umu.sePublications
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Extratumoral effects of highly aggressive prostate cancer
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Medical Biosciences, Pathology. (Anders Bergh)ORCID iD: 0000-0001-7522-0997
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)Alternative title
Aggressiv prostatacancer : tidig påverkan i extratumoral vävnad (Swedish)
Abstract [en]

Prostate cancer (PC) is the most common cancer in Sweden. Most patients have slow growing tumors that will not cause them any harm within their lifetime, but some have aggressive tumors and will die from their disease. The ability of current clinical practice to predict tumor behavior and disease outcome is limited leading to both over- and undertreatment of PC patients. The men who die from their disease are those that develop metastases. It is therefore of great value to find better and more sensitive prognostic techniques, so that metastatic spread can be detected (or predicted) at an early time point, and so that appropriate treatment can be offered to each subgroup of patients. The aim of this thesis was to investigate if, and by what means, highly aggressive prostate tumors influence extratumoral tissues such as the non-malignant parts of the prostate and regional lymph nodes (LN), and also if any of our findings could be of prognostic importance. Gene- and protein expression analysis were the main methods used to address these questions. Our research group has previously introduced the expression Tumor Instructed (Indicating) Normal Tissue (TINT), and we use the term TINT-changes when referring to alterations in non-malignant tissue due to the growth of a tumor nearby or elsewhere in the body. In the Dunning rat PC-model we found that MatLyLu (MLL)-tumors, having a high metastatic ability, caused pre-metastatic TINT-changes that differ from those caused by AT1-tumors who have low metastatic ability. Prostate-TINT surrounding MLL-tumors had elevated immune cell infiltration, and gene ontology enrichment analysis suggested that biological functions promoting tumor growth and metastasis were activated in MLL- while inhibited in AT1-prostate-TINT. In the regional LNs we found signs of impaired antigen presentation, and decreased quantity of T cells in the MLL-model. One of the downregulated genes in the MLL-LNs was Siglec1 (also known as Cd169), expressed by LN resident macrophages that are important for antigen presentation. When examining metastasis-free LN tissue from PC patients we found CD169 expression to be a prognostic factor for PC-specific survival, and reduced expression was linked to an increased risk of PC-specific death. Some of our findings in prostate- and LN-TINT could be seen already when the tumors were very small suggesting that differences in TINT-changes between tumors with different metastatic capability can be detected early in tumor progression. However, before coming of use in the clinic more research is needed to better define a suitable panel of prognostic TINT-factors as well as the right time window of when to use them.

Abstract [sv]

Populärvetenskaplig sammanfattning

Prostatacancer är den i särklass vanligaste cancerformen hos män i Sverige. De flesta patienter har en mycket långsamt växande tumör som inte orsakar dem några större besvär under deras livstid, men enbart i Sverige dör ca 2500 patienter/år av sjukdomen. Det är först vid uppkomst av metastaser som sjukdomen blir dödlig. Befintliga diagnos- och prognosmetoder är otillräckliga när det gäller att uppskatta och förutse tumörens aggressivitet och risk för att bilda metastaser. Detta gör att vissa patienter inte får tillräcklig behandling eller behandlas försent medan andra behandlas i onödan. Behovet av förbättrad diagnostik är därför stort. Om vi kan hitta markörer för potentiellt metastaserande sjukdom, och i bästa fall också behandla innan metastaser uppstår, skulle det förbättra chansen för överlevnad markant.

För att kunna växa och spridas behöver en tumör inte bara förbereda närliggande vävnader utan förmodligen hela kroppen. Vår hypotes är att potentiell dödliga tumörer sannolikt är bättre på detta än mer ofarliga. Man vet från studier av andra cancerformer att farliga tumörer orsakar förändringar i det organ dit cancern senare sprids. Dessa förändringar sker för att de tumörceller som senare anländer ska kunna överleva, och processen har fått namnet pre-metastatisk nisch. Bl.a. har man sett att immunsystemet hämmas och nybildning av kärl ökar. Det är vanligt att metastaser uppstår i närliggande lymfkörtlar innan uppkomst av metastaser i andra organ. Dock är väldigt lite känt om pre-metastatiska förändringar i lymfkörtlar eftersom den forskning som hittills är gjord främst har tittat på andra organ. Inom prostatacancer finns det förvånande få studier av premetastatiska nischer överhuvudtaget, och man vet därför inte om de alls förekommer eller vilka förändringar som i så fall sker.

Vår grupp har tidigare myntat uttrycket TINT som står för Tumor Instructed (Indicating) Normal Tissue (TINT är ett engelskt verb som betyder färga) och syftar på förändringar i normal vävnad som inducerats av tumören, dvs. att tumörer färgar av sig på omgivningen. Det kan vara förändringar i normal vävnad nära tumören, som i det här fallet resten av prostatan, eller i vävnad långt ifrån tumören som till exempel regionala lymfkörtlar, lungor och benmärg.

Syftet med det här avhandlingsarbetet var att undersöka TINT-förändringar inducerade av aggressiv cancer och se om dessa skiljer sig från TINT-förändringar inducerade av mindre farliga tumörer, samt att utvärdera om någon TINT-förändring skulle kunna användas för att prognostisera vilka patienter som har hög risk att få metastaser.

Vi har använt oss av en prostatacancer-modell i råtta där vi analyserat genoch proteinuttryck i pre-metastatiska regionala lymfkörtlar, tumörer och prostata-TINT (dvs. prostatavävnad utanför tumören). TINT-förändringar inducerade av MatLyLu (MLL), en tumör med hög metastaserande förmåga, jämfördes mot TINT-förändringar inducerade av AT1, en snabbväxande tumör men med låg förmåga att bilda metastaser.

Vi kunde vi se flera skillnader mellan modellerna. Genuttrycket i MLL-prostata-TINT indikerade en aktivering av cellulära funktioner som visat sig stimulera tumörväxt och spridning såsom celldelning, viabilitet, migration, invasion, och angiogenes (nybildning av kärl). I AT1-prostata-TINT var genuttrycket kopplat till samma funktioner men verkade istället inhibera dessa. Genom att titta på vävnaderna i mikroskop kunde vi se att MLL-tumörer rekryterade färre T-celler (som har en viktig funktion i immunsvaret mot tumören), men istället fler makrofager och granulocyter till både tumören och prostata-TINT (dessa typer av immunceller har visats kunna hjälpa tumörer att växa och sprida sig). MLL-tumörer hade också fler blodkärl och lymfkärl strax utanför tumören.

I de regionala lymfkörtlarna från djur med MLL-tumörer visade genuttrycket tecken på försämrad antigenpresentation, samt immunhämning och/eller induktion av immuntolerans. Immuntolerans innebär att immuncellen inte längre reagerar mot det specifika antigen den blivit tolerant emot. Detta är vanligt förekommande hos individer med cancer och är ett sätt för tumören att undkomma immunförsvaret. I vävnadsprover av lymfkörtlarna kunde vi se färre antigenpresenterande celler, och liksom i tumörerna fanns det färre T-celler i MLL-modellen, något vi kunde se redan när tumörerna var väldigt små.

CD169 är ett protein som bl.a. uttrycks av sinus-makrofager i lymfkörtlar. Dessa makrofager har en central funktion i att aktivera ett tumör-specifikt immunsvar. I råttmodellen kunde vi se att regionala lymfkörtlar från djur med MLL-tumörer hade lägre nivåer av CD169 än regionala lymfkörtlar från djur med AT1-tumörer, och då antalet sinus-makrofager visat sig ha prognostiskt värde i t.ex. tjocktarmscancer, ville vi se om det kunde vara så även i prostatacancer. Därför kvantifierade vi uttrycket av CD169 i metastasfria regionala lymfkörtlar från prostatacancerpatienter och såg att låga nivåer av CD169 medförde en ökad risk för att dö i prostatacancer.

Sammantaget tyder resultaten på att MLL-tumören jämfört med AT1- tumören bättre lyckas förbereda omgivande vävnad för att gynna tumörväxt och spridning, både lokalt i prostatan men också längre bort från tumören i de regionala lymfkörtlarna. Våra fynd stämmer väl överens med aktuell tumörbiologisk forskning om hur tumörer påverkar sin omgivning. Något som inte visats tidigare är att miljön utanför tumören verkar skilja sig drastiskt beroende på tumörens metastaserande förmåga, samt att dessa skillnader går att se relativt tidigt under sjukdomsförloppet och förmodligen även långt bort från tumören. Vi har också visat att särskilt aggressiv prostatacancer verkar inducera en pre-metastatisk nisch i tumördränerande lymfkörtlar likt det som beskrivits i andra modellsystem och i andra cancertyper, men hittills inte i prostatacancer. Fler studier behövs för att bättre karaktärisera de förändringar som en potentiellt dödlig prostatacancer orsakar i andra vävnader, och för att ta reda på hur denna kunskap kan användas för att förbättra diagnostik och behandling.

Place, publisher, year, edition, pages
Umeå: Umeå University , 2017. , 48 p.
Series
Umeå University medical dissertations, ISSN 0346-6612 ; 1918
Keyword [en]
Prostate cancer, tumor instructed normal tissue, TINT, non-malignant prostate tissue, lymph nodes, lymph node metastasis, pre-metastatic niche, tumor microenvironment, tumor macroenvironment, tumor immunoediting, Dunning rat model of prostate cancer
National Category
Cancer and Oncology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-140154ISBN: 978-91-7601-770-8 (print)OAI: oai:DiVA.org:umu-140154DiVA: diva2:1146102
Public defence
2017-10-26, Betula, byggnad 6M NUS (målpunkt L), Umeå, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2017-10-05 Created: 2017-10-02 Last updated: 2017-10-06Bibliographically approved
List of papers
1. Aggressive rat prostate tumors reprogram the benign parts of the prostate and regional lymph nodes prior to metastasis
Open this publication in new window or tab >>Aggressive rat prostate tumors reprogram the benign parts of the prostate and regional lymph nodes prior to metastasis
2017 (English)In: PLoS ONE, ISSN 1932-6203, E-ISSN 1932-6203, Vol. 12, no 5, e0176679Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

In order to grow and spread tumors need to interact with adjacent tissues. We therefore hypothesized that small but aggressive prostate cancers influence the rest of the prostate and regional lymph nodes differently than tumors that are more indolent. Poorly metastatic (Dunning AT1) or highly metastatic (Dunning MLL) rat prostate tumor cells were injected into the ventral prostate lobe of immunocompetent rats. After 10 days-when the tumors occupied about 30% of the prostate lobe and lymph node metastases were undetectable- the global gene expression in tumors, benign parts of the prostate, and regional iliac lymph nodes were examined to define tumor-induced changes related to preparation for future metastasis. The tumors induced profound effects on the gene expression profiles in the benign parts of the prostate and these were strikingly different in the two tumor models. Gene ontology enrichment analysis suggested that tumors with high metastatic capacity were more successful than less metastatic tumors in inducing tumor-promoting changes and suppressing anti-tumor immune responses in the entire prostate. Some of these differences such as altered angiogenesis, nerve density, accumulation of T-cells and macrophages were verified by immunohistochemistry. Gene expression alterations in the regional lymph nodes suggested decreased quantity and activation of immune cells in MLL-lymph nodes that were also verified by immunostaining. In summary, even when small highly metastatic prostate tumors can affect the entire tumor-bearing organ and pre-metastatic lymph nodes differently than less metastatic tumors. When the kinetics of these extratumoral influences (by us named TINT = tumor instructed normal tissue) are more precisely defined they could potentially be used as markers of disease aggressiveness and become therapeutic targets.

Place, publisher, year, edition, pages
Public library science, 2017
National Category
Cancer and Oncology
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-135971 (URN)10.1371/journal.pone.0176679 (DOI)000400648500061 ()28472073 (PubMedID)
Available from: 2017-06-27 Created: 2017-06-27 Last updated: 2017-11-29Bibliographically approved
2. Highly aggressive rat prostate tumors rapidly precondition regional lymph nodes for subsequent metastatic growth
Open this publication in new window or tab >>Highly aggressive rat prostate tumors rapidly precondition regional lymph nodes for subsequent metastatic growth
Show others...
2017 (English)In: PLoS ONE, ISSN 1932-6203, E-ISSN 1932-6203, Vol. 12, no 10, e0187086Article in journal (Other academic) Published
Abstract [en]

The aim of this study was to examine in what ways MatLyLu (MLL) rat prostate tumors with high metastatic capacity influence regional lymph nodes prior to metastatic establishment compared to AT1 rat prostate tumors with low metastatic potential. MLL or AT1 tumor cells were injected into the ventral prostate of immunocompetent rats. Tumor and lymph node morphology, and lymph node mRNA expression of macrophage associated markers, T-cell associated markers, and cytokines were examined over time until the first microscopic signs of metastases (at day 14 for MLL- and at day 28 for AT1-tumors). Already at day 3 after tumor cell injection, when the tumors were extremely small and occupied less than 1% of the prostate volume, MLL- and AT1-tumors provoked different immune responses in both the prostate and the regional lymph nodes. MLL-tumors induced expression of immunosuppressive cytokines, suppressed T-cell accumulation, and directed T-cells towards an immunosuppressive phenotype. AT1-tumors caused a response more similar to that in vehicle-injected animals, with accumulation of T-cells in tumors and regional lymph nodes. Prostate tumors with high metastatic potential were able to precondition regional lymph nodes to subsequent metastatic growth in ways different from tumors with less metastatic potential. This may indicate the existence of a time-window when pre-metastatic changes in regional lymph nodes can aid in the prognostication of locally aggressive and potentially metastatic prostate cancer.

Place, publisher, year, edition, pages
Public Library of Science (PLoS), 2017
Keyword
Prostate cancer, tumor instructed normal tissue, TINT, non-malignant prostate tissue, lymph nodes, lymph node metastasis, pre-metastatic niche, tumor microenvironment, tumor macroenvironment, Dunning rat model of prostate cancer
National Category
Cancer and Oncology
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-140152 (URN)10.1371/journal.pone.0187086 (DOI)29073272 (PubMedID)
Note

Originally included in thesis in manuscript form.

Available from: 2017-10-02 Created: 2017-10-02 Last updated: 2017-11-29Bibliographically approved
3. Reduced number of CD169(+) macrophages in pre-metastatic regional lymph nodes is associated with subsequent metastatic disease in an animal model and with poor outcome in prostate cancer patients
Open this publication in new window or tab >>Reduced number of CD169(+) macrophages in pre-metastatic regional lymph nodes is associated with subsequent metastatic disease in an animal model and with poor outcome in prostate cancer patients
Show others...
2017 (English)In: The Prostate, ISSN 0270-4137, E-ISSN 1097-0045Article in journal (Refereed) Epub ahead of print
Abstract [en]

BACKGROUND: Tumor-derived antigens are captured by CD169(+) (SIGLEC1(+) ) sinus macrophages in regional lymph nodes (LNs), and are presented to effector cells inducing an anti-tumor immune response. Reduced CD169 expression in pre-metastatic regional LNs is associated with subsequent metastatic disease and a poor outcome in several tumor types, but if this is the case in prostate cancer has not been explored.

METHODS: CD169 expression was measured with immunohistochemistry in metastasis-free regional LNs from 109 prostate cancer patients treated with prostatectomy (January 1996 to April 2002). Possible associations of CD169 expression with PSA-relapse, prostate cancer death, Gleason score, and other clinical data were assessed using Kaplan-Meier survival- and Cox regression analysis. In addition, the Dunning rat prostate tumor model was used to examine CD169 expression in pre-metastatic LNs draining either highly metastatic MatLyLu- or poorly metastatic AT1-tumors.

RESULTS: In patients with low CD169 immunostaining in metastasis-free regional LNs, 8 of the 27 patients died from prostate cancer compared with only three of the 82 patients with high immunostaining (P < 0.001). CD169 expression in regional LNs was not associated with PSA-relapse. Rats with highly metastatic tumors had decreased CD169 immunoreactivity in pre-metastatic regional LNs compared with rats with poorly metastatic tumors.

CONCLUSION: Low expression of CD169 in metastasis-free regional LNs indicates a reduced anti-tumor immune response. If verified in other studies, CD169 expression in regional LNs could, in combination with other factors, potentially be used as a marker of prostate cancer aggressiveness.

Keyword
Dunning rat prostate tumors, SIGLEC1, immunohistochemistry, prostate cancer death, tumor-draining lymph nodes
National Category
Cancer and Oncology
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-140105 (URN)10.1002/pros.23407 (DOI)28880401 (PubMedID)
Available from: 2017-09-29 Created: 2017-09-29 Last updated: 2017-10-03

Open Access in DiVA

fulltext(848 kB)20 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 848 kBChecksum SHA-512
bfe017b64eaceb974d89fa146b9baa3c19f8ef4ce88ceb6941354e73c5457cf32ee41d26fbd487ed08638d546a69cfa1fdcd8377d0c7a1d4fc6846d86c7cefce
Type fulltextMimetype application/pdf
spikblad(194 kB)10 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 194 kBChecksum SHA-512
a5dae9e4729c642847868d15a37dd26aa878b0e636d60cee190d2131369e976100359f353d043b65cfb148612c559f026117dd8a5e5adeda1c9ed6eaf17be782
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Strömvall, Kerstin
By organisation
Pathology
Cancer and Oncology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 30 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 265 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf