Lymphatic endothelium stimulates melanoma metastasis and invasion via MMP14-dependent Notch3 and beta 1-integrin activation

Lymphatic invasion and lymph node metastasis correlate with poor clinical outcome in melanoma. However, the mechanisms of lymphatic dissemination in distant metastasis remain incompletely understood. We show here that exposure of expansively growing human WM852 melanoma cells, but not singly invasive Bowes cells, to lymphatic endothelial cells (LEC) in 3D co-culture facilitates melanoma distant organ metastasis in mice. To dissect the underlying molecular mechanisms, we established LEC co-cultures with different melanoma cells originating from primary tumors or metastases. Notably, the expansively growing metastatic melanoma cells adopted an invasively sprouting phenotype in 3D matrix that was dependent on MMP14, Notch3 and beta 1-integrin. Unexpectedly, MMP14 was necessary for LEC-induced Notch3 induction and coincident beta 1-integrin activation. Moreover, MMP14 and Notch3 were required for LEC-mediated metastasis of zebrafish xenografts. This study uncovers a unique mechanism whereby LEC contact promotes melanoma metastasis by inducing a reversible switch from 3D growth to invasively sprouting cell phenotype.Peer reviewe

Lymphatic endothelium stimulates melanoma metastasis and invasion via MMP14-dependent Notch3 and beta 1-integrin activation

Lymphatic invasion and lymph node metastasis correlate with poor clinical outcome in melanoma. However, the mechanisms of lymphatic dissemination in distant metastasis remain incompletely understood. We show here that exposure of expansively growing human WM852 melanoma cells, but not singly invasive Bowes cells, to lymphatic endothelial cells (LEC) in 3D co-culture facilitates melanoma distant organ metastasis in mice. To dissect the underlying molecular mechanisms, we established LEC co-cultures with different melanoma cells originating from primary tumors or metastases. Notably, the expansively growing metastatic melanoma cells adopted an invasively sprouting phenotype in 3D matrix that was dependent on MMP14, Notch3 and beta 1-integrin. Unexpectedly, MMP14 was necessary for LEC-induced Notch3 induction and coincident beta 1-integrin activation. Moreover, MMP14 and Notch3 were required for LEC-mediated metastasis of zebrafish xenografts. This study uncovers a unique mechanism whereby LEC contact promotes melanoma metastasis by inducing a reversible switch from 3D growth to invasively sprouting cell phenotype

RNA-sequencing reveals stromal cell induced changes in cancer cell gene expression profiles

Biology and medicine changed forever in June 2000 when the first complete draft sequence of human genome was announced. This was quickly followed by expansion of bioinformatic data management possibilities due to remarkable increase in computing capacity. In recent years, RNA-sequencing (RNA-seq) has become superior choice in revealing the transcriptome of a cell and when studying global gene expression profiling. It offers better sensitivity, range of expression, more sequencing depth and allows to sequence novel genomes with low background noise signal compared to other existing conventional array technologies. The aim of this thesis was to analyse RNA-sequencing data of untreated and treated samples of two melanoma cancer cell lines. This thesis is part of the research conducted at the laboratory of Professor Päivi Ojala, Translational Cancer Biology Research Program Unit, Faculty of Medicine, University of Helsinki. Laboratory’s research goal is to find and produce novel knowledge and deepen the current understanding of the mechanisms of metastasis in melanoma cancer. The melanoma cancer cell lines WM852 and Bowes were co-cultured according to experimental setup together with lymphatic endothelial cells. After culturing two cell types were separated with a method utilizing magnetic nanoparticles, and the RNA was extracted from the cancer cell samples. The RNAs were sent to DNA Sequencing and Genomics laboratory of Institute of Biotechnology to be sequenced. The sequencing results were then quality tested, aligned to a human reference genome GRCh38.76, and aligned reads were counted for the differential expression analysis. Generally Applicable Gene-set Enrichment analysis (GAGE) and Pathway analysis were done to get an impression of the functional and mechanistic changes of the treatment. The interesting gene expression changes found by this experiment are currently being validated using qRT-PCR. These results will contribute towards expanding the understanding of malignant melanoma and metastasis, further help us to develop better treatments for cancer centric diseases.Biologian ja biolääketieteellinen tutkimus muuttuivat vuonna 2000 ratkaisevasti, kun ensimmäinen kokonainen vedos ihmisen genomista julkaistiin kaikkien saataville. Bioinformaattisen tietojen käsittelyn mahdollisuudet lisääntyivät samanaikaisesti valtavasti voimakkaan tietokoneiden laskentakapasiteetin kasvun seurauksena. RNA-sekvenssoinnin suorittamine on viime vuosina yleistynyt, halutessa selvittää solun transkriptomin sisältö. Se tarjoaa suuremman herkkyyden ja pienemmän taustamelusignaalin ja mittaa tehokaammin geeni-ilmentymisen absoluuttista määrää kuin tähän asti muilla menetelmillä on saavutettu. RNA-sekvenssointi on myös sekvensoimattoman genomin tai mutatoituneet syövän selvittämiseksi paras saatavissa oleva vaihtoehto. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää imusuonten seinämäsolujen interaktion vaikutusta melanoomasolujen geeniekspressioon. Tämä tehtiin vertaamalla kahden erityyppisen melanooma ihosyöpäsolulinjan geenien ekspressioita ennen ja jälkeen käsittelyn. Syöpäsolujen RNA-sekvenssoinnin ja tulosten analysoinnin kautta voidaan ymmärtää paremmin melanoomaa ja metastasoimiseen liittyviä biologisia mekanismeja. Tutkimus toteutettiin professori Päivi Ojalan tutkimusryhmässä, joka on osa Helsingin yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan Translationaalisen syöpäbiologian tutkimusohjelmaa.. Melanooma WM852- sekä Bowes-syöpäsolulinjat kasvatettiin koesuunnitelman mukaisessa yhteiskasvatusmallissa yhdessä imusuonten seinämäsolujen (LEC) kanssa, jonka jälkeen solut erotettiin toisistaan ja syöpäsolujen RNAt eristettiin. Sekvenssointi toteutetiin DNA Sequencing and Genomics laboratoriossa Biotekniikan Instituutissa. Sekvenssointituloksien laatu tarkastettiin ja rinnastettiin ihmisen referenssigenomia GRCh38.76 vasten, jonka jälkeen genomiin rinnastetut sekvenssifragmentit laskettiin. Fragmenttiluvuista suoritettiin differentiaalinen ekspressioanalyysi, jonka tuloksena pääteltiin, kuinka paljon geenien ilmentyminen on muuttunut käsittelyn aikana. Geenien ekspressiomuutosten kokonaiskuvan saamiseksi suoritettiin lisäksi geenien rikastumis- sekä signalointireittianalyysit. Tällä hetkellä mielenkiintoisimpia geenilöydöksiä ollaan validoimassa käyttämällä qRT-PCR menetelmää sekä funktionaalisia kokeita soluilla. Nämä tulokset lisäävät ymmärrystämme melanoomasta ja sen leviämisestä, sekä auttavat kehittämään uusia hoitomuotoja syöpätaudeille