The role of CysLT1R in animal models of colorectal cancer

Abstract

Cysteinyl leukotrienes (LTC4, LTD4 and LTE4) are potent pro-inflammatory lipids derived from arachidonic acid and mediate their effect through CysLT1R and CysLT2R. There is a strong correlation between long-standing inflammatory bowel disease where these pro-inflammatory mediators are abundant and colorectal cancer. We have shown that LTD4 via its receptor CysLT1 induces expression of proteins associated with colorectal cancer and promotes proliferation, survival and migration in intestinal epithelial cells. In addition, we have demonstrated that that high expression of CysLT1R in colorectal adenocarcinomas predicts poor prognosis in patients.

In the presented papers in this thesis we investigated the role of CysLT1R in different mouse models of colorectal cancer. In the mouse xenograft model of colon cancer, we were able to observe a reduced tumor growth in response to CysLT1R antagonist treatment. The inhibition of the tumor growth was accompanied with changes in proliferation and apoptosis as determined by reduced Ki-67 expression, increased expression of p21WAF/Cip1, cleaved caspase 3 and caspase-cleaved keratin 18. An impaired tumor angiogenesis was also demonstrated by detection of increased levels of VEGF and reduced vessel size. We also investigated the role of CysLT1R in 1) FAP/sporadic colorectal cancer by crossing ApcMin/+ mice with mice lacking CysLT1R expression and in 2) colitis-associated colorectal cancer by employing the AOM/DSS-model on mice lacking CysLT1R expression. Interestingly, a reduced polyp formation in a gender-specific manner could be observed in both models. CysLT1R knockout female mice, but not male mice exhibited a reduced polyp formation in the small intestine and colon, respectively. Also, a decreased nuclear expression of β-catenin within the epithelial tumor compartment was determined for CysLT1R mutant female mice in both models. However, the mechanism of tumor progression in FAP/sporadic colorectal cancer and in colitis-associated colorectal cancer might differ as indicated by reduced tumor expression of COX-2 and reduced serum levels of PGE2 in the female double mutant (CysLT1R−/− ApcMin/+) mice, whereas AOM/DSS-treated female single mutant (CysLT1R−/−) mice demonstrated increased serum levels of PGE2. In conclusion, the presented mouse models of colorectal cancer further strengthen our previous in vitro findings and highlight the prospect of CysLT1R as an alternative therapeutic approach.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Det finns ett starkt samband mellan kronisk inflammation och cancer. Ett av de mer etablerade sambanden är den mellan kronisk inflammation i tarmen och den i Sverige tredje vanligaste cancersjukdomen, nämligen tjocktarmscancer. Risken för tjocktarmscancer korrelerar med inflammationsutbredning, varaktighet och svårighetsgrad. Den inflammatoriska processen regleras av rekryterade immunologiska celler och berörd vävnad huvudsakligen via olika signaleringsmolekyler såsom leukotriener. Dessa molekyler är pro-inflammatoriska och bidrar bland annat till vätskeansamling i samband med en inflammatorisk process. De bidrar också till muskelsammandragningar och är patologiskt förknippade i det avseendet med andningssvårigheter vid astma. Leukotriener förmedlar sin effekt via inbindning till specifika cellmottagare, s.k. receptorer. Det mest potenta leukotrienet är cysteinyl leukotriene D4 (LTD4) och medlar främst via receptorn cysteinyl leukotriene 1 (CysLT1R). Vår forskningsgrupp har tidigare funnit att patienter med koloncancer (Dukes B typ) som har ett högt tumörvävnadsuttryck av CysLT1R har sämre överlevnadsprognos jämfört med patienter med lågt uttryck. Vi har också upptäckt att en närbesläktad receptor (CysLT2R) som också finns i tumörer men har uppvisat motsatt effekt på tumörceller och därmed positiv effekt för patienten. Vi har tidigare också i cellkulturer med olika koloncancer cellinjer sett att LTD4 via CysLT1R ger en ökad cellöverlevnad och vandringsförmåga, s.k. migration som är en förutsättning för metastasering, d.v.s. spridning till andra vävnader och etablering av sekundära tumörer. Däremot har cysteinyl leukotriene-inducerad CysLT2R signalering påvisat celldifferentiering, något som förknippas med cellmognad, vävnadsstabilitet och integritet. Eftersom tumörbildningsförmågan beror på interaktion mellan tumörceller och omgivande celler och vävnader inte går att undersöka genom att studera enskilda celler i en cellkultur, har nästa givna steg varit att utföra djurstudier.

Jag har i mina avhandlingsarbeten undersökt betydelsen av CysLT1R i olika djurmodeller för tjocktarmscancer. Vi har kunnat visa att behandling av subkutana humana koloncancerceller med substanser som specifikt binder till CysLT1R och förhindrar dess aktivitet, s.k. antagonister ger reducerad tumör tillväxt i möss med bristfälligt cellulär immunsystem. Detta åtföljdes av en minskad celldelning och kärlbildning i tumörerna samt ökad celldöd. Genomisk förändring, s.k. mutation av APC-genen bärs av mellan 80-90% av alla koloncancer patienter samt är ansvarig för den familjära formen av tjocktarmscancer (familial adenomatous polyposis; FAP), d.v.s. APC-genen är en betydande faktor i den mänskliga etiologin för tjocktarmscancer. APC-genen är involverad i flera cellulära processer som reglerar celltillväxt och celldelning. För att studera betydelsen av CysLT1R i utvecklingen av tjocktarmscancer hos dessa patienter använde vi oss av ApcMin/+ musmodellen som har en mutation i Apc-genen, vilket möjligör bildandet av flera tumörer i huvudsakligen tunntarmen. Vi kunde särskilja en könsspecifik skillnad i tumörbildningen, som var direkt beroende av CysLT1R-genuttrycket. Honor som saknade uttryck av CysLT1R hade signifikant mindre antal av tumörer i tunntarmen, i jämförelse med honor som hade oförändrad CysLT1R-uttryck. Dessa möss hade också större tumörinfiltrat av vita blodceller, subtyp CD8+ T celler, något som är gynnande och överrensstämmer med tjocktarmscancer patienter och deras överlevnadsprognoser. Honor som saknade uttryck av CysLT1R hade också, förutom reducering av cysteinyl leukotriener såsom LTD4, även en minskning av prostaglandin E2 (PGE2) serumkoncentrationer. Detta är anmärkningsvärd med avseende på att PGE2, och det enzym som ansvarar för dess produktion (COX-2), har påvisats i större mängder hos patienter med tjocktarmscancer. Låga doser av aspirin (acetylsalicylsyra – ASA), som hämmar bildningen av prostaglandiner har också uppvisat en skyddande effekt mot tjocktarmscancer. För att vidare verifiera betydelsen av CysLT1R använde vi möss som saknade uttryck av CysLT1R och tillämpade ett väletablerat protokoll för kemisk inducering av kolit-associerad tjocktarmscancer. Dessa djur uppvisade samma tendenser men inte i samma utsträckning som de honmöss som också saknade uttryck av APC. Vårt resultat indikerar att CysLT1R är av betydelse för utvecklingen av tjocktarmscancer i möss, möjligtvis mer i samband med avsaknad av APC uttryck. Dessa resultat lyfter också fram möjligheterna med att påverka aktiviteten hos CysLT1R som alternativ terapeutiskt mål vid behandling av patienter med tjocktarmscancer.

• author: Savari, Sayeh
• supervisor: Anita Sjölander; Sven Petterson; Wondossen Sime
• opponent: M.D, Professor Palmqvist, Richard, Department of Medical Biosciences, Pathology, Umeå University, Umeå, Sweden
• organization: Cell Pathology, Malmö (research group); BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation
• publishing date: 2014
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2014:82
• pages: 130 pages
• defense location: Kvinnokliniken, Jan Waldenströms gata 47, Skånes universitetssjukhus
• defense date: 2014-06-13 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-011-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: a9c231d2-fd90-4c4f-9ac3-8f84cce546cd (old id 4447032)
• date added to LUP: 2016-04-01 12:53:24
• date last changed: 2019-09-13 09:24:29