The microenvironment is increasingly being recognized as a key player in
supporting cancer progression. Therefore, investigating heterotypic
interactions between cancer cells and their microenvironment is important for
improving our understanding of how specific cell types support tumor growth
and facilitates metastasis. The intralobular breast stroma is highly
vascularized and endothelial cells (ECs) are a major cell type in breast
cancer microenvironment.
Here, we analyze crosstalk between non-tumorigenic and tumorigenic breast
epithelial cells and endothelial cells (ECs) using the cellular model of D492,
D492M (both non-tumorigenic) and D492HER2 (tumorigenic). D492 is a
breast epithelial cell-line that in co-culture with ECs underwent epithelial-tomesenchymal-
transition and gave rise to D492M. D492HER2 was generated
by overexpressing the HER2-oncogene in D492.
Treatment with conditioned medium (CM) from D492HER2 increased
endothelial network formation and induced an endothelial feedback
increasing cancer cell migration and invasion. Secretome analysis identified
extracellular matrix protein 1 (ECM1) and chitinase-3-like protein 1
(CHI3L1/YKL-40) as pro-angiogenic candidates in CM from D492HER2.
ECM1 knockdown in D492HER2 reduced the pro-angiogenic properties of
D492HER2 and prevented endothelial feedback induction. ECs treated with
D492HER2-CM and recombinant ECM1 (rECM1) showed upregulated
expression of NOTCH1 and NOTCH3. Inhibition of endothelial NOTCH
signaling blocked the increase in endothelial network formation upon rECM1
treatment as well as the induction of the feedback promoting cancer cell
migration and invasion. Knockdown of ECM1 in D492HER2 further led to
decreased basal marker expression and upregulation of GATA-binding
protein 3 (GATA3), which is associated with better prognosis. Knockdown of
YKL-40 also reduced pro-angiogenic properties of D492HER2, as well as
migration, invasion and formation of grape-like structures in 3D.
These data show that cancer cells affect their vascular niche through
secretion of ECM1, resulting in induction of an endothelial feedback
enhancing cancer cell tumorigenicity. Further, these data suggest ECM1 as a
novel mediator of GATA3 and of endothelial NOTCH signaling. YKL-40 may
contribute to cancer aggressiveness by increasing migration, invasion and
pro-angiogenic properties. Targeting the crosstalk between cancer cells and
their vascular niche may provide opportunities for improved treatment and
development of novel cancer treatments.
Það verður sífellt ljósara að umhverfi krabbameinsfruma, þ.m.t. frumuríkur
stoðvefur, spilar lykilhlutverk í stuðningi við framþróun æxlisvaxtar. Það er
mikilvægt að rannsaka samskipti milli krabbameinsfruma og stoðvefjar til að
skilja betur hvernig ákveðnar frumutegundir í stoðvef styðja við vöxt æxlis og
auðvelda meinvarpamyndun. Kirtilgangar og kirtilber brjósta eru umlukin
æðaþelsríkum stoðvef og hafa rannsóknir sýnt fram á að æðaþelsfrumur
stuðla að vexti og sérhæfingu þekjufruma í brjóstkirtli. Jafnframt er velþekkt
að nýmyndun æða er nauðsynlegt skref fyrir framþróun æxlisvaxtar.
Markmið þessa verkefnis var að rannsaka víxlverkandi samskipti milli
eðlilegra- og illkynja þekju- og æðaþelsfruma með því að notast við
frumulínurnar D492, D492M (sem hvorug myndar æxli í músum) og
D492HER2 (sem er æxlismyndandi). D492 er eðlileg brjóstaþekjufrumulína
með stofnfrumueiginleika sem í samrækt með æðaþeli undirgekkst
bandvefsumbreytingu þekjufruma (e. epithelial-to-mesenchymal transition) og
myndaði þannig D492M. D492HER2 var mynduð með yfirtjáningu á HER2
krabbameinsgeninu í D492 og hefur eiginleika illkynja æxlisfruma og sýnir að
hluta til svipgerð bandvefsfruma.
Æðaþelsfrumur sem ræktaðar voru í sermislausu æti frá D492HER2 frumum
sýndu aukna myndun æðanets í samburði við D492 og D492M. Frumuæti frá
æðaþelsfrumum sem áður höfðu verið ræktaðar í frumuæti frá D492HER2
auka frumuskrið D492HER2 fruma, sem gefur til kynna hugsanlega afturvirkni
(e. feedback). Með samanburðarkortlagningu á próteinmengi (e. secretome)
ætis sem D492 og D492HER2 frumur höfðu verið ræktaðar í greindum við
próteinin ECM1 og YKL-40 í D492HER2 frumuætinu sem kandidata fyrir
æðasprotamyndun í frumurækt. Með því að slá út ECM1 í D492HER2 dró úr
eiginleikum D492HER2 til að stuðla að æðasprotamyndun og afturvirknisáhrif
á frumuskrið og ífarandi hegðun D492HER2 voru hindruð. Æðaþelsfrumur
sem ræktaðar voru í sermislausu æti frá D492HER2 frumum með
„recombinant“ ECM1 (rECM1) sýndu aukna tjáningu á NOTCH1 og NOTCH3.
Bæling á NOTCH boðleiðinni í æðaþelsfrumum hindraði aukningu á
æðasprotamyndun í frumurækt af völdum rECM1 og hindraði einnig
afturvirknisáhrif á frumuskrið og ífarandi hegðun krabbameinsfruma.
Niðursláttur (e. knockdown) á ECM1 í D492HER2 leiddi ennfremur til
minnkaðrar tjáningar á basalfrumu svipgerð og aukningar á tjáningu GATA3 umritunarþáttarins sem er lykilþáttur í sérhæfingu kirtilþekjufruma og sem er
einnig tengdur betri lífslíkum. Niðursláttur á YKL-40 dró einnig úr getu
D492HER2 til að stuðla að æðasprotamyndun í frumurækt, dró úr frumuskriði
og ífarandi hegðun og myndun berjaklasa formgerðar í þrívíðri rækt.
Niðurstöðurnar sýna að krabbameinsfrumur, í þessu tilfelli HER2 yfirtjáandi
brjóstaþekjufrumur, hafa áhrif á æðarnar umhverfis þær með því að seyta
ECM1 sem hvatar æðavöxt og ýtir undir afturverkandi áhrif frá
æðaþelsfrumunum á krabbameinsfrumurnar þannig að æxlismyndandi
eiginleikar þeirra aukast. Ennfremur sýna niðurstöðurnar að ECM1 getur
miðlað boðum í gegnum GATA3 og NOTCH boðleiðina í æðaþeli. YKL-40 ýtir
hugsanlega undir illkynja hegðun krabbameina með því að auka frumuskrið,
ífarandi hegðun og eiginleikann til að stuðla að æðasprotamyndun.
Niðurstöður þessarar rannsóknar benda til þess að meðferðarúrræði sem
beinast gegn víxlverkandi samskiptum krabbameinsfruma og æðaþelsfruma
gætu reynst góð í baráttunni gegn krabbameini.
