Toll-lingnende reseptorer for stimulering og hemming av vekst av kreftceller
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 46062108
- Ansvarlig person
- Marit Bugge
- Institusjon
- CEMIR
- Prosjektkategori
- Frivillige organisasjoner 2013
- Helsekategori
- Cancer, Inflammatory and Immune System
- Forskningsaktivitet
- 1. Underpinning
Rapporter
Toll-lignende reseptorer (TLRer) er viktige sensorer i menneskets medfødte immunforsvar og aktiveres av komponenter som representerer fare for verten, eksempelvis molekyler assosiert med infeksjon og vevsskade. Det finnes ti slike signalreseptorer i mennesket, TLR1-TLR10. Disse reseptorene kan trigge en betennelsesreaksjon/inflammasjon når de aktiveres. I de fleste tilfeller er en inflammatorisk respons fordelaktig for verten (f.eks. ved klarering av infeksjon eller reparering av skade), men inflammasjon kan også bli skadelig. TLRer kan føre til kronisk inflammasjon om de blir feilregulert eller uhensiktsmessig aktivert. Kronisk inflammasjon i et gitt organ øker risikoen for å utvikle kreft i det samme organet. Et klassisk eksempel i denne sammenheng er inflammatorisk tarmsykdom (IBD) som øker risikoen for å utvikle tykktarmskreft. Formålet med forskningsprosjektet var å skape en bedre forståelse av biologien til TLRer og hvordan disse reseptorene påvirker inflammasjon og kreftutvikling i tykktarmen.
Vi startet prosjektet med å se på hvilke cytokiner som er oppregulert i aktiv IBD, hvilke celler disse stammer fra og undersøkte om- og hvordan disse er regulert av TLRer. Genuttrykks-analyser på biopsier fra pasienter i kategoriene aktiv Ulcerøs kolitt (UC), aktiv Crohns sykdom (CD), inaktiv UC, inaktiv CD og friske kontroller, identifiserte CXCL10 til å være et sterkt oppregulert gen i aktiv UC/CD. Immunohistokjemi-merking for CXCL10 på vev fra tilsvarende tykktarmsbiopsier avdekket epitelcellene som en sentral kilde til dette cytokinet i aktiv UC/CD. For å undersøke om TLR-aktivering kunne spille en rolle for CXCL10 produksjonen i epitelceller benyttet vi kolon-epitelcellelinjene HT29 og SW620. Ved å stimulere epitelcellelinjene med aktivatorer for TLR1-9 og måle CXCL10 responsen, fant vi at aktivering av TLR3 resulterte i produksjon av CXCL10. Funnet indikerer at det forhøyede uttrykket av CXCL10 i IBD pasienter potensielt kan være et resultat av TLR3-aktivering i tykktarmen. Resultatene fra denne studien ble publisert i det internasjonale tidsskrifter «Inflammatory Bowel Diseases» i februar 2013 (19(2):265-74. doi: 10.1002/ibd.23034)
Funnene i første artikkel viser at kolonepitelceller kan trigge en inflammatorisk respons ved TLR-aktivering, ettersom HT29 og SW620 cellene utskilte store mengder cytokiner ved TLR3-aktivering. HT29 og SW620 er imidlertidig kreftcellelinjer, og vi fortsatte derfor i andre artikkel med å bestemme om TLR-responsene i disse kreftcellelinjene ligner friske kolon-epitelceller, eller om det er forskjeller mellom friske og maligne kolonepitelceller. Vi observerte at friske og maligne celler reagerer ulikt på TLR-aktivering. Mens aktivering av flere TLRer utløste frigjøring av det inflammatoriske cytokinet IL-8 i alle kreftcellelinjene, responderte ikke de friske kolonepitelcellene på noen av TLR-aktivatorene. De cellelinjene som karakteriseres som metastatiske var de eneste cellelinjene som responderte på poly(I:C), en TLR3-aktivator. Ved aktivering av TLR3 i de metastatiske kolonkreftcellelinjene ble det frigitt store mengder cytokiner, som potensielt kan påvirke kreftutvikling og metastase. Det ble derimot ikke produsert noe IFNß, en typisk TLR3-respons som medfører celledød i flere kreftcelletyper. Videre avdekket vi at TLR3 uttrykkes på celleoverflaten i disse metastatiske epitelcellene. Funnene kan indikere at endret TLR3- uttrykk og -signalisering er karaktertrekk for maligne fremfor friske kolonepitelceller. Resultatene fra denne studien er skrevet sammen til en artikkel og er sendt inn til et internasjonalt tidsskrift for vurdering.
Sammenlagt bidrar resultatene av dette prosjektet til økt forståelse av TLR-biologien til kolonepitelceller og gir innblikk i måten reseptorene påvirker utviklingen av inflammasjon og kreft i tykktarmen. Våre funn kan ha betydning for bruk av TLR3-aktivatorer som hjelpestoffer/adjuvans i kreftvaksiner (vaksiner som stimulere vertens immunforsvar til antitumorrespons), da resultatene antyder at TLR3-aktivering kan ha ugunstige effekter i enkelte vevstyper.
Vi har studert Toll-Lignende reseptor (TLR)-uttrykk og TLR-medierte responser i humane kolonepitelceller og observerte at friske og maligne celler reagerer ulikt på TLR-aktivering.Toll-lignede reseptorer (TLRer) er viktige sensorer i menneskets medfødte immunforsvar og aktiveres av komponenter som representerer fare for verten, eksempelvis molekyler assosiert med infeksjon og vevsskade. Det finnes ti slike signalreseptorer i mennesket, TLR1-TLR10. Disse reseptorene kan trigge en betennelsesreaksjon/inflammasjon når de aktiveres. I de fleste tilfeller er en inflammatorisk respons fordelaktig for verten (f.eks. ved klarering av infeksjon eller reparering av skade), men inflammasjon kan også bli skadelig. TLRer kan føre til kronisk inflammasjon om de blir feilregulert eller uhensiktsmessig aktivert. Kronisk inflammasjon i et gitt organ øker risikoen for å utvikle kreft i det samme organet. Et klassisk eksempel i denne sammenheng er inflammatorisk tarmsykdom (IBD) som øker risikoen for å utvikle tykktarmskreft. Vi forsker på TLRer og hvordan disse reseptorene påvirker inflammasjon og kreftutvikling i tykktarmen. Vi har studert TLR-uttrykk og TLR-medierte responser i humane kolonepitelceller (Normale/friske-, kreft- og metastatiske kreftceller) og observerte at friske og maligne celler reagerer ulikt på TLR-aktivering. Mens aktivering av flere TLRer utløste frigjøring av det inflammatoriske cytokinet IL-8 i alle kreftcellelinjene, responderte ikke de friske kolonepitelcellene på noen av TLR-aktivatorene. De cellelinjene som karakteriseres som metastatiske var de eneste cellelinjene som responderte på poly(I:C), en TLR3-aktivator. Ved aktivering av TLR3 i de metastatiske kolonkreftcellelinjene ble det frigitt store mengder cytokiner, som potensielt kan påvirke kreftutvikling og metastase. Selv om poly(I:C) er rapportert til å være en potent aktivator av type 1 interferoner, som er kjent for å ha antikarsinogene effekter, så gav ikke poly(I:C) noen interferonrespons eller celledød i kolonepitelcellene. Videre avdekket vi at TLR3 uttrykkes på celleoverflaten i disse metastatiske epitelcellene og signaliserer uten internalisering av ligand. Funnene kan indikere at endret TLR3-uttrykk og -signalisering er karaktertrekk for maligne fremfor friske kolonepitelceller. Disse funnene er nå skrevet sammen til en artikkel og sendt inn til et vitenskapelig tidsskrift.
For videre å bestemme om TLR3-aktivering kan påvirke tumorprogresjon, har vi undersøkt konsekvensene av TLR3-aktivering på kolonepitelcellenes evne til migrasjon og invasjon, to viktige faktorer for metastasering. Ved bruk av et in vitro migrasjon/invasjons-system, sammenlignet vi effekten av TLR3-aktivering på to cellelinjer isolert fra primærsvulst og metastatisk svulst. Vi observerte at de metastatiske cellene fikk forsterket evne til migrasjon/invasjon ved TLR3-stimulering. Denne mekanismen ble videre funnet til å være avhengig av en TLR3-indusert oppregulering og aktivering av en chemokine-reseptor, som tidligere forsking har vist fremmer metastasering i tykktarmskreft. Vi tar nå sikte på å bekrefte disse funnene i pasientprøver og videre i et in vivo system ved hjelp av musemodeller.
Vi har studert uttrykk av Toll-Lignende reseptorer (TLRer) på humane kolon-epitelceller og fant at kolonepitel-kreftceller responderer på stimulering med TLR aktivatorer ved å skille ut potente cytokiner, mens friske kolonepitelceller ikke responderer på TLR stimulering.Det er i dag en etablert forståelse for at inflammasjon kan spille en viktig rolle i kreftutviklingen. Patologer har i lang tid observert at enkelte tumorer/svulster er tettpakket av immunceller fra både det medfødte og det ervervede immunsystemet. Celler i det medfødte immunforsvaret vil rekrutteres til tumorer og påvirke tumorens mikromiljø, som videre kan ha innflytelse på tumorutviklingen og metastasering. Inflammasjon kan bidra til kreftutviklingen ved å gi tilførsel av bio-aktive molekyler til tumormikromiljøet. Dette kan inkludere tilførsel av vekstfaktorer som fremmer overlevelse, begrenser celledød og legger til rette for angiogense, invasjon og metastase.
I PhD prosjektet fokuseres det på medfødt immunitet og hvordan responser som er mediert av essensielle reseptorer innen det medfødte immunforsvaret kan bidra til kronisk inflammasjon og videre progresjon av enkelte krefttyper. Toll-lignede reseptorer (TLRer) uttrykkes på immunceller og aktiveres av komponenter som representerer fare for verten som molekyler assosiert med infeksjon, vevsskade og kreft. Det finnes ti slike signalreseptorer i mennesket, TLR1-TLR10. Disse reseptorene kan trigge en betennelsesreaksjon/inflammasjon når de aktiveres. I de fleste tilfeller er en inflammatorisk respons fordelaktig for verten (f.eks ved klarering av infeksjon), men inflammasjon kan også bli skadelig. TLRer kan føre til kronisk inflammasjon hvis de er feilregulert. Kronisk inflammasjon i et gitt organ øker videre risikoen for å utvikle kreft i det samme organet. Et klassisk eksempel på denne sammenhengen er inflammatorisk tarmsykdom og den økte risikoen for å utvikle kolonkreft. Vi har studert TLR uttrykk på humane kolon-epitelceller og fant at kolonepitel-kreftceller responderer på stimulering med TLR aktivatorer ved å skille ut cytokiner som IL8, RANTES og IP-10, mens friske kolonepitelceller ikke responderer på TLR stimulering. TLR3 liganden poly-IC (syntetisk dobbeltrådet RNA) induserte flest cytokiner og gav de sterkeste responsene i tre av de fem testede kolonkreftcellelinjene. Det ble gjort flere kontrollforsøk som viste at disse responsene utelukkende var avhengig av TLR3 og at cellene oppregulerer uttrykket av denne reseptoren på celleoverflaten ved poly-IC eksponering. Selv om poly-IC er rapportert til å være en potent aktivator av type 1 interferoner, som er kjent for å ha antikarsinogene effekter, så gav ikke poly-IC noen interferonrespons i kolonepitelcellene. Poly-IC har tidligere også blitt rapportert til å direkte indusere celledød i flere krefttyper, men vi fant heller ikke noen toksisk effekt av poly-IC hos kolonepiteltcellene. De tre kreftcellelinjene som var responsive til poly-IC er rapportert til å være sterkt metastatiske cellelinjer, mens de to andre cellelinjene som ikke responderte til poly-IC er rapportert å ha liten metastatisk evne. Videre undersøkte vi om poly-IC kunne påvirke cellenes invasive evne in vitro og fant at poly-IC stimulering signifikant økte noen av cellelinjenes evne til å migrere og invadere, en effekt som var avhengig av TLR3. Til sammen kan disse resultatene peke mot en rolle for TLR3 og TLR3 medierte responser i progresjonen av kolonkreft. Funnene skrives nå sammen til en artikkel.
Det er i dag en etablert forståelse for at inflammasjon kan spille en viktig rolle i kreftutviklingen. Patologer har i lang tid observert at enkelte tumorer/svulster er tettpakket av immunceller fra både det medfødte og det ervervede immunsystemet. Celler i det medfødte immunforsvaret vil rekrutteres til tumorer og påvirke tumorens mikromiljø, som videre kan ha innflytelse på tumorutviklingen og metastasering.Inflammasjon kan bidra til kreftutviklingen ved å gi tilførsel av bio-aktive molekyler til tumormikromiljøet. Dette kan inkludere tilførsel av vekstfaktorer som fremmer overlevelse, begrenser celledød og legger til rette for angiogense, invasjon og metastase. I PhD prosjektet fokuseres det på medfødt immunitet og hvordan responser som er mediert av essensielle reseptorer innen det medfødte immunforsvaret kan bidra til kronisk inflammasjon og videre progresjon av enkelte krefttyper. Toll-lignede reseptorer (TLRer) uttrykkes på immunceller og aktiveres av komponenter som representerer fare for verten som molekyler assosiert med infeksjon, vevsskade og kreft. Det finnes ti slike signalreseptorer i mennesket, TLR1-TLR10. Disse reseptorene kan trigge en betennelsesreaksjon/inflammasjon når de aktiveres. I de fleste tilfeller er en inflammatorisk respons fordelaktig for verten (f.eks ved klarering av infeksjon), men inflammasjon kan også bli skadelig. TLRer kan føre til kronisk inflammasjon hvis de er feilregulert. Kronisk inflammasjon i et gitt organ øker videre risikoen for å utvikle kreft i det samme organet. Et klassisk eksempel på denne sammenhengen er inflammatorisk tarmsykdom og den økte risikoen for å utvikle kolonkreft. Vi har studert TLR uttrykk på humane kolon-epitelceller og fant at kolon-epitelkreftceller responderer på stimulering med TLR aktivatorer ved å skille ut cytokiner som IL8, RANTES og IP-10, mens friske kolon-epitelceller ikke responderer på TLR stimulering. TLR3 liganden poly-IC (syntetisk dobbeltrådet RNA) induserte flest cytokiner og gav de sterkeste responsene i tre av de fem testede kolonkreftcellelinjene. Det ble gjort flere kontrollforsøk som viste at disse responsene utelukkende var avhengig av TLR3 og at cellene oppregulerer uttrykket av denne reseptoren på celleoverflaten ved poly-IC eksponering. Selv om poly-IC er rapportert til å være en potent aktivator av type 1 interferoner, som er kjent for å ha antikarsinogene effekter, så gav ikke poly-IC noen interferonrespons i kolon-epitelcellene. Poly-IC har tidligere også blitt rapportert til å direkte indusere celledød i flere krefttyper, men vi fant heller ikke noen toksisk effekt av poly-IC hos kolon-epiteltcellene. De tre kreftcellelinjene som var responsive til poly-IC er rapportert til å være sterkt metastatiske cellelinjer, mens de to andre cellelinjene som ikke responderte til poly-IC er rapportert å ha liten metastatisk evne. Videre undersøkte vi om poly-IC kunne påvirke cellenes invasive evne in vitro og fant at poly-IC stimulering signifikant økte noen av cellelinjenes evne til å migrere og invadere, en effekt som var avhengig av TLR3. Til sammen kan disse resultatene peke mot en rolle for TLR3 og TLR3 medierte responser i progresjonen av kolonkreft. Funnene skrives nå sammen til en artikkel.
Doktorgrader
Marit Bugge
Toll-Like Receptor 3 Signaling in Intestinal Epithelial Cells
- Disputert:
- april 2016
- Hovedveileder:
- Nadra Jesmine Nilsen
Deltagere
- Marit Bugge Doktorgradsstipendiat
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU