Prostate cancer and neuroendocrine differentiation. Molecular aspects in prostate cancer development

Abstract

Hormone refractory prostate cancer occurs when androgen-deprivation therapy (ADT) fails to stop the growth of prostate cancer for any longer. Recent studies point towards a role for neuroendocrine (NE) differentiation in the development of hormone refractory disease. It has been hypothesized that NE-differentiated malignant tumor cells survive during ADT and promote development of androgen-independent disease through autocrine and paracrine signaling pathways. In vitro studies have shown that androgen depletion, stimulation with growth factors such as IL-6 and cAMP inducing agents cause NE-differentiation in prostate cancer cell lines.

In this thesis, we have analyzed the tumorogenic characteristics of NE tumor cells with regard to expression of key transcription factors, stem cell markers and clinical prognostic markers. Hypoxia has been shown to induce increased tumor growth by promoting angiogenic and glycolytic pathways. Tumors overexpressing hypoxia inducible factors (HIF1a and HIF2a), important transcriptional activators of oxygen-regulated genes, are resistant to chemo- and radiotherapy. We found overexpression and cytoplasmic stabilization of HIF1a and HIF2a in androgen receptor negative NE cells in benign and malignant prostate tissue. Furthermore, we showed that stabilization of HIF1a in NE cells in prostate cancer is due to the presence of a HIF1a isoform, HIF1a1.2. This isoform is co-localized with ARNT, a subunit important for the function of HIF1 transcription factor. This finding indicates that the HIF1a1.2 isoform might sequester ARNT in the cytoplasm.

We also studied presence of stem cell marker Oct 3/4 in prostate cancer and benign prostate hyperplasia. Transcription of type 1 of Oct 3/4 as well as protein expression with nuclear localization of Oct 3/4 were not detected in any of prostate tumors or benign prostate hyperplasia but we found only the cytoplasmic isoform 2 of Oct3/4 in prostate tumors with NE-differentiation and also in benign prostate hyperplasia.

We studied NE-differentiation in hormone-naive high-grade prostate adenocarcinoma with four immunohistochemial NE markers, Chromogranin A (CgA), synaptophysin, serotonin and neuron-specific enolase (NSE). We showed that synaptophysin immunoreactivity detects the highest number of NE-differentiated tumors. In addition, NE-differentiation measured with synaptophysin, serotonin and NSE immunoreactivity, was correlated to Gleason grade 4 rather than Gleason grade 5 cancer. Univariate statistical analysis revealed that the immunoexpression of CgA, serotonin and NSE is correlated to longer patient survival time. In conclusion, NE-differentiation in hormone-naive high-grade prostate adenocarcinoma, measured with three of four NE markers, is correlated to Gleason grade 4 cancer, a better prognosis and longer patient survival time.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Prostata cancer är Sveriges vanligaste cancerform. Många patienter med prostata cancer kan bli botade med kirurgi. I en del fall är kurativt syftande behandling inte möjlig. Dessa patienter behandlas då med hormonbehandling. Hormon behandling går ut på att hämma effekten av det maligna könshormonet, testosteron, som både den normala prostata körteln och tumörcellerna är beroende av. De flesta patienter med prostata cancer svarar väl på hormonterapi men efter några år utvecklar tumörcellerna resistens mot denna behandling. Många studier visar att den så kallad "neuroendokrin differentiering" är i en del fall, en möjlig orsak till utveckling av hormonresistent prostata cancer. Neuronendokrin differentiering innebär att tumören bildar nervliknade celler som är oberoende av testosteronet. Man tror att dessa celler bildar ämnen, neuroendokrina peptider som serotonin och bombesin,som utsöndras, påverkar och hjälper omgivande tumörceller att överleva utan det manliga könshormonet.

Vi har studerat egenskaper av neuroendokrint differentierade tumörceller och analyserat och karakteriserat uttryck av proteiner som har visats vara viktiga för utveckling av många maligna tumörer. Man har visat att maligna tumörer är dåligt syresatta på grund av ej funktionella kärl som inte leder det syresatta blodet till tumörcellerna. Tumörerna har utvecklat olika vägar för att klara syrebristen. En del uttrycker proteiner med ändrad funktion som hjälper tumörcellernas med överlevnaden. Proteiner som "Hypoxia inducible factors" är viktiga för den fysiologiska syreregleringen i kroppen. Man har visat att en del tumörer överuttrycker dessa proteiner och hindrar deras nedbrytning och kan därför utnyttja dessa för att både överleva och växa till. Vi har studerat två av dessa syrereglerande proteiner i neuroendokrina celler och visar i den här studien att just en variant av dessa proteiner förekommer specifikt hos neuroendokrina tumörceller i prostata cancer. Vi har även försökt att förklara hur detta protein troligen utför sin funktion.

De senaste åren har forskningsvärlden alltmer intresserat sig för de så kallade "stamceller" både i normal- och tumörvävnad. Stamceller i normalvävnad är omogna eller "moderceller" som inte har specialiserat sig och har förmågan att utvecklas till olika celltyper i kroppen: hjärna, hjärtmuskel, blod och ben bara för att nämna några exempel. Forskarna hoppas på att man ska kunna utnyttja odlade stamceller för att producera kroppsceller som kan ersätta skadad vävnad i människokroppen. Man tror även att det finns maligna stamceller som delvis har samma egenskaper som de normala stamcellerna. Det kan tänkas att maligna stamceller utvecklas som ett resultat av förändringar i normala stamceller. De maligna stamcellerna tros kunna driva fram tumörtillväxt, bilda olika varianter av tumörceller som fungerar i olika vävnader och leda till metastaser. De maligna stamcellerna kan vara resistenta mot cancerbehandling som kemoterapi och strålning. Man vill gärna identifiera och bekämpa dessa moderceller för att bota tumörer. Forskning har visat att det finns stamcellmarkörer eller proteiner som är viktiga för upprätthållandet av stamcellsegenskaper hos maligna stamceller. Dessa markörer kan användas både för att identifiera och bekämpa tumör stamceller.

Vi har undersökt om de neuroendokrina tumörcellerna i prostata cancer är också stamceller. Med flera olika metoder på protein och gennivå har vi visat att just en av stamcellsmarkörer, Oct3/4, inte existerar i neuroendokrina tumörceller i prostata cancer. I nuläget är det oklart om neuroendokrina tumörceller är stamceller eller inte och det behövs mer forskning inom området för att få klarhet om denna fråga.

Idag finns det ett fåtal behandlingsregimer som kan hämma tillväxt av de neuroendokrina tumörerna. För att välja just denna behandling, måste dessa typer av tumörer identifieras. Därför har vi även analyserat om det finns morfologiska kännetecken som underlättar igenkännandet av dessa tumörer och vi har funnit att ett visst tumörmönster så kallad Gleason typ 4 ofta innehåller neuroendokrint differentierade tumörceller. Bedömning av tumörmönster eller Gleason gradering används idag rutinmässigt för att förutse patientens prognos. Nu kan man även använda denna gradering för att hitta neuroendokrint differentierade prostata tumörer.

Våra resultat kan förhoppningsvis öka förståelsen för utveckling av behandlingsresistent prostata cancer och även bidra till att lättare diagnostisera dessa tumörtyper.

• author: Monsef, Nastaran
• supervisor: Per-Anders Abrahamsson; Maria Soller; Ioannis Panagopoulos
• opponent: Professor Jack, Schalken, Department of Urology, Radboud University, Nijmegen Medical Center, Nijmegen, The Nederlands
• organization: Department of Translational Medicine
• publishing date: 2010
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Urology and Nephrology
• keywords: Prostate cancer, neuron specific enolase, neuroendocrine differentiation, serotonin, hypoxia, cancer stem cell, synaptophysin, Gleason score, chromogranin A, Gleason grade
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2010:85
• pages: 112 pages
• defense location: Medelhavet, Wallenbergslaboratorium, Malmö University hospital
• defense date: 2010-11-02 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-86671-01-3
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 532be2c1-476c-4bb6-9275-dbbbbd7b74c9 (old id 1689545)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:23:26
• date last changed: 2023-04-18 20:15:50