Matrix metalloproteinases and toll-like receptors in early-stage oral tongue squamous cell carcinoma

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1248-4
Title: Matrix metalloproteinases and toll-like receptors in early-stage oral tongue squamous cell carcinoma
Author: Mäkinen, Laura K.
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine
Department of Otorhinolaryngology - Head and Neck Surgery, and Department of Pathology, Helsinki University Hospital, and Doctoral Programme in Clinical Research, University of Helsinki
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
Abstract: Predicting the clinical course of an early-stage oral tongue squamous cell carcinoma (OTSCC) is challenging, as even small tumors can behave aggressively. OTSCC often metastasizes to the cervical lymph nodes, and the presence of lymph node metastasis at the time of diagnosis is considered the most important tumor-related prognostic factor in OTSCC. The mechanisms of this disease progression are poorly understood. Despite slight improvement in the prognosis of OTSCC in recent decades, the outcome of these patients is still modest. Therefore, a deeper understanding of the phenomena behind tumor progression would enable medical professionals to evaluate the aggressiveness of the disease and to adjust its treatment more effectively. The extracellular matrix and basement membrane must be broken down before a tumor can invade surrounding tissues and further spread into blood and lymph vessels. This is a process that involves various proteolytic enzymes, the most important of which are matrix metalloproteinases (MMPs). Over 25 structurally related, but genetically distinct, human MMPs have been identified and characterized: collagenases, gelatinases, stromelysins, matrilysins, membrane-type MMPs, and other MMPs. Toll-like receptors (TLRs) are pattern-recognition molecules involved in innate immunity that are also expressed in many types of cancer. TLRs apparently play a pivotal role in malignant disease: they are related to tumor progression and, conversely, to cancer inhibition. Their expression pattern and role in oral cancer, however, remains unclear. In this thesis we studied the expression of MMPs 2, 7, 8, 9, 13, and 25 and TLRs 2, 4, 5, 7, and 9 in early-stage OTSCC. The study comprised 73 consecutive clinically T1N0M0 and T2N0M0 OTSCC patients treated at the Helsinki University Hospital, Helsinki, Finland in 1992-2002. We prepared tissue array blocks from primary tumors and immunostained them. We also used whole section slides from patients with metastasized or recurrent disease. We compared immunoexpression of MMPs and TLRs to tumor and patient characteristics as well as to patient outcomes. We also used Western immunoblot to examine TLR-2 and -4 expression in the highly invasive and aggressive HSC-3 OTSCC cell line. In addition, we studied the effect of TLR-2 and -4 antagonist GIT27 (4,5-dihydro-5-isoxasoleacetic acid) on the invasion of the HSC-3 cell line in myoma organotypic invasion assay. OTSCC tumors expressed both MMPs and TLRs. Nuclear expression of MMP-13, but not cytoplasmic expression of MMP-2, -8, and -9, associated with deeper invasion and advanced tumor size. Furthermore, high nuclear MMP-13 expression predicted poor disease-specific survival. High MMP-7 protein expression associated with the presence of occult cervical metastases, increased invasion depth, and higher tumor grade, and also predicted poor outcome. Immunostaining of MMP-25 failed to correlate with any clinical parameters. High TLR-2, -4, and -9 expression correlated with deeper tumor invasion. Cytoplasmic expression of TLR-2 and -4 also correlated significantly with higher tumor grade, whereas high TLR-5 expression associated with lower tumor grade. High expression of TLR-9 correlated with advanced tumor size. Negative or mild TLR-5 expression predicted poor disease-specific survival. OTSCC primary tumors, neck metastases and recurrent tumors expressed TLR-2, -4, and -9. TLR-2 and -4 antagonist GIT27 did not affect the invasion of the HSC-3 cell line in myoma organotypic invasion assay. Thus, TLRs may operate under a different mechanism of action depending on whether they are activated by damage-associated molecular patterns in cancer or by pathogen-associated molecular patterns in infection. Our results suggest that MMP-7 and MMP-13 in particular may have prognostic value in OTSCC. Their use as prognostic biomarkers, however, calls for further study. TLR-2, -4, and -9 seemed to predict invasive tumor growth. Primary tumors and neck metastases as well as recurrent tumors of OTSCC express these TLRs, suggesting that TLRs seem to play a role in both the development and progression of tongue carcinoma.Kielisyövän käyttäytymisen ennustaminen on haastavaa, sillä jo pienet kasvaimet saattavat lähettää etäpesäkkeitä taudin varhaisessa vaiheessa. Etäpesäkkeiden esiintymistä kaulan imusolmukkeissa pidetään merkittävimpänä kasvaimeen liittyvänä tekijänä taudin ennustetta arvioitaessa. Huolimatta kielisyövän ennusteen hienoisesta paranemisesta viime vuosikymmenien aikana, taudin elossaoloennuste on edelleen varsin huono ja taudin etenemiseen vaikuttavat mekanismit tunnetaan huonosti. Näistä syistä johtuen olisi toivottavaa tuntea tarkemmin syövän taustalla piileviä biologisia mekanismeja, jotta taudin aggressiivisuutta voitaisiin arvioida paremmin ja mahdollisesti löytää myös kohdennettuja hoitomuotoja. Jotta kasvainsolut voivat edetä ympäröivään kudokseen sekä veri- ja imusuoniin, proteolyyttisten entsyymien pitää hajottaa soluväliainetta ja tyvikalvo. Matriksin metalloproteinaaseilla (engl. matrix metalloproteinases, MMP) on tässä keskeinen osuus. Nykyisin tunnetaan yli 25 rakenteellisesti toisiaan muistuttavaa, mutta geneettisesti erilaista, MMP:a, jotka jaetaan ryhmiin: kollagenaasit, gelatinaasit, stromelysiinit, matrilysiinit, solukalvoihin liittyvät ja muut MMP:t. Tollin kaltaiset reseptorit (engl. toll-like receptors, TLR) ovat proteiineja, jotka tunnistavat elimistölle vieraita ja myös elimistön omia rakenteita, ja jotka säätelevät luonnollista immuniteettia. Tiettyjen TLR:ien on todettu ilmentyvän myös eräissä syövissä. TLR:eilla on havaittu sekä syöpää edistäviä että hidastavia vaikutuksia, mutta niiden merkitys, ja osin myös ilmentyminen, suusyövässä on vielä epäselvä. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin MMP:ien 2, 7, 8, 9, 13 ja 25 sekä TLR:ien 2, 4, 5, 7 ja 9 ilmentymistä varhaisvaiheen kielisyövissä. Tutkimusmateriaalimme koostui 73 potilaasta, joilla oli todettu kliinisesti T1N0M0 tai T2N0M0 kielisyöpä. Potilaat oli hoidettu Helsingin yliopistollisessa keskussairaalassa vuosina 1992-2002. Emokasvaimista tehtiin tissue array -blokit, jotka värjättiin immunohistokemiallisin menetelmin. Kasvaimet, jotka olivat uusiutuneet tai lähettäneet etäpesäkkeitä, tutkittiin myös kokoleikkeitä käyttäen. Tutkittujen MMP:ien ja TLR:ien ilmentymistä syöpäkudoksessa verrattiin kasvaimen muihin ominaisuuksiin, potilaaseen liittyviin tekijöihin sekä taudin ennusteeseen. TLR-2:n ja -4:n ilmentymistä tutkittiin myös erittäin invasiivisessa ja aggressiivisessa HSC-3 kielisyöpäsolulinjassa. Lisäksi tutkimme TLR-2:n ja -4:n vastavaikuttaja GIT27:n (4,5-dihydro-5-isoxasoleacetic acid) vaikutusta kielisyöpäsolujen invaasioon myoomamallissa. MMP:t ja TLR:t ilmentyivät suuressa osassa kielisyöpäkasvaimia. MMP-13:n lisääntynyt ilmentyminen tumissa liittyi kasvaimen syvempään invaasioon ja suurempaan kokoon sekä ennusti potilaiden lyhyempää elossaoloaikaa. Samanlaista vaikutusta ei todettu MMP-2:n, -8:n ja -9:n ilmentymisellä syöpäsolujen solulimassa. MMP-7 ilmentyi voimakkaammin niillä potilailla, joilla todettiin kaulan etäpesäkkeet, kasvaimen syvempi invaasio tai huonompi erilaistumisaste. Lisääntynyt MMP-7-ekspressio ennusti myös potilaiden lyhyempää elossaoloaikaa. MMP-25:n ilmentyminen ei liittynyt mihinkään tutkittuun kliiniseen tekijään. Voimakas TLR-2, -4 ja -9 ilmentyminen liittyi kasvaimen syvempään invaasioon. Soluliman vahva TLR-2 ja -4 ilmentyminen liittyi lisäksi kasvaimen huonompaan erilaistumisasteeseen, kun taas TLR-5 proteiinia esiintyi enemmän korkeasti erilaistuneissa kasvaimissa. TLR-9:n ilmentyminen oli voimakkaampaa kookkaissa kasvaimissa. Puuttuva tai vähäinen TLR-5:n ilmentyminen puolestaan ennusti lyhyempää tautikohtaista elossaoloaikaa. TLR-2, -4 ja -9 ilmentyivät sekä kielisyövän emokasvaimissa että kaulan etäpesäkkeissä ja uusiutuneissa kasvaimissa. TLR-2:n ja -4:n vastavaikuttaja GIT27 ei vaikuttanut kielisyöpäsolujen invaasioon myoomamallissa. TLR:iden vaikutusmekanismi on mahdollisesti erilainen riippuen siitä, aktivoituvatko ne syövästä vai tulehduksesta johtuen. Tutkimuksemme perusteella etenkin MMP-7:lla ja -13:lla näyttäisi olevan ennusteellista merkitystä kielisyövässä. TLR-2, -4 ja -9 proteiinien ilmentyminen säätelee mahdollisesti kielisyövän invaasiota. Nämä TLR:t ilmentyivät sekä emokasvaimissa, kaulan etäpesäkkeissä että uusiutuneissa kasvaimissa, joten on todennäköistä, että TLR:eilla on jonkinlainen rooli niin kielisyövän synnyssä kuin sen etenemisessäkin.
URI: URN:ISBN:978-951-51-1248-4
http://hdl.handle.net/10138/154663
Date: 2015-06-05
Subject: lääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
matrixme.pdf 3.024Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record