Elevated VEGF-D Modulates Tumor Inflammation and Reduces the Growth of Carcinogen-Induced Skin Tumors

Vascular endothelial growth factor D (VEGF-D) promotes the lymph node metastasis of cancer by inducing the growth of lymphatic vasculature, but its specific roles in tumorigenesis have not been elucidated. We monitored the effects of VEGF-D in cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) by subjecting transgenic mice overexpressing VEGF-D in the skin (K14-mVEGF-D) and VEGF-D knockout mice to a chemical skin carcinogenesis protocol involving 7,12-dimethylbenz[a] anthracene and 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate treatments. In K14-mVEGF-Dmice, tumor lymphangiogenesis was significantly increased and the frequency of lymph node metastasis was elevated in comparison with controls. Most notably, the papillomas regressed more often in K14-mVEGF-D mice than in littermate controls, resulting in a delay in tumor incidence and a remarkable reduction in the total tumor number. Skin tumor growth and metastasis were not obviously affected in the absence of VEGF-D; however, the knockout mice showed a trend for reduced lymphangiogenesis in skin tumors and in the untreated skin. Interestingly, K14-mVEGF-D mice showed an altered immune response in skin tumors. This consisted of the reduced accumulation of macrophages, mast cells, and CD4(+) T-cells and an increase of cytotoxic CD8(+) T-cells. Cytokine profiling by flow cytometry and quantitative real time PCR revealed that elevated VEGF-D expression results in an attenuated Th2 response and promotes M1/Th1 and Th17 polarization in the early stage of skin carcinogenesis, leading to an anti-tumoral immune environment and the regression of primary tumors. Our data suggest that VEGF-D may be beneficial in early-stage tumors since it suppresses the pro-tumorigenic inflammation, while at later stages VEGF-D-induced tumor lymphatics provide a route for metastasis.Peer reviewe

Skin stem cells and tumor growth:functions of collagen XVIII in hair follicle cycling and skin cancer, and Bmx tyrosine kinase in tumor angiogenesis

Abstract Skin stem cells are essential for maintaining epidermal homeostasis by providing new cells to replace those that are lost during normal tissue turnover and repair after injury. Adult epidermal stem cells serve also as the cells of origin for different types of skin cancers. This PhD study investigates the hair follicle (HF) stem cells and skin cancer, and the microenviromental factors that regulate the initiation of tumors and their progression to malignancy. Collagen XVIII is a common basement membrane multidomain proteoglycan highly expressed in HF stem cells (HFSCs) and in malignant skin squamous carcinoma cells. It is known to be essential for the development of the eye, and mutations in the COL18A1 gene cause a rare disease, Knobloch syndrome, with severe eye defects. However, the roles of collagen XVIII in other tissues and diseases are not well understood. Using genetically modified mice, we show here that collagen XVIII is important for the structure and formation of hemidesmosomes, the junctional complexes between epidermal cells and basement membrane. We propose that the disturbed adhesion of the HFSCs to the underlying BM in mice with collagen XVIII ablation leads to defects in stem cell viability and HF cycling. Overexpression of the N-terminal noncollageous sequences of collagen XVIII were sufficient to rescue the abnormal HF phenotype observed in the absence of collagen XVIII. We also found that mice lacking this collagen develop fewer chemical-induced skin tumors, which we suggest is due to increased apoptosis in skin stem cells upon carcinogen-induced DNA damage, and to reduced stemness of tumor cells. In another project we studied the functions of Bmx, a cytoplasmic protein tyrosine kinase, which is upregulated in different types of cancer. However, little is known about the pathways that Bmx regulates in tumors. Therefore, we investigated its roles in cancer using syngeneic tumor assays, and chemical and genetic experimental tumor models. We show here that Bmx promotes tumor growth and progression and induces tumor angiogenesis by contributing to the transduction of VEGF signals.Tiivistelmä Ihon kantasoluilla on tärkeä tehtävä ihon epidermiksen tasapainon (homeostaasin) ylläpitämisessä. Kantasolut jakautuvat tarvittaessa ja tuottavat uusia erilaistuneita soluja sekä ihon pintasolukon normaalin uusiutumisen että vahingoittuneen kudoksen korjaamisen yhteydessä. Ihon kantasoluilla uskotaan olevan myös tärkeä rooli erilaisten ihosyöpien synnyssä. Tässä tutkimuksessa tutkittiin ihon karvatupen kantasoluja ja ihosyöpää, ja selvitettiin kantasoluja ympäröivän kudoksen, mikroympäristön (kantasolulokero), merkitystä ihosyövän synnyssä ja etenemisessä. Kollageeni XVIII on useista toiminnallisista osista koostuva tyvikalvojen proteoglykaani, joka ilmenee voimakkaasti ihon karvatupen kantasoluissa, sekä ihon pahanlaatuisissa levyepiteelikarsinoomasoluissa. Vaikka kollageeni XVIII:n biologiset tehtävät elimistössä ovat vielä jokseenkin epäselviä, sen tiedetään olevan välttämätön silmän kehittymiselle. Kollageeni XVIII:n geenimutaatioiden on osoitettu aiheuttavan Knoblochin oireyhtymän, jota sairastavilla potilailla on muutoksia silmän rakenteessa. Tässä väitöskirjatyössä hyödynnettiin useita muuntogeenisiä hiirimalleja ja osoitettiin, että kollageeni XVIII säätelee merkittävästi ihon karvatupen erilaistuvien solujen elinkykyä ja karvojen kasvukiertoa. Kollageeni XVIII:n puutos aiheutti muutoksia karvatupen pullistuma-alueen (bulge) liitoskomplekseissa (hemidesmosomi), jotka ankkuroivat alueen tyvisolut karvatuppea ympäröivään tyvikalvoon. Tulokset viittaavat siihen, että puutteelliset liitokset solujen ja tyvikalvon välillä ja niistä johtuvat signaalinvälityksen häiriöt voivat aiheuttaa muutoksia karvatupen solujen ominaisuuksissa. Kollageenin XVIII:n aminoterminaalisen osan tuottaminen poistogeenisen hiiren ihossa riitti palauttamaan hemidesmosomit, karvatupen solujen elinkyvyn ja karvasyklin normaaliksi. Työssä havaittiin myös, että kollageeni XVIII puute vähensi kemikaalikäsittelyillä aiheutettujen ihokasvainten määrää hiirillä, mitä voidaan osaltaan selittää sillä, että kollageeni XVIII:n puutos lisäsi DNA-vaurioista kärsivien erilaistuvien solujen ohjelmoitua solukuolemaa (apoptoosi) ja vähensi kasvainsolujen kantasoluominaisuuksia. Tässä työssä tutkittiin myös monissa syövissä voimakkaasti ilmenevän solunsisäisen signaalinvälittäjän tyrosiinikinaasi Bmx:n tehtäviä syövässä hyödyntäen istutettavia kasvainsoluja sekä kemiallista ja geneettisiä kokeellisia syöpämalleja muuntogeenisillä hiirillä. Tutkimuksessa ositettiin Bmx:n osallistuvan verisuonikasvutekijän signaalinvälitykseen ja täten edistävän syöpäkasvainten verisuonten uudismuodostusta sekä syövän kasvua ja etenemistä