Haematogen áttétképzés, szerv-specificitás… Dr. Tímár József SE 2.sz. Patológiai Intézet
Hematogén metasztatikus kaszkád Metastasis-maintenance genes
Viscerális áttét
<10 2 (angiogenesis) Extravasation Adhesion (subendoth. BM) Degradation
Circulation v. Portae v. Cava inf.
10 6-7 Intravasation Adhesion (subendoth.BM) Degradation
Migration
Tumor cell-host cell Interactions: NK, MPH, platelet
Migration Adhesion Local invasion (Basement membr) Degradation Migration
10
9-11
Metastasis inititating genes
Primary tumor (angiogenesis)
intravazáció
Malignus daganat A daganatsejt aktiválja a véralvadást A daganatsejt aktiválja a trombocitákat
Daganatsejtek prokoaguláns képessége
Trombin-receptor PAR1 TF tromboplasztin „cancer procoagulant” trombin
Invazív daganatsejt jellemzője Matrix metalloproteáz termelés /TIMP hiány Cisztein proteáz: Cathepsin termelés / steffin-hiány Szerin proteáz: uPA termelés / PAI hiány Plazmin-képződés…… (fibrinolízis)
Paradoxonok…. A rák egy soha be nem gyógyuló seb Fibrinképződés és fibrinolízis párhuzamosan zajlik: Dominálnak a mikroembolusok/mikrotrombusok Manifeszt trombotizáció relatíve ritkább….
rolling Seconds (sec) platelet
docking minutes (sec)
locking/activation minutes/hrs (min)
reaction day(s) (órák / nap)
αIIbβ3 integrin
thrombocytereceptor BRIDGE
Cancer cell
Endothel glycoprotein P-selectin/CD62
carbohydrate basic peptidesfibrinogen heparan sulphate PG glycoprotein PSGL1 αIIbβ3 / αvβ3 cancer receptor HSpg sLeA-sLeX Honn Tímár,1992, Tímár Oncology,2005
Mechanikai védelem NK és monocita elleni védelem
Trombocita faktorok Növekedési faktorok (pl. PDGF: trombocita-eredetű növekedési faktor, VEGF) Fibrinogén Bioaktív lipidek (PAF, 12-HETE)
„Daganatsejt-mimikri” 1. 2. 3.
Mesenchimalis mimikri Ér-mimikri Trombocita-mimikri
Tímár és mtsai,2004
Trombocita gének daganatokban CD41 (GPIIb, integrin αIIb) Tr. 12-lipoxigenáz PECAM/CD31 (trombocita adhéziós molekula) Thrombin-receptor (PAR1-4)
Trombocita integrin (αIIbβ3-GpIIbIIIa) expressziója emberi melanómában A 1
2
3
4
5
6
B
7
C Sejttenyészet
tumorszövet Trikha, Tímár, 1997,2002
αIIb integrin kedvezőtlen prognosztikus jel melanómában
% of positive cells
100
α IIb αv
75
50
25
0
0-1.5
1.5-4.0
> 4.0
Trombocita 12-lipoxigenáz expressziója emberi melanómában
Sejttenyészet
tumorszövet Rásó és mtsai,2004
Protein expression of p12-LOX in human skin melanoma samples (n=22, confocal microscopy)
% of cases
75
<3 mm >3 mm
50
25
0
neg/low (0-25%)
medium (25-75%)
high (>75%)
Expression ranges of p12-LOX in % of positive cells
Melanóma trombocita mimicri (csontvelői őssejt markerek)
WT1 C-kit β-aktin
Rolling (sec)
Docking (sec)
Locking/activation Cell response (min) (órák / nap)
trombocita
tumorsejt endotélsejt glikoprotein P-selectin/CD62 szénhidrát glikoprotein
αIIbβ3 integrin
Bázikus peptidfibrinogén heparán szulfát-PG PSGL1 HSpg sLeA-sLeX
thrombocytareceptor híd-molekula
αIIbβ3 / αvβ3 tumorsejt-receptor Tímár, Oncology,2005
Anti-β3 integrin elleni humanizált antitest kezelés (RheoPro) Hatása humán melanóma áttétképzésére SCID egérben
1.50
kontroll RheoPro
tüdõ-súly
1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00
CTR
RheoPro
Heparin-kötő növekedési faktorok
VEGF Hb-EGF EGF bFGF HGF IL-8
Sejtfelszini heparán szulfát proteoglikán fokozott expresszió
Tímár et al. Histochem J, 1984, Döme et al.2002
Cell surface glycosaminoglycans of liver-metastatic human melanoma cell lines
35
3
5
S cpmx10 /10 cells
HT168 (lowmet)
HT168-M1 (hihgmet)
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
HS/CS ratio: 2.11
HS CS
6.14
Tímár et al. Canc Res Clin Oncol,1989, Am J Pathol, 1992
A
B
LMWH
35
cell density / mm2 (mean + SEM)
30
*p<0.05
25
D Control UFH LMWH
20* 15 10
* 5 05
60
0
5
1
60
120 time 2(min)
120
180
3
180
240
4
240 perc
5
Control UFH LMWH
4
(mean, n=3)
C
Keringés relative mRNA expression
kontroll Tüdőszövet
3 2 1 0
5 min
60 min
Bereczki et al. Clin Exp Met, 2005
Heparin kezelés hatása emberi melanóma áttétképzésére (kisérleti rendszerben) number of lung colonies (% of control mean + SEM)
125
Control UFH
100
LMWH
*p<0.05 75
*
* 50
kontroll
* *
*
*
25 0
20.0
63.0
200.0
30
Control
LMWH
number of liver metastases (mean ± SEM)
UFH
25
LMW H Hirudin (3 mg/kg)
20 *p<0.05
15
LMWH
*
* *
10 5 0
0
20
200 IU/kg
kontroll Bereczki et al. Clin exp metast, 2005
Trombocita-tumorsejt kölcsönhatás gátlásának következményei
VEGF, PDGF, EGF felszabadulás megakadályozása Aktiváló/túlélést serkentő bioaktív lipidek felszabadulásának megakadályozása Trombocita/fibrinháló eltüntetése: NK és makrofág elleni védtelenség Mechanikai sérülékenység
Heparinok antimetasztatikus hatásai Heparin
Alacsony molekulatömegű heparin
Non-heparin antikoaguláns (warfarin, dipyridamol, kumarin)
+ + + +
+ + nv nv
- /(+) -/(+) -
nv +(OS) nv +(OS) nv nv nv nv nv
+ (OS) nv +(TTP,OS) +(TTP) nv nv +(OS) + (TTP,OS) + (TTP)
nv -
Preklinikai vizsgálatok
emlőrák melanóma prosztatarák vastagbélrák Klinikai vizsgálatok
emlőrák vastagbélrák NSCLC (tüdőrák) SCLC (tüdőrák) Fejnyaki rák prosztatarák méhnyakrák pancreaszrák Melanoma („pilot”)
+ (OS) nv nv nv
OS= teljes túlélés, TTP= a progresszióig eltelt idő Timar et al. Oncology,2005, Orvostovábbképző Szle, 2006
Patterns of Metastatic Spread of Solid Tumors
Chiang A and Massague J. N Engl J Med 2008;359:2814-2823
Csontáttétképzés: arteriális, kivétel prostatarák <10 2 (angiogenezis)
Extravazáció (subendoth. BM) •Periprostatic veins •Batson veins •v. vertebrae
Keringés 10 6-7
Intravazáció Adhézió (subendoth.BM) Degradáció Migráció
Lokális invázió (BM) 10
9-11
Adhézió Degradáció Migráció
Prostate cancer (angiogenesis)
Adhézió Degradáció Migráció
A
B
C
D
PTHrP
TCTC ON, OPN, BSP
+
+
pOCL RA + NK -R A
NK L
OBL Fβ TG
I FIG
ON, OPN, BSP
OCL + PO4 Ca+ Ca++
TGFβ IGF-I ON, OPN, BSP
Endothelin-1 uPA PSA (PTHrP)
tumorsejt BMP, ON, OPN
APase
+ osteoblast
PDGF + VEGF
+
osteocyta
IGF-I/II TGFβ Ca++ BMP, ON, OPN
Bone marrow microvessel PTH PG PDGF
St
Bone marrow microvessel
St PGE2 IL-4,IL-18 IFNγ
PTH Vitamine D3 IL-17
Primer emlőrák génexpressziós profilja a biológiai viselkedésnek megfelelően
COX2+ Gr-up VI+ ERN+
Metasztatikus BRCC expressziós profilja
BM+ BRCC expressziós profilja
LJ Veer et al. Nature,2002
Woelfle et al. Canc Res 2003
fokozott
csökkent
fokozott
csökkent
cycB2,D1,E2
CDH1
HIF1α EPOR STAT1
NM23 KISS1 Bcl-2 TIMP2/3 MMP11,14 CDH11 LICAM Plakoglobin CKs Tubulin (TX)
c-myc c-met RB1CC1 VEGF, flt1 CD44v3 αvβ3+MMP9 Synd1 (PG)
uPA/PAI c-erbB2
TRAF-IP TRADD
Tolgay et al Cancer,2003, Kang et al. Canc Res,2003 (c-met) Bánkfalvi et al. …2001 (CD44v3) Rolli et al.PNAS,2003 (avb3) Schmidt-Kittler et al. PNAS,2003 (CDH1) Douchek et al. Curr Op Onc, 2002 (ERa, c-erbb2)
Collecting veins
Left heart
Systemic circulation
Arterio-venous shunts in the lung
Emlőrák tüdőáttétképzéséért felelős génmintázata Desmocollin2 UDP glikoziltraszferáz8 szintézis) Integrin β8 Fermitin-1 Landemaine et al. CR, 2008 Epiregulin COX2 MMP1/2 ANGPTL4 Massague et al.NEJM 2008
(sejtadhézió) (glikoszfingolipid (matrix adhézió) (sejtadhézió) (EGFR ligand) matrix metalloproteázok angiogén citokin
Emlőrák agyi áttétképzéséért felelős gén mintázat COX2 Hb-EGF EGFR ligand…… ST6GALNAC5 szialil-transzferáz MMP1 metalloproteáz ANGPTL4 angiogenezis Bos et al. Nature, 2009
Májmetasztatikus rákok
Vastagbélrák (rectum alsó harmad….NEM, tüdő) Gyomorrák(portal vein) Pancreasrák (splenic vein/portal vein) (v. portae) Malignus melanoma (aretiális) Bármely rosszindulatú daganat….(arteriális)
Ubiquiter paracrín sejtmozgás-reguláló: HGF máj
HGF HGF
HSPG
c-met
amplifikáció tumorsejt
tü d ő r á k NSCLC P p r o life r á c ió
EG FR B R M /B R G 1 H G F /c -m e t
e m lő r á k
v a sta g b é lr á k
p r o sz ta ta r á k
fe jn y a k i r á k
K -ra s, c yc D 1 P27, D C C J
E G F R ,H e r-2 c -m y c ,c -src H -ra s DCC, A P C ,p 2 7
EGFR, cycD 1 c -m y c , c -fe s
m e la n o m a
SCLC c -k it F O X -C 1 T SG A14
T ú lé lé s/a p o p to z is B c l-2 DAPK
H e r-2 C y c B 2 ,D 1 ,E 2 c -m y c p27J
B R A F /N -ra s
D C C , c -fo s, p21
B c l-2
P53
P 5 3 , B c l-2 , FAS T G F β R 1 /2 , h sp 4 0
P53, FA SL c IA P -1
B c l-2 , T R A IL
A n g io g e n e z is
H IF 1 α /L D H -5 V E G F -A /H G F bFG F V E G F -C
H IF 1 α EPOR V E G F -A
VEGF C O X -2
E n d o th e lin RA V E G F -A
V E G F -C
V E G F -A , b F G F
M a tr ix k ö lc sö n h a tá s (a d h é z ió d e g r a d á c ió m ig r á c ió )
M M P9 T rip sin o g e n C /4 B H e p a ra n a se H G F /c -m e t
L R , α v β 3 ,b 1 J u P A /P A R M M P9 C a th e p sin D c -m e t/H G F
C D H 1 , α 5 in t CSPG U P A /u P A R C a th e p sin B M M P9 m a trilysin AM FR, c -m e t/H G F
C D H 1 -J , W n t1 α IIb -in t UPA, M M P2 c -m e t/H G F , IL -8 R
α 6 β 1 in t CD H 17, α 5 in t U P A /u P A R M M P 1 /3 /1 1 M T 1M M P C a th e p sin B c -m e t/H G F
β 3 in te g rin (α IIb ) S y n d -4 M M P2 T IM P 3 uP A AM FR R hoC , M APK c -m e t
E gyéb
IL -1 0
ER-
GAPDH P R L 3 fo sz fa tá z H L A -II M F -R /C D 8 + -J
A c id P a se 5 B M T 1M M P M M P 7 /9 C a th e p sin B /D /K BSP, OPN P T H rP
C y sta tin C M U C18 IL -6 M H C -I
RXRγ M e ta llo th io n e in III B 3 e n d o n e x in W n t5 a
PTEN M EK5 R K IP
C D 4 4 /v 6 v 3 )J P T E N , K IS S -1 , S100A4 K A I-1 CAV1, C D 4 4 v 3 , T w ist K IS S -1 jo
M e ta sz tá z is gének
EG FR
P T E N /R R M 1 K A I-1 N M 2 3 -H S -1 0 0 P /S 1 0 0 -A 2
ELAV 4 CAPS C a rb o x y p e p tid a se E γG H β 1 in te g rin
CXCR4 OPN, BM Ps P T H rP
N M 2 3 , K IS S - C D 4 4 (v 6 ) 1 C D 4 4 (v 3 )
Genetic modells of metastasis primary tumor metastasis
Same-gene-model
„Late” Risk for metastasis increases with T sage
Clonal evolution
„Continuous„
Parallel-evolution
„Early” BRC, MM from 106 cells
Target therapy, target diagnostics
Breast cancer: HER-2-amp (ER, PgR) Colorectal cancer: K-Rasmut (EGFR) NSCLC:
EGFRmut, K-RASmut
ER/PgR status of Breast cancer LND status identical: Dikicioglu et al. Int J Clin Pract 2001, Koda et al. Oncol Rep 2004, Iguchi et al. J Surg oncol, 2003 LND status can be different: Kristeket al.Coll Antropol 2007, van Agthoven et al. Int J Cancer 1995
ER/PgR status in bone metastasis
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Histology IDC IDC IDC IDC IDC IDC IDC IDC IDC ILC IDC IDC IDC IDC IDC IDC IDC IDC
TTP (month) 211 138 2 10 19 22 14 20 80 35 195 33 21 76 2 29 27 10
primary + + + + + +
+ + +
+ +
+
+ + + + + 13/18 +
Rasmussen et al.Path Res Pract 185:856,1989
metastasis -
9/18 maint 9/18 change 4/13 maint+ 9/13 lost+
Lörincz et al. Anticancer Res 25:3075,2005
HER2 status in breast cancer
3+ CB11
Amp HER2/CEP17
HER2 status in LND metastasis 15% discordance (IHC) Carlsson et al. Br J Cancer 2004 2% discordance: Gong et al. Cancer 103:1763,2005 2% discordance: Santiago et al. Histol Histopath 24:675,2009
HER-2 status in distant metastasis 6% discordance (1/17): Gong et al. Cancer 2005 loss 9.2% discordance (8/87): Tapia et al. Breast Canc Res 9:R31,2007 Loss and gain 28.6% discordance (10/35): Santinelli et al.Int J Cancer 122:999,2008 1/3rd loss, 2/rd gain
Alteration of HER-2 status of breast cancer in bone metastasis
1 2 3 4 5-23
IHC 3+ 3+ 0 2+ 0/1+
primary FISH A A A A nt
HER2 + + + + -
IHC 3+ 0 3+ 0 0/1+
met FISH A N A N nt
HER2 + + -
Lörincz et al. POR 2006
Immunophenotype switch of breast cancer in bone metastasis Metastasis
Primary Her2 6% Tripla negatív 31%
"luminal A" 21%
"luminal A" 48% triple negatív 61%
"luminal B" 12% HER 2 6%
"luminal B" 15%
Szasz M, Kulka J et al. Poster section
Immunophenotype changes in CNS metastasis
Primary triple negatíve 30%
HER 2 20%
Metastasis
"luminal A" 40%
"luminal B" 10%
triple negatíve 28% "luminal B" 44%
HER 2 28%
„luminalis B”: ER/PgR ⊕ és HER2 ⊕ vagy Ki67 > 20%
Colorectal cancer- K-RAS NCCN guideline: K-RAS determination from primary or metastatic tissue
>1_Kr18#SrS_E07_09 sequence exported from chromatogram file CCNTTTTCNTTATTTTTATTATAAGGCCTGCTGAAAATGACTGAATATAAACTTGTGGTA GTTGGAGCTGGTGGCGTAGGCAAGAGTGCCTTGACGATACAGCTAATTCAGAATCATTTT GTGGACGAATATGATCCAACAATAGAGGTAAATCTTGTTTTAATATGCATATTACTGGGT GCAGGACCAA
K-RAS status in metastasis K-RAS mutation incidence 2x in liver mets: Suchy et al. Int j Cancer 1992 53.4% discordance (7/13 loss): Tortola et al. JCO19:2837,2001 Progressive clonalization: Losi et al. Carcinogenesis 26:916,2005 Clonal heterogeneity Early Advanced Mets
T1N0M0 T3/4N1M0 liver
10pts 15 pts 20pts
(Weber et al. Int j Cancer 120:524,2006)
K-RAS
p53
60% 20% 0%
70% 20% 5%
K-RAS status in metastasis
0% discordance : Etienne-Grimaldi et al. 14:4830,2008 5% discordance (loss): Loupakis et al. JCO27:2622,2009
EGFR/K-RAS status of NSCLC Both are crutial predominantly for adenocarcinoma Mutations are mutually exclusive with rare exceptions (few %) K-RAS: 35-40% (Hu) EGFR: 15% (Hu)
EGFR status in metastasis 16% discordance LND(3/7 gain, 3/7 loss): Schmid et al. Clin Canc Res 15:4554,2009 16.8% discordance LND (10/17 loss, 7/17 gain): Park et al. J Thorac Oncol 4:809,2009 27% discordance (9/18 loss, 17/49 gain): Gow et al. Ann Oncol 20.696,2009 24% discordance (2/6 gain, 4/6 loss): Kalikaki et al. Br J Cancer 99:923,2008
K-RAS status in metastasis 55.8% discordance rate LND: (16/28 loss, 8/15 gain): Schmid et al. Clin Cancer Res 2009 24% discordance rate (50% gain, 50% loss): Kalikaki et al. Br J Cancer 2008 22.5% discordance rate: Monaco et al.Human Pathol, 2009
Comparison of K-RAS status of lung adenocarcinoma in bone mets Case No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 K-Ras mutation
K-RAS status N(%) primary metastasis wt M wt wt wt wt wt wt wt M M M wt wt wt wt M wt wt wt M wt 3/11 (27.3%) 3/11 (27.3) Badalian et al. POR, 2007
Genetic modells of metastasis primary tumor metastasis
Same-gene-model
„Late”
Chance 33%
Risk for metastasis increases with T sage
Clonal evolution
„Continuous„ 33%
Parallel-evolution
„Early” 33%
BRC, MM from 106 cells
