Invasion and Proliferation in Malignant Cells

Abstract

Two key events in the oncogenic process of tumor cells are to acquire uncontrolled proliferation and invasive properties. This allows the tumor to grow and invade beyond the tissue from which the tumor cells originate. We here specifically studied p16 and ERK1/2 with special focus on and the relation to proliferation and invasion in non-melanoma skin cancer and in breast cancer.



In a model system of basal cell carcinoma, we observed that tumor cells changed phenotype from a highly proliferative type in the centre of the tumor to an invasive type with low proliferation and a marked upregulation of p16 at the invasive front. The expression of p16 was transcriptionally regulated and possible p16 activators such as ERK1/2 or Ets were not the sole contributors. Similar findings were observed in squamous cell carcinoma of the skin, despite a non functional Rb pathway, which might indicate a proliferation independent role for p16 in invasive behaviors.



In primary breast cancer, a signaling cascade from VEGFR2 via ERK1/2 phosphorylation to Ets2 phosphorylation and cyclin D1, could be outlined and ERK1/2 phosphorylation was linked to small tumors with good prognosis. We also observed a Notch1 independent activation of Hes1 in breast cancer. Further, postmenopausal patients with ERK1/2 phosphorylated tumors had an impaired tamoxifen response, but ERK1/2 phosphorylation was not linked to tamoxifen resistance in premenopausal women.



Taken together, our results implicate that there is a general inverse association between invasion and proliferation in some malignancies and this novel finding could be important when designing new treatment strategies for cancer patients.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Två händelser i tumörutvecklingen för en tumörcell är att erhålla okontrollerad celltillväxt och invasiva egenskaper. Detta tillåter tumöran att växa in i den omkringliggande vävnaden. I denna avhandling har vi specifikt studerat p16 och ERK1/2 med speciell fokus på förhållandet mellan invasion och proliferation i hudcancer och bröstcancer.



Basalcellscancer har ett distinkt histologiskt invasions mönster som gör tumörtypen lämplig att använda som ett modellsystem för att studera förhållandet mellan invasion och proliferation. Immunohistokemiska analyser av p16, Ki-67 (proliferationsmarkör) och fosforylerat Rb visade att tumörceller vid den invasiva fronten, både vid den nodulära puttande fronten, vid ulceration samt i spetsiga och kilformade utlöpare av tumörceller hade ökat p16 uttryck låg proliferation (Ki-67) och inget fosforylerat Rb till motsats från centrala delar av basalcellscancern som proliferarade och hade fosforylerat Rb. Detta tyder på att invasion och proliferation är omvänt kopplade i basalcellscancer och att tumör cellerna byter fenotyp från en cell med hög proliferation centralt i tumören till en cell med låg proliferation vid den invasiva fronten. Denna förändring i proliferation (och möjligen invasion) var troligtvis en effekt av p16 som inhiberade cyklin D-CDK4/6, därmed fosforylering av Rb och proliferationen. Genom att anlysera RNA nivåerna i förhållande till proteinnivåerna vid den invasiva fronten kunde vi också visa att p16 reglerades på RNA nivå i basalcellscancer. Vidare kunde vi genom att immunohistokemiskt analysera olika faktorer som kan påverka RNA nivåerna av p16 utesluta att kända faktorer som reglerar p16, så som Ets, SP, Bmi och ERK1/2, ensamt reglerade p16 nivåerna i basalcellscancer.



Vi ville också undersöka en annan typ av hudcancer, invasiv skivepitelcancer, om Rb regleringen var normal och om p16 uppregelarades vid den invasiva fronten. Immunohistokemiska analyser av p16 visade två olika scenarier i skivepitelcancer. I vissa skivepitelcancrar observerade vi bara cytoplasmatisk p16 färgning och i de andra både cytoplasmatisk och nukleär färgning. Gemensamt var att tumörcellerna prolifererade trots att de var p16 positiva vilket tyder på att cellcykel regleringen via Rb inte fungerade i skivepitelcancer. Vi fann dock att p16 uppreglerades vid den invasiva fronten även i skivepitelcancer på liknande sätt som i basalcellscancer. Detta skulle kunna tyda på att p16 har en speciell funktion vid invasion av tumörceller som är oberoende av dess proliferations kontroll.



För att ytterligare studera en faktor som är viktig vid proliferation och invasion, studerade vi ERK1/2 aktivering i bröstcancer. I en studie som inkluderande totalt ca 800 bröstcancer patienter fann vi att (vascular endothelial growth factor receptor 2) VEGFR2 och proteinerna cyklin D samt Ets-2 var signifikant kopplade till ERK1/2 i bröstcancer och utgör troligtvis en aktiv signalkaskad väg i små, mindre aggressiva tumörer. Vi kunde också visa med hjälp av en annan studie (ca 500 patienter) att ERK1/2 korrelerade till Hes1. För postmenopausala kvinnor randomiserade till tamoxifen eller ingen adjuvant behandling, observerade vi ett samband mellan ERK1/2 och försämrad tamoxifen effekt, men för randomiserade premenopausala kvinnor påverkade inte ERK1/2 effekten av tamoxifen. Detta tyder på att fler och större studier behövs för att utröna den verkliga effekten av ERK1/2 på patienters svar på tamoxifen.



Idag verkar det finnas en generell uppfattning om att tumörceller invaderar och prolifererar samtidigt. Våra resultat visar att tumörceller i vissa tumörtyper inte invaderar och prolifererar samtidigt vilket kan vara viktigt när man utformar nya behandlingsstrategier.

• author: Svensson Månsson, Sofie
• supervisor: Göran Landberg
• opponent: Dr. Berx, Geert, Ghent University, Belgium
• organization: Pathology, Malmö (research group)
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology; Cell and Molecular Biology
• keywords: cancerology, oncology, Cytology, breast cancer, squamous cell carcinoma, basal cell carcinoma, p16, proliferation, invasion, Cytologi, onkologi, cancer
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2006:111
• pages: 127 pages
• defense location: Main Lecture Hall, Pathology building entrance 78, Malmö University Hospital, Malmö, Sweden
• defense date: 2006-10-27 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85559-35-0
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: S Svensson, K Nilsson, A Ringberg and G Landberg. 2003. Invade or proliferate? Two contrasting events in malignant behavior governed by p16INK4a and an intact Rb pathway illustrated by a model system of basal cell carcinoma. Cancer Research, vol 63 pp 1737-1742.; K Nilsson, S Svensson and G Landberg. 2004. Retinoblastoma protein function and p16INK4a expression in actinic keratosis, squamous cell carcinoma in situ and invasive squamous cell carcinoma of the skin and links between p16INK4a expression and infiltrative behavior. Modern Pathology, vol 17 pp 1464-1474.; S Svensson Månsson, J S Reis Filho and G Landberg. . Transcriptional upregulation and unmethylation of the promoter region of p16 in invasive basal cell carcinoma cells and partial co-localisation with the ÿ2 subunit of laminin-5. (manuscript); S Svensson, K Jirström, L Ryden, G Roos, S Emdin, MC Ostrowski and G Landberg. 2005. ERK1/2 phosphorylation is linked to VEGFR2 expression and Ets-2 phosphorylation in breast cancer and is associated with tamoxifen treatment resistance and small tumours with good prognosis. Oncogene, vol 24 pp 4370-4379.; S Svensson Månsson, C Manetopoulos, M E Johansson, L Ryden, K Jirström, G Landberg and H Axelsson. . Association between the ERK pathway and the Notch target gene Hes1 in primary breast cancer and in breast cancer cell lines. (manuscript)
• id: f51bcf9a-5bd4-4c62-a91d-d703efa9ccb4 (old id 547334)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:48:36
• date last changed: 2019-05-22 06:16:52