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Tumor-microenvironment interactions studied by zonal transcriptional profiling of squamous cell lung carcinoma

Wu, Hui

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Abstract

Invasivität stellt einen wesentlichen Aspekt des Krankheitsverlaufs von Lungenkrebs dar. Wechselwirkungen zwischen Krebszellen und umgebendem Gewebe spielen eine wichtige Rolle bei der invasiven Ausbreitung und Metastasierung von Tumorerkrankungen. Das Erstellen von Genexpressionsprofilen von Lungentumoren und angrenzendem Gewebe, könnte helfen, die molekularen Mechanismen der Invasion von Tumorzellen und deren Interaktionen mit den angrenzenden Zellen zu verstehen. In der vorliegenden Studie wurden Analysen von (1) innerem Tumorgewebe, (2) Tumorinvasionsfront, (3) angrenzendem Lungengewebe sowie (4) normalem Lungengewebe von insgesamt 18 Patienten mit Plattenzellkarzinomen der Lunge durchgeführt. Hierbei wurden im Wesentlichen die Unterschiede in der Genexpression der verschiedenen Areale pro Patient ermittelt. Ziel war es, mittels Oligonukleotidmicroarray-basierter paralleler Transkriptmessung und dem TaqMan Low Density Array-Format zur semiquantitativen Bestimmung von MicroRNAs, neue molekulare Marker zu identifizieren. Besonderes Interesse galt hierbei dem invasiven Prozess von Krebszellen, sowie der Reaktion des angerenzenden Gewebes. Unter Verwendung von lasergestützter Mikrodissection, sowie einem Protokoll zur linearen Amplifikation von Gentranskripten (T7-basierend) und Oligonukleotidmicroarrays, wurden 13 Gene identifiziert, die eine differentielle Expression zwischen invasiver Tumorfront und innerem Tumorbereich zeigen. Eine zusätzliche Auswertung zu zellulären Signalwegen durch die Ingenuity® Software, ergab eine Überrepräsentation der Eikosanoid-Signalkaskade. Dies beinhaltete eine erhöhte Genexpression von Prostaglandin E Synthase und Prostaglandin F Synthase in Tumorarealen, sowie die erhöhte Genexpression von korrespondierenden Rezeptoren in ausschließlich tumorbenachbartem Lungengewebe. Die Proteine CCL19, APLNR und GIMAP7, nebst weiteren Proteinen zur Synthese und Signalverarbeitung von Prostaglandinen, wurden durch immunhistochemische Methoden validiert. Demnach könnten Prostaglandin E und F entscheidende Signalmoleküle für die Wechselwirkungen zwischen Krebszellen und umliegendem Gewebe sein. Neben diesen Kandidatengenen wurden in dieser Studie auch verschiedene MicroRNAs im Zusammenhang mit Lungenkrebs identifiziert. Hsa-mir-196a war hierbei in invasiver Tumorfront vergleichsweise geringer exprimiert als in inneren Tumorbereichen. Des Weiteren war Hsa-mir-650 als einzige MicroRNA spezifisch für Lungengewebe, welches dem Tumor angrenzt. Zudem zeigten insgesamt 66 MicroRNAs eine differentielle Expression zwischen Tumor und normaler Lunge. Die Expressionsmuster von Hsa-mir-196a, Hsa-mir-650 und Hsa-mir-224 wurden durch MicroRNA-FISH verifiziert. Folglich könnten Hsa-mir196a und Hsa-mir650 eine entscheidende Rolle bei der Interaktion zwischen Tumor und Mikroenvironment spielen.

Translation of abstract (English)

Invasiveness is a critical step in lung tumor progression, and the interaction between tumor cells with their surroundings may play an important role in tumor invasion and metastasis. To better understand the molecular mechanisms of tumor invasion and the interaction of the tumor with the surrounding cellular environment, matched-pair transcriptional profile analyses of inner tumor-, tumor invasion front-, adjacent lung- and normal lung cells from 18 patients with squamous cell lung carcinoma were undertaken to identify novel molecular markers by parallel gene expression profiling using oligonucleotide microarrays and microRNA TaqMan Low Density Arrays. Through "punch aided laser capture microdissection", T7 based RNA amplification and oligonucleotide microarray, 13 genes were identified as being differentially expressed between the tumor invasion front and the inner tumor. In addition to the identification of significant genes in the tumor invasion front, Ingenuity pathway analysis ranked eicosanoid pathway signalling high in tumor cells, with prostaglandin E synthase and F synthase being highly expressed in the tumor cells and the receptors of prostaglandin E being expressed only in lung tissue adjacent to the tumor. CCL19, APLNR and GIMAP7 as well as several proteins associated with prostaglandin formation and signalling, were validated by immunohistochemistry. Prostaglandins E and F may, therefore, be crucial messenger molecules in the interaction of the tumor with its surroundings. In addition to the mRNA gene candidates, several microRNAs were identified as being important in lung cancer. Hsa-mir-196a was indentified as being expressed less in the tumor invasion front than in the inner tumor; hsa-mir-650 was a unique adjacent lung specific microRNA; 66 microRNAs were differentially expressed between tumor and normal lung. The expression patterns of hsa-mir-196a, hsa-mir-650 and hsa-mir-224 were verified by microRNA FISH. Hsa-mir-196a and hsa-mir-650 may, therefore, be crucial microRNAs for tumor-microenvironment interactions.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Rippe, Dr. PD Karsten
Date of thesis defense: 26. October 2010
Date Deposited: 27. Oct 2010 12:07
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: Laser Microdissection , Lung Cancer , Microarray , MicroRNA , Gene expression profile
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