Cutaneous T-cell lymphoma pathogenesis: extracellular vesicles, syncytin-1, and metabolites

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7465-9
Title: Cutaneous T-cell lymphoma pathogenesis: extracellular vesicles, syncytin-1, and metabolites
Author: Laukkanen, Kirsi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Department of Dermatology and Allergology
Doctoral Programme in Integrative Life Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-10-08
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7465-9
http://hdl.handle.net/10138/334370
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Cutaneous T-cell lymphomas (CTCLs) constitute an incurable, chronic, heterogeneous group of non-Hodgkin lymphomas, characterized by a malignant population of mature T-lymphocytes that infiltrate the skin. The incidence of CTCLs has increased worldwide. Symptoms vary from indolent skin patches to aggressive skin tumors. In addition to the skin, lymph nodes, blood, and other body organs are affected depending on the stage and subtype of the disease. Difficulties in differentiating early symptoms from other skin conditions and complex diagnostic criteria make CTCLs challenging to diagnose, often delaying the diagnosis for years. Despite intensive research, the pathogenesis of CTCLs remains mostly unknown. This study emphasizes the impact of the tumor microenvironment (TME) and the tumor cell-released extracellular vesicles (EVs) on the pathogenesis of CTCLs. Particularly, this study examines the role of the tryptophan pathway-associated enzymes indoleamine 2,3-deoxygenase 1 (IDO1) and tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO). IDO induces immune tolerance in the TME by inflammation and T-cell activation. While TDO catabolizes the same metabolic pathway as IDO1, its role in tumors is poorly characterized. We showed that both IDO1 and TDO are expressed in CTCL tissues and cell lines. Interestingly, different CTCL subtypes show unique patterns of expression. In addition, elevated serum kynurenine/ tryptophan ratios observable in plasma samples of mycosis fungoides (the most common subtype of CTCL) patients correlated with advanced disease. Furthermore, four tryptophan catabolic route metabolites were upregulated, and two were downregulated. These observations could be exploited in clinical tests, and therapeutic potential for CTCLs may result from blocking IDO activity. EVs are small membranous vesicles released into the extracellular milieu by most cell types – also by cancer cells. The EVs released from cancer cells contain various proteins, lipids, amino acids, and metabolites and have proven to be an essential form of intercellular communication. Malignant cells can release EVs into TME and the circulation to reprogram target cells or prepare a pre-metastatic niche. Such transfer could occur at a very early stage in tumor progression because the small size of EVs allows them to cross barriers that cells cannot. Consequently, the molecular cargo of EVs reflects the cell of origin, which is also detectable in the circulation by the non-invasive liquid biopsy method. This study shows that human endogenous retrovirus, type W (HERV-W)-coded syncytin-1 in CTCL cells and CTCL cell-derived EVs is upregulated. Functionally, upregulated syncytin-1 can promote cell-to-cell fusion. Cell-to-cell fusion in cancers can induce genomic instability and aneuploidy and contribute to tumor heterogeneity, drug resistance, and metastasis. Although the molecular mechanisms of EVs are not fully characterized, syncytin-1 could be involved in binding EVs to target cells to facilitate the progressing fusion. Our functional study suggested that EV-harbored syncytin-1 promoted giant plasma membrane-surrounding fusion cells in the recipient T-cell leukemia cells. In addition, we studied alterations of EV-derived metabolite cargo in CTCL, prostate carcinoma, and colon carcinoma cell lines and compared these with the cargo of their healthy counterparts. In cancers, the expression of metabolites is commonly reregulated due to oncogenes or tumor suppressor mutations. The enhanced metabolism supports cancer cell proliferation and survival. Previously, numerous cancer-associated metabolites have been detected, but little is known of their role in cancer-derived EVs. This study shows that despite the differences among the studied cancer types, all cell line-derived EVs shared a common metabolomic feature: upregulation of proline and succinate. In addition, in CTCL- and prostate cancer-derived EVs, folate and creatinine were upregulated. This doctoral thesis explores the role of EVs and the kynurenine pathway in the pathogenesis of CTCLs. These observations could impact diagnosis and have therapeutic value for currently incurable, complex CTCLs. In addition, our results from three different cancer cell line-derived EVs show that metabolomic reprogramming of cancer cells influences the EV metabolome. In particular, this finding suggests that proline, succinate, folate, and creatinine could constitute a metabolomic fingerprint of cancer, which could serve as a peripherally detectable cancer marker. Thus, exploring the function of EVs in cancer progression will prove valuable in next-generation cancer diagnosis and treatment.Ihon T-solulymfoomat ovat kroonisia ihosairauksia, joiden ilmaantuvuus on kasvanut maailmanlaajuisesti. Ne jaetaan yhdeksään eri alaryhmään. Sairaudelle on ominaista pahanlaatuisiksi muuntuneiden imusolujen, T-lymfosyyttien kertyminen ensisijaisesti ihoon. Oireet vaihtelevat ihossa esiintyvistä ekseemaa tai psoriaasia muistuttavista läiskistä aggressiivisiin ihokasvaimiin. Pahanlaatuiset T-solut voivat taudin edetessä levitä imusolmukkeisiin sekä muualle elimistöön. Ihon T-solulymfoomien varhainen diagnosointi ja erottaminen muista ihosairauksista on vaikeaa. Tämän vuoksi taudin toteaminen usein viivästyy jopa vuosia ensimmäisen oireiden ilmaantumisesta. Ihon T-solulymfoomia on tutkittu jo pitkään, mutta edelleenkin niiden syntymekanismi on tuntematon. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kuinka ihon T-solulymfooman mikroympäristön tekijät vaikuttavat taudin kehittymiseen. Aiempien tutkimusten mukaan elimistön välttämättömät aminohapot synnyttävät immuniteettiä hillitseviä molekyylejä. Solut, joissa on aminohappoja hajottavia entsyymejä, muodostavat suojaverkon kasvainsolujen ympärille eikä elimistön oma immuunivaste pääse tuhoamaan niitä. Tryptofaanin kataboliareitin indoliamiini 2,3-dioksigenaasi 1 (IDO1) on tällainen entsyymi ja se toimii hajottamalla tryptofaanin kynureniiniksi. IDO1 on immuunijärjestelmän säätelijä, joka estää puolustusjärjestelmää tuhoamasta syöpäkasvainta. Vähemmän tutkittu tryptofaani 2,3-dioksigenaasi (TDO) -entsyymi vaikuttaa samaan metaboliareittiin. Tulokset osoittivat, että molemmat entsyymit ilmentyvät ihon T-solulymfoomista eristetyissä solulinjoissa, syöpäsoluissa sekä kasvainta ympäröivissä tulehduksellisissa soluissa. Lisäksi eri iholymfooma-alatyypeillä oli oma erityinen ilmentymisprofiilinsa. Tutkimalla potilaiden plasmanäytteitä selvitimme, että ihon T-solulymfoomien yleisimmän alatyypin (mycosis fungoides) potilailla kynureniini/ tryptofaanisuhde oli korkeampi verrattuna terveisiin kontrolleihin mikä oli myös merkkinä pitkälle edenneestä sairaudesta. Kartoitimme tutkimuksessamme myös muita tryptofaanin kataboliareitin metabolitteja. Löydöksemme mukaan neljä metabolittia olivat yli-ilmentyneitä ja kaksi ali-ilmentyneitä mycosis fungoides-potilailla verrattuna terveisiin verrokkeihin. Tutkimuksessa selvitettiin myös syöpäsolujen erittämien solunulkoisten vesikkelien merkitystä syövän mikroympäristössä. Solut käyttävät vesikkeleitä viestintään ja voivat siirtää niihin pakattuja proteiineja, lipidejä, nukleiinihappoja sekä metaboliitteja verenkierron välityksellä kauaskin alkuperäisestä solusta. Vesikkeleillä on tärkeä rooli syövän kehityksessä. Niiden avulla syöpäsolu voi kuljettaa syövälle ominaisia molekyylejä terveisiin soluihin sekä muodostaa elimistöön esimetastaattisia lokeroita. Vesikkelit ovat hyvin pieniä, joten ne pystyvät helposti siirtymään kudoksesta toiseen jo ennen kuin syöpää on välttämättä edes havaittu. Tämän vuoksi ne ovat hyviä merkkiaineita syövän varhaiseen toteamiseen. Ihmisen genomiin on muinaisten retrovirusinfektoiden jäljiltä jäänyt endogeenisiä retroviruksen geenejä. Eräs tällainen retrovirusgeeniä ilmentävä proteiini on synsytiini-1, jolla tiedetään olevan keskeinen tehtävä istukkakudoksen synnyssä. Tutkimuksessamme synsytiini-1 oli yli-ilmentynyt ihon T-solulymfoomista eristetyissä solulinjoissa sekä solunulkoisissa vesikkeleissä. Synsytiini-1 on osallisena solujen välisissä fuusioissa. Solufuusiot syövissä aiheuttavat genomista epätasapainoa, aneuploidiaa, kasvainsolujen heterogeenisuutta, lääkeaineresistenssiä sekä etäpesäkkeiden muodostumista. Toiminnallinen tutkimuksemme osoitti, että vesikkeleihin sitoutunut synsytiini-1 lisäsi vastaanottajasoluissa suuria fuusioituneita soluja. Lisäksi tutkimuksemme kartoitti ihon T-solulymfoomien, eturauhassyövän ja paksusuolen syövän solunulkoisten vesikkelien metabolomiikkaa. Osoitimme, että näiden syöpien aineenvaihdunnassa tapahtui muutoksia verrattuna vastaavien kudosten hyvänlaatuisiin soluihin. Aiemmin syövälle tyypillisiä, eri tavoin ilmentyviä metaboliitteja on löydetty syöpäsoluista, mutta solunulkoisten vesikkelien roolia on tutkittu vähemmän. Tulokset osoittivat, että kaikilla tutkituilla syöpätyypeillä oli yhteisiä vesikkeleihin sitoutuneita metaboliitteja. Proliini ja sukkinaatti olivat merkitsevästi yli-ilmentyneet ihon T-solulymfoomien, eturauhassyövän ja paksusuolen syövän solulinjojen vesikkeleissä. Lisäksi foolihappo ja kreatiniini olivat yli-ilmentyneet ihon T-solulymfooman ja eturauhassyövän solujen vesikkeleissä. Tämä tutkimus tarjoaa uutta tietoa syövän mikroympäristöstä ihon T-solu lymfoomassa, eturauhassyövässä sekä paksusuolen syövässä. Erityisesti tutkimus selvitti solunulkoisten vesikkelien ja tryptofaanin hajotukseen osallistuvien immunosuppressivisten metaboliittien osuutta ihon T-solulymfoomien synnyssä. Tuloksia voidaan hyödyntää ihon T-solulymfoomien varhaisemmassa ja tarkemmassa diagnosoinnissa sekä uusien lääkeaineiden kehityksessä. Lisäksi tutkimuksen uutena löydöksenä oli aiemmin syövän kehitykseen liitettyjen metaboliittien yli-ilmentymisen toteaminen syöpäsolujen solunulkoisissa vesikkeleissä. Näitä metaboliitteja on mahdollista tulevaisuudessa hyödyntää reaaliaikaisena syövän merkkiaineena. Tutkimustuloksemme lisäävät myös yleisemminkin tietoa syövän leviämiseen ja syntyyn vaikuttavista mekanismeista.
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

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record