Header

UZH-Logo

Maintenance Infos

Tumor associated macrophages regulate epithelial to mesenchymal transition in tumor cells in a TGF-β dependent manner


Bonde, Anne-Katrine. Tumor associated macrophages regulate epithelial to mesenchymal transition in tumor cells in a TGF-β dependent manner. 2010, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Zusammenfassung      1. Das Wachstum eines Tumors hängt von einer Reihe von limitierenden

Schritten ab, die in höchstem Masse von der Mikroumgebung des Tumors

beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang gelten Tumor-assoziierte

Makrophagen (TAM) als hauptsächliche Regulatoren des Tumorwachstums; dies

einerseits wegen deren Einfluss auf die Angiogenese, auf den sogenannten

„angiogenic switch“, und andererseits wegen deren vielfältigen Funktionen im

Modellieren der Tumormikroumgebung. Diese Ereignisse erleichtern und

orchestrieren die Invasion und Verbreitung von Tumorzellen ins benachbarte

Gewebe, weshalb man auch begünstigende Effekte der TAM auf die Bildung von

Metastasen vermutet. Ihr genauer Einfluss in diesen komplexen Prozessen ist

allerdings noch nicht vollständig aufgeklärt.

Schon früher haben wir und andere die vielseitige Rolle von TAM im

Tumorwachstum studiert, indem wir TAM in Tumor tragenden Mäusen mit einer

pharmakologischen Methode depletierten. Diese Studien haben erfolgreich eine

kausale Verbindung zwischen TAM Depletion und reduziertem Tumorwachstum

hergestellt, wobei die TAM-abhängige Tumorangiogenese als hauptsächlicher

Mechanismus identifiziert wurde. In der präsentierten Arbeit habe ich diese auf

Bisphosphonat-Liposomen basierte Technik der TAM Depletion im F9-Terato-

karzinom Mausmodell angewendet, und mit Hilfe einer Genexpressionsanalyse

dieser Tumore Genprofile identifiziert, welche zusätzliche und neuartige Rollen für

TAM in Tumorwachstum und -entwicklung aufdeckten. Zusammenfassung      Resultate dieser Analyse haben eine Korrelation zwischen TAM-Dichte und einem

Genprofil ergeben, das der sogenannten epithelial-mesenchymalen-Transition (EMT)

entspricht. EMT ist ein gut charakterisierter Mechanismus, durch welchen

epithelartige Tumorzellen einen invasiven mesenchymalen Phänotyp erlangen

können, der als limitierender Schritt in der Tumorinvasion und Metastasierung

betrachtet wird. Die gefundene Korrelation zwischen TAM-Dichte und EMT-

assoziiertem Genprofil suggeriert demzufolge eine Rolle der TAM in der Regulation

der EMT-assoziierten Tumorinvasion. Dieser Befund wurde weiter in Zellkulturen von

F9- und NMuMG-Zellen und mit molekularen und zellbiologischen Techniken

untersucht. Dabei wurde der TAM-abhängige Faktor TGF-β1, und die durch diesen

Faktor induzierte Aktivierung der β-Catenin Signalkaskade, als Hauptmechanismus

der Tumorzell-EMT identifiziert.

Die TAM-induzierte EMT führte zu erhöhter Tumorzellinvasion als Antwort auf

Makrophagen abhängige Chemokine. Die Invasion wurde jedoch nach

Neutralisierung von TGF-β1 wieder aufgehoben. TGF-β1 alleine erwies sich nicht als

genügend starkes Chemoattraktans für die untersuchten Zelllinien. Demzufolge

zeigen die Daten einen direkten Einfluss der TAM auf die intrinsische Regulierung

invasiver Eigenschaften von Tumorzellen. TAM sind eine wichtige Quelle

verschiedenster Faktoren, wie z.B. SDF-1, VEGF und EGF und die Ergebnisse

suggerieren demnach ein Modell in welchem TAM durch eine TGF-β abhängige

Signalübertragung einen invasiven Tumorzellphänotyp via EMT ausbilden und

gleichzeitig durch Signalübertragung von Chemokinen den Tumorzellen wachstums-

gerichtete Stimuli bieten. Zusammenfassung      Ein wichtiger Aspekt dieser Studie war die Evaluation der klinischen Relevanz der

TAM-induzierten Tumor-EMT im Verlauf einer Tumorerkrankung. Diese Relevanz

wurde durch eine histopathologische Analyse von 491 Tumorproben von nicht

kleinzelligen Lungenkarzinomen („non-small cell lung cancer“, NSCLC) bestätigt,

wobei eine signifikante Korrelation zwischen intra-tumoraler Makrophagendichte,

mesenchymalem Tumorzell-Phänotyp und dem Entwicklungsgrad der Tumore

gezeigt werden konnte. Diese klinische Relevanz der grundlegenden in vivo und in

vitro Ergebnisse weist darauf hin, dass therapeutische Ansätze gegen TAM den

Krankheitsverlauf von EMT-assoziierten Tumorformen möglicherweise verbessern

könnten.

Insgesamt kann durch die Resultate aus meiner Doktorarbeit eine neuartige

Dimension im komplexen Zusammenspiel von Tumorzellen und der Tumor-

mikroumgebung erkannt werden. Summary      1. Summary

Tumor progression depends on a number of rate-limiting steps that are highly

influenced by the tumor microenvironment. To this end, tumor associated

macrophages (TAMs) are regarded as key regulators of tumor progression. This is

in part due to their involvement in the “angiogenic switch” and their functions in

modulating tumor growth. Moreover, TAMs secrete a vast amount of chemokines

through which they attract motile cancer cells. These events facilitate and

orchestrate tumor cell invasion and dissemination, thus TAMs are generally

believed to promote tumorigenesis and metastatic disease. However, their exact

involvement in these processes and the mechanisms of action remain elusive.

Our laboratory and others have previously studied the versatile roles of TAMs

in tumor progression by performing pharmacologic depletion of TAMs in tumor

bearing mice. These studies successfully linked TAM-depletion to reduced tumor

growth and identified TAM-dependent tumor-angiogenesis as a major regulator

hereof. In the presented work, I have used this bisphosphonate-liposome based

technique to deplete TAMs in F9-teratocarcinoma tumors. I have combined this

technique with gene expression analysis performed on the isolated F9-tumors and

identified gene expression profiles revealing additional and novel implications for

TAMs in tumor growth and progression.

Data obtained from this comparative gene expression analysis revealed a

correlation between TAM density and a gene expression profile characteristic of

epithelial to mesenchymal transition (EMT). EMT is a well characterized

mechanism through which epithelial tumor cells can acquire an invasive,

mesenchymal phenotype, and it is therefore regarded to be a rate-limiting step in

tumor invasion and progression. Thus, the correlation between TAM density and Summary      EMT-associated gene expression suggested a role for TAMs in regulation of EMT-

associated tumor invasion. This was confirmed in cell cultures of murine F9- and

mammary gland NMuMG-cells by using molecular and cell biological techniques.

Importantly, TAM-derived TGF-β and consecutive activation of the β-catenin

pathway was identified as a main inducer of tumor cell EMT.

TAM-induced EMT led to increased invasion in response to macrophage-

derived chemokines, however invasion was abrogated upon neutralization of TGF-

β1. TGF-β1 alone did not prove to be a potent chemoattractant for the tested cell

lines, thus the data suggests that TGF-β regulates tumor cell invasion by induction

of a chemotactic phenotype, rather than providing chemoattracting signaling. The

data demonstrate a direct involvement of TAMs in the intrinsic regulation of

invasive properties in tumor cells.

An important aspect of this study was to evaluate the clinical relevance of

TAM-induced tumor EMT in disease progression. This was done by a histo-

pathologic analysis of 491 non-small cell lung cancer specimens, which revealed a

significant correlation between intra-tumoral macrophage density, mesenchymal

tumor cell phenotype and tumor grade. This underscores the clinical relevance of

the murine data and suggests that therapeutic targeting of TAMs may improve

management of cancers susceptible to stroma induced EMT-associated disease

progression.

Collectively, the data obtained during the course of my PhD unravel a novel

dimension in the complex interplay between tumor cells and the tumor stroma and

provide novel insight valuable for the development of therapies abrogating EMT-

associated disease progression.

Abstract

Zusammenfassung      1. Das Wachstum eines Tumors hängt von einer Reihe von limitierenden

Schritten ab, die in höchstem Masse von der Mikroumgebung des Tumors

beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang gelten Tumor-assoziierte

Makrophagen (TAM) als hauptsächliche Regulatoren des Tumorwachstums; dies

einerseits wegen deren Einfluss auf die Angiogenese, auf den sogenannten

„angiogenic switch“, und andererseits wegen deren vielfältigen Funktionen im

Modellieren der Tumormikroumgebung. Diese Ereignisse erleichtern und

orchestrieren die Invasion und Verbreitung von Tumorzellen ins benachbarte

Gewebe, weshalb man auch begünstigende Effekte der TAM auf die Bildung von

Metastasen vermutet. Ihr genauer Einfluss in diesen komplexen Prozessen ist

allerdings noch nicht vollständig aufgeklärt.

Schon früher haben wir und andere die vielseitige Rolle von TAM im

Tumorwachstum studiert, indem wir TAM in Tumor tragenden Mäusen mit einer

pharmakologischen Methode depletierten. Diese Studien haben erfolgreich eine

kausale Verbindung zwischen TAM Depletion und reduziertem Tumorwachstum

hergestellt, wobei die TAM-abhängige Tumorangiogenese als hauptsächlicher

Mechanismus identifiziert wurde. In der präsentierten Arbeit habe ich diese auf

Bisphosphonat-Liposomen basierte Technik der TAM Depletion im F9-Terato-

karzinom Mausmodell angewendet, und mit Hilfe einer Genexpressionsanalyse

dieser Tumore Genprofile identifiziert, welche zusätzliche und neuartige Rollen für

TAM in Tumorwachstum und -entwicklung aufdeckten. Zusammenfassung      Resultate dieser Analyse haben eine Korrelation zwischen TAM-Dichte und einem

Genprofil ergeben, das der sogenannten epithelial-mesenchymalen-Transition (EMT)

entspricht. EMT ist ein gut charakterisierter Mechanismus, durch welchen

epithelartige Tumorzellen einen invasiven mesenchymalen Phänotyp erlangen

können, der als limitierender Schritt in der Tumorinvasion und Metastasierung

betrachtet wird. Die gefundene Korrelation zwischen TAM-Dichte und EMT-

assoziiertem Genprofil suggeriert demzufolge eine Rolle der TAM in der Regulation

der EMT-assoziierten Tumorinvasion. Dieser Befund wurde weiter in Zellkulturen von

F9- und NMuMG-Zellen und mit molekularen und zellbiologischen Techniken

untersucht. Dabei wurde der TAM-abhängige Faktor TGF-β1, und die durch diesen

Faktor induzierte Aktivierung der β-Catenin Signalkaskade, als Hauptmechanismus

der Tumorzell-EMT identifiziert.

Die TAM-induzierte EMT führte zu erhöhter Tumorzellinvasion als Antwort auf

Makrophagen abhängige Chemokine. Die Invasion wurde jedoch nach

Neutralisierung von TGF-β1 wieder aufgehoben. TGF-β1 alleine erwies sich nicht als

genügend starkes Chemoattraktans für die untersuchten Zelllinien. Demzufolge

zeigen die Daten einen direkten Einfluss der TAM auf die intrinsische Regulierung

invasiver Eigenschaften von Tumorzellen. TAM sind eine wichtige Quelle

verschiedenster Faktoren, wie z.B. SDF-1, VEGF und EGF und die Ergebnisse

suggerieren demnach ein Modell in welchem TAM durch eine TGF-β abhängige

Signalübertragung einen invasiven Tumorzellphänotyp via EMT ausbilden und

gleichzeitig durch Signalübertragung von Chemokinen den Tumorzellen wachstums-

gerichtete Stimuli bieten. Zusammenfassung      Ein wichtiger Aspekt dieser Studie war die Evaluation der klinischen Relevanz der

TAM-induzierten Tumor-EMT im Verlauf einer Tumorerkrankung. Diese Relevanz

wurde durch eine histopathologische Analyse von 491 Tumorproben von nicht

kleinzelligen Lungenkarzinomen („non-small cell lung cancer“, NSCLC) bestätigt,

wobei eine signifikante Korrelation zwischen intra-tumoraler Makrophagendichte,

mesenchymalem Tumorzell-Phänotyp und dem Entwicklungsgrad der Tumore

gezeigt werden konnte. Diese klinische Relevanz der grundlegenden in vivo und in

vitro Ergebnisse weist darauf hin, dass therapeutische Ansätze gegen TAM den

Krankheitsverlauf von EMT-assoziierten Tumorformen möglicherweise verbessern

könnten.

Insgesamt kann durch die Resultate aus meiner Doktorarbeit eine neuartige

Dimension im komplexen Zusammenspiel von Tumorzellen und der Tumor-

mikroumgebung erkannt werden. Summary      1. Summary

Tumor progression depends on a number of rate-limiting steps that are highly

influenced by the tumor microenvironment. To this end, tumor associated

macrophages (TAMs) are regarded as key regulators of tumor progression. This is

in part due to their involvement in the “angiogenic switch” and their functions in

modulating tumor growth. Moreover, TAMs secrete a vast amount of chemokines

through which they attract motile cancer cells. These events facilitate and

orchestrate tumor cell invasion and dissemination, thus TAMs are generally

believed to promote tumorigenesis and metastatic disease. However, their exact

involvement in these processes and the mechanisms of action remain elusive.

Our laboratory and others have previously studied the versatile roles of TAMs

in tumor progression by performing pharmacologic depletion of TAMs in tumor

bearing mice. These studies successfully linked TAM-depletion to reduced tumor

growth and identified TAM-dependent tumor-angiogenesis as a major regulator

hereof. In the presented work, I have used this bisphosphonate-liposome based

technique to deplete TAMs in F9-teratocarcinoma tumors. I have combined this

technique with gene expression analysis performed on the isolated F9-tumors and

identified gene expression profiles revealing additional and novel implications for

TAMs in tumor growth and progression.

Data obtained from this comparative gene expression analysis revealed a

correlation between TAM density and a gene expression profile characteristic of

epithelial to mesenchymal transition (EMT). EMT is a well characterized

mechanism through which epithelial tumor cells can acquire an invasive,

mesenchymal phenotype, and it is therefore regarded to be a rate-limiting step in

tumor invasion and progression. Thus, the correlation between TAM density and Summary      EMT-associated gene expression suggested a role for TAMs in regulation of EMT-

associated tumor invasion. This was confirmed in cell cultures of murine F9- and

mammary gland NMuMG-cells by using molecular and cell biological techniques.

Importantly, TAM-derived TGF-β and consecutive activation of the β-catenin

pathway was identified as a main inducer of tumor cell EMT.

TAM-induced EMT led to increased invasion in response to macrophage-

derived chemokines, however invasion was abrogated upon neutralization of TGF-

β1. TGF-β1 alone did not prove to be a potent chemoattractant for the tested cell

lines, thus the data suggests that TGF-β regulates tumor cell invasion by induction

of a chemotactic phenotype, rather than providing chemoattracting signaling. The

data demonstrate a direct involvement of TAMs in the intrinsic regulation of

invasive properties in tumor cells.

An important aspect of this study was to evaluate the clinical relevance of

TAM-induced tumor EMT in disease progression. This was done by a histo-

pathologic analysis of 491 non-small cell lung cancer specimens, which revealed a

significant correlation between intra-tumoral macrophage density, mesenchymal

tumor cell phenotype and tumor grade. This underscores the clinical relevance of

the murine data and suggests that therapeutic targeting of TAMs may improve

management of cancers susceptible to stroma induced EMT-associated disease

progression.

Collectively, the data obtained during the course of my PhD unravel a novel

dimension in the complex interplay between tumor cells and the tumor stroma and

provide novel insight valuable for the development of therapies abrogating EMT-

associated disease progression.

Statistics

Downloads

760 downloads since deposited on 18 Feb 2011
32 downloads since 12 months
Detailed statistics

Additional indexing

Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Schwendener Reto A,
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:570 Life sciences; biology
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2010
Deposited On:18 Feb 2011 12:33
Last Modified:24 Sep 2019 17:26
Number of Pages:103
Additional Information:Tumor associated macrophages regulate epithelial to mesenchymal transition in tumor cells in a TGF-β dependent manner / vorgelegt von Anne-Katrine Bonde. - Zürich, 2010
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod006250349&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

Download

Green Open Access

Download PDF  'Tumor associated macrophages regulate epithelial to mesenchymal transition in tumor cells in a TGF-β dependent manner'.
Preview
Filetype: PDF
Size: 8MB