieve kenmerken en klinische uitkomst.

3) Karakteriseren van de morfologie en cellulaire organisatie van secundaire borsttumoren in longen en lever, door analyse van dunne en dikke coupes van long- en levermetastasen. Bovendien onderzoeken van de rol van het ontstaan ​​van basaalachtige leidercellen bij de ontwikkeling van secundaire tumoren in vivo. Daarnaast testen we het effect van kandidaatgeninterferentie op de uitgroei van secundaire tumoren en de metastatische last.

Verwachte uitkomst

We verwachten dat het voorgestelde onderzoek i) inzicht geeft over het belang van basaalachtige celpositionering op de tumor-ECM-interface waar ze de bron vormen van invasieve leidercellen ii) de belangrijkste, doelgerichte spelers identificeert in een nieuw, mechanosensitief feed-forward-mechanisme dat de opkomst beheerst van leiderscellen die invasie van borstkankercellen in het omringende weefsel stimuleren. iii) de bijdrage kan bepalen van de leidercel-gedreven invasie aan de secundaire tumorexpansie in vitale organen. Als geheel zal deze kennis biomarkers opleveren om de prognostische diagnose te verbeteren en targetbare intermediairen identificeren om met de metastatische cascade te interfereren.