Διερεύνηση του ρόλου της πλειοτροπίνης και του υποδοχέα της με δράση φωσφατάσης τυροσίνης στην καρκινική αγγειογένεση in vivo

Abstract

Pleiotropin (PTN) is a growth factor that regulates endothelial cell migration, acting on many different receptors. The most well-studied transmembrane receptor for PTN that is expressed on endothelial cells in vitro is the tyrosine phosphatase receptor PTPRZ1. Both PTN and PTPRZ1 are overexpressed during embryonic development, and their expression is altered in various types of cancers. Based mostly on in vitro studies, PTN and PTPRZ1 have been reported to affect tumor growth and tumor angiogenesis. The aim of the present thesis is to study the role of PTN and PTPRZ1 in cancer angiogenesis in vivo, using mice that do not express PTN or PTPRZ1. For this purpose, the model of chemically induced carcinogenesis by parenteral administration of urethane leading to development of lung adenocarcinoma was used. It was found that in mice that do not express PTPRZ1, adenocarcinoma growth and angiogenesis were significantly increased, while animal survival was significantly impaired. Decreased expression of PTPRZ1 appears to be associated with decreased survival of lung adenocarcinoma patients as well. The increased angiogenesis observed in tumors is inherent, as it was also found in the lungs and the heart of PTPRZ1-deficient mice independently of tumor growth. Similarly, lung microvessel endothelial cells from PTPRZ1-deficient mice show increased proliferation, migration, lumen formation and mitochondrial activity in vitro, reduced ανβ3 integrin levels, and VEGFR2 receptor activation. Comparison of the transcriptomes of endothelial cells from PTPRZ1 wildtype and knockout lungs obtained by RNA sequencing analysis, shows that the lack of PTPRZ1 is associated with the process of angiogenesis. In PTN-deficient mice, carcinogenesis is not significantly affected, although significantly increased angiogenesis is observed in lung tissue in vivo, consistent with the vast induction of proliferation and migration of PTN-deficient endothelial cells by exogenous VEGFA administration in vitro. PTN-deficient endothelial cells have more elongated mitochondria, and analysis of their transcriptional pattern reveals changes in gene expression associated with functions such as cell migration, adhesion, and cytoskeletal changes. In conclusion, the data of the present thesis suggest the involvement of both PTPRZ1 and PTN in the regulation of angiogenesis in vivo and highlight PTPRZ1 as a potential biomarker for the prognosis of lung adenocarcinoma progression. Furthermore, it appears that both PTN and PTPRZ1 are involved in the regulation of mitochondrial function, a hypothesis that will be further explored in future studies.

H πλειοτροπίνη (ΡΤΝ) είναι ένας αυξητικός παράγοντας που δρα στα ενδοθηλιακά κύτταρα και ρυθμίζει τη μετανάστευσή τους, δρώντας σε πολλούς διαφορετικούς υποδοχείς. Ο πιο καλά μελετημένος διαμεμβρανικός υποδοχέας της ΡΤΝ που εκφράζεται στα ενδοθηλιακά κύτταρα in vitro είναι ο υποδοχέας με δράση φωσφατάσης τυροσίνης PTPRZ1. Τόσο η ΡΤΝ όσο και ο PTPRZ1 υπερεκφράζονται κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης και η έκφρασή τους μεταβάλλεται σε διάφορες μορφές καρκίνου κι έχουν αναφερθεί να επηρεάζουν την καρκινική ανάπτυξη και ίσως και την καρκινική αγγειογένεση, όπως προκύπτει κυρίως από in vitro μελέτες. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη του ρόλου της ΡΤΝ και του PTPRZ1 στην καρκινική αγγειογένεση in vivo, χρησιμοποιώντας μύες που δεν εκφράζουν την ΡΤΝ ή τον PTPRZ1. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο επαγωγής χημικής καρκινογένεσης με παρεντερική χορήγηση ουρεθάνης που οδηγεί στην ανάπτυξη αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα. Βρέθηκε ότι στους μύες που δεν εκφράζουν PTPRZ1, η ανάπτυξη του αδενοκαρκινώματος ήταν σημαντικά αυξημένη, με αυξημένη αγγειογένεση και μειωμένη επιβίωση των πειραματοζώων. Η μειωμένη έκφραση του PTPRZ1 φαίνεται να συσχετίζεται με μειωμένη επιβίωση και των ασθενών με αδενοκαρκίκωμα πνεύμονα. Επίσης, η αυξημένη αγγειογένεση που παρατηρείται στους όγκους είναι εγγενής, αφού βρέθηκε και σε πνεύμονες και καρδιά των μυών που έχουν έλλειψη του PTPRZ1 ανεξάρτητα από την ανάπτυξη όγκων. Παρόμοια, τα ενδοθηλιακά κύτταρα από τα μικροαγγεία του πνεύμονα μυών με έλλειψη PTPRZ1 παρουσιάζουν αυξημένο πολλαπλασιασμό, μετανάστευση, δημιουργία αυλών και μιτοχονδριακή ενεργότητα in vitro, μειωμένα επίπεδα της ιντεγκρίνης ανβ3 και ενεργοποίηση του υποδοχέα VEGFR2. Σύγκριση των μεταγράφων των ενδοθηλιακών κυττάρων από μύες που εκφράζουν ή δεν εκφράζουν τον PTPRZ1 που προκύπτει από RNA sequencing δείχνει ότι η έλλειψη του PTPRZ1 σχετίζεται με τη διαδικασία της αγγειογένεσης. Στους μύες με έλλειψη της ΡΤΝ, η καρκινογένεση δεν επηρεάζεται σημαντικά αλλά παρατηρείται σημαντικά αυξημένη αγγειογένεση στον πνευμονικό ιστό in vivo, σε συμφωνία με την πολύ μεγάλη επαγωγή στον πολλαπλασιασμό και τη μετανάστευση των ενδοθηλιακών κυττάρων με έλλειψη της ΡΤΝ από την εξωγενή χορήγηση VEGFA in vitro. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα με έλλειψη ΡΤΝ έχουν πιο επιμήκη μιτοχόνδρια και με ανάλυση του μεταγραφικού τους προτύπου εντοπίζονται μεταβολές στην έκφραση γονιδίων που συνδέονται με λειτουργίες όπως η κυτταρική μετανάστευση, η προσκόλληση και αλλαγές του κυτταροσκελετού. Συμπερασματικά, τα δεδομένα της παρούσας διατριβής υποδηλώνουν τη συμμετοχή τόσο του PTPRZ1 όσο και της ΡΤΝ στη ρύθμιση της αγγειογένεσης in vivo και αναδεικνύουν τον ΡΤΡRZ1 ως πιθανό βιοδείκτη για την πρόγνωση της εξέλιξης του αδενοκαρκινώματος πνεύμονα. Επιπλέον, φαίνεται ότι τόσο η ΡΤΝ όσο και ο PTPRZ1 εμπλέκονται στη ρύθμιση της μιτοχονδριακής λειτουργίας, υπόθεση που θα διερευνηθεί περαιτέρω σε μελλοντικές έρευνες.