Inhibition of WNT5A Signaling and Function in Malignant Melanoma

Abstract

The life-threatening disease of malignant melanoma is one of the fastest growing forms of cancer, affecting an estimated number of 200,000 patients worldwide every year. Although highly curable if detected early, once the melanoma has metastasized there are few treatment options and a median survival rate of only 6-9 months. Consequently, there is an imperative need to identify the factors that drive melanoma metastasis and to develop means of interfering with their actions.

Elevated WNT5A expression has been significantly correlated with increased metastatic potential of melanoma cells as well as reduced patient survival. In this thesis we investigate the possibility of impairing melanoma cell motility by targeting WNT5A signaling. Our results demonstrate that TGFβ is an unsuitable target for blocking WNT5A signaling since it mediates unpredictable effects on melanoma cell invasion. Instead, we show that the t-butyloxycarbonyl-modified WNT5A-derived hexapeptide Box5 functions a potent antagonist of WNT5A-induced signaling, migration and invasion in melanoma cells. Moreover, we demonstrate that IL-6 can drive melanoma cell motility through p38α-MAPK-dependent up-regulation of WNT5A expression and that targeting IL-6, in contrast to TGFβ, reduces melanoma cell invasion. We furthermore reveal the existence of a WNT5A-IL-6 positive feedback loop in melanoma cells that augments their invasive capacity. Concomitantly, we show that combined targeting of IL-6 and WNT5A within this loop more effectively impairs melanoma cell invasion.

Taken together, our results demonstrate the possibilities of antagonizing WNT5A signaling directly (Box5) or indirectly (targeting of IL-6), which if combined can provide the basis for future therapeutic intervention of melanoma metastasis.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Hudcancerformen malignt melanom är en utav de cancerformer som är på starkast frammarsch idag, där runt 200,000 människor drabbas varje år runt om i världen. Sjukdomen uppkommer p.g.a. förändringar i arvsmassan (DNA) hos en speciell typ av celler som finns i huden, de så kallade melanocyterna. Under normala förhållanden har dessa celler till uppgift att producera det brunfärgade pigmentet melanin, vilket de framförallt gör när vi har utsätter oss för solens strålar. Men, förutom att göra oss bruna, så kan solens strålar även orsaka förändringar i DNA hos bl.a. melanocyterna med uppkomsten av malignt melanoma som följd. Som tur är krävs ett flertal förändringar för uppkomsten av malignt melanom och ännu fler för att sjukdomen ska bli livshotande.

De allra första förändringarna tillåter melanocyterna (nu kallade för melanomceller) att dela sig okontrollerat, vilket resulterar i att en tumör växer fram i huden. Upptäcks tumören tidigt, kan den enkelt opereras bort och patienten överlever i de allra flesta fall. Om tumören däremot förblir oupptäckt, kan ytterligare förändringar leda till att den invaderar djupare ner genom hudens olika lager, där den kan komma i kontakt med både blod- och lymfkärl. Genom dessa kärl kan sedan enskilda melanomceller sprida sig och bilda dottertumörer (metastaser) i flera av kroppens livsviktiga organ (ex hjärnan och lungorna). När sjukdomsförloppet väl nått så långt, finns inga effektiva behandlingsmöjligheter tillgängliga och merparten av dessa patienter dör inom 6-9 månader. Därför är det särskilt viktigt att förstå vilka specifika förändringar som ligger bakom melanomtumörens förmåga att invadera och metastasera, för att på så vis kunna utveckla framtida läkemedel som kan motverka dessa egenskaper.

Sedan millennieskiftet har ett flertal vetenskapliga studier visat att produktionen av proteinet WNT5A ökar i takt med att melanomtumören utvecklas och att detta i sin tur kraftigt förstärker melanomcellernas förmåga att invadera och metastasera. Därför har vi i detta avhandlingsarbete valt att undersöka olika sätt att motverka WNT5A’s förmåga att driva dessa egenskaper hos melanomcellerna.

I den första studien började vi med att undersöka möjligheten att motverka den ökade produktionen av WNT5A hos melanomceller. Tack vare tidigare resultat från en annan forskargrupp viste vi att ett annat protein vid namn TGFβ kunde öka produktionen av WNT5A i friska bröstceller. När vi studerade samma förhållande, fast hos melanomceller, visade det sig att TGFβ även kunde öka produktionen av WNT5A i dessa celler. Paradoxalt nog visade det sig dock att TGFβ minskade melanomcellernas förmåga att invadera, trots att produktionen av WNT5A hade ökat kraftigt. Med anledning av dessa resultat beslöt vi oss för att istället försöka motverka WNT5A’s förmåga att direkt påverka melanomcellerna. Några år tidigare hade vi vår forskargrupp utvecklat en molekyl med förmågan att härma WNT5A’s funktioner. Tanken var att försöka modifiera molekylen så att den istället kunde användas för att motverka WNT5A’s funktioner. Efter flertalet försök lyckades vi skapa molekylen Box5 som tydligt kunde motverka WNT5A’s effekter i melanomceller och dessutom minska deras förmåga att invadera.

I den andra studien försökte vi oss återigen på att motverka den ökade produktionen av WNT5A i melanomceller. Istället för TGFβ, fokuserade vi denna gång på ett annat protein vid namn IL-6. Likt WNT5A, ökar produktionen av IL-6 i takt med att melanomtumören utvecklas. Dessutom har IL-6 visat sig öka melanomcellers förmåga att invadera. När vi behandlade melanomceller med konstgjort IL-6 visade det sig att den ökade förmågan att invadera till stor del kan bero på att produktionen av WNT5A ökas. Därtill lyckades vi skapa oss en djupare insikt i hur IL-6 ökade produktionen av WNT5A i melanomcellerna. Denna kunskap kan visa sig mycket betydelsefull för att motverka den WNT5A-styrda spridningen av melanomceller i kroppen.

I den tredje och sista studien försökte vi kombinera resultaten från de två första studierna för att på så vi uppnå ett förhoppningsvis ännu effektivare sätt att minska den WNT5A-drivna invaderingen av melanomceller. Mot bakgrunden av våra egna och andra forskargruppers tidigare resultat hade vi skapat en hypotes om att WNT5A kan öka sin egen produktion i melanomceller med hjälp av IL-6. Våra än så länge preliminära resultat styrker denna hypotes då vi i en och samma typ av melanomceller har lyckats visa att IL-6 upprätthåller en hög produktion av WNT5A, medan WNT5A upprätthåller en hög produktion av IL-6. Mera betydelsefullt är att en kombination av Box5 och en IL-6-blockerande antikropp avsevärt minskar deras förmåga att invadera. Skulle dessa resultat dessutom visa sig ha en generell betydelse för merparten av alla melanomceller, kan möjligtvis kombination av Box5 och en IL-6-blockerande antikropp utgöra en efterlängtad metod för att effektivt behandla patienter med metastaserande malignt melanom.

Sammanfattningsvis har vi i detta avhandlingsarbete identifierat möjligheterna att motverka både den ökade produktionen (blockera IL-6) samt den direkta funktionen (Box5-behandling) av WNT5A i melanomceller, som om de kombineras kan användas för att effektivt motverka spridningen av melanomceller hos patienter.

• author: Linnskog, Rickard
• supervisor: Tommy Andersson; Victoria Sherwood; Per Kjellbom
• opponent: Weeraratna, Ashani, Tumor Metastasis and Microenvironment Program, The Wistar Institute, Philadelphia, PA, USA
• organization: Experimental Pathology, Malmö (research group); Experimental Cancer Research, Malmö (research group); BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation
• publishing date: 2014
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Clinical Medicine
• keywords: WNT5A, Malignant Melanoma, Migration, Invasion, TGFβ, IL-6, p38-MAPK
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2014:114
• pages: 130 pages
• defense location: Main lecture hall. Pathology building, Skåne University Hospital, Malmö
• defense date: 2014-10-10 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-043-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 6b88923c-3d97-4a51-b3d3-aefe07cce5ed (old id 4647851)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:50:53
• date last changed: 2023-04-18 20:05:58