Lung cancer is the leading cause of cancer related deaths worldwide. It is characterised with a high level of intra- and intertumour heterogeneity. Large lung cancer sequencing efforts have identified clear histopathology-specific genetic alteration patterns, which in the cases of lung adenocarcinomas are applied in clinics to direct treatment. Furthermore, lung cancer immunotherapy approaches have recently shown promising results in clinical trials. However, a deeper understanding of the functional importance of novel lung cancer genes as well as the lung cancer-related niche and cell type specific propensities leading to molecular and microenvironmental tumour heterogeneity is needed to better translate the growing amount of information to patient stratified treatments.
The first part of this thesis work concentrated on the functional in vitro and in vivo investigation of putative tumour suppressive characteristics of the EPH receptor A3 (EPHA3), a gene commonly mutated in human lung cancers. Our in vitro findings supported the tumour suppressive characteristics of EPHA3 and indicated that EPHA3-mediated tumour suppression was specifically dependent on its kinase activity. However, our in vivo investigation demonstrated that loss of EphA3 does not co-operate with two known genetic alterations of human lung cancer in murine lung tumourigenesis nor it effects lung morphogenesis. Hence, we conclude that our study demonstrates how functional validation of putative cancer genes can be challenged by biological complexity, which may result in acquired compensation or different functional roles in human and mice.
The results from the second part of this thesis work showed that cells in the airways of mouse lungs had a higher propensity to develop faster growing and progressing lung tumours than the cells in the distal alveolar space when exposed to known lung cancer genetic alterations, namely expression of oncogenic Kras and loss of Lkb1 (KL). The lung tumours originated from the airways were predominantly classified as adenosquamous carcinomas (ASCs). ASCs showed elevated levels of genes associated with immunosuppression and a notable immune cell infiltration with an increase in the amount of possible myeloid-derived suppressor cells (MDSCs). The KL ASC model may thus represent a relevant preclinical model for the study of anti-MDSC immune therapy as a treatment for ASCs, which in humans represent a rare but aggressive type of lung cancer.
Thus, the findings in this thesis work highlight the importance of the functional niche in the progression of lung cancer and, therefore, possibly affecting a response to treatment. Niche-specific investigation of lung cancer genetic alterations thus leads to a more accurate stratification of the preclinical in vivo models, simultaneously revealing relevant molecular mechanisms underlying lung cancer heterogeneity.Huolimatta uusimmista keuhkosyövän hoitomuodoista, joilla pyritään vaikuttamaan kohdennetusti tiettyjen geenimutaatioiden aiheuttamaan pahalaatuisen syöpäkudoksen kasvuun, ei riittävän hyviä potilaan parantumiseen johtavia hoitoja ole vielä keksitty. Tämän ajatellaan johtuvan muun muassa yksittäisen syöpäkudoksen sisäisestä tai syöpäkasvainten välillä olevasta heterogeenisyydestä eli siitä, että syöpäsolut poikkeavat toisistaan. Laajat keuhkosyövän DNA-sekvensointitutkimukset ovat tunnistaneet valtavan määrän uusia mutaatiota, joiden syvempi toiminnallinen ymmärtäminen on tärkeää, jotta voimme paremmin käyttää hyväksi tätä suurta määrää uutta tietoa kehittäessämme uusia hoitomuotoja syöpiin. Lisäksi potilaan oman immuunipuolustuksen valjastaminen syöpäkasvainta vastaan on kasvava tutkimuskohde.
Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli selvittää useissa keuhkosyövissä mutatoituneen EPH-reseptori A3- (EPHA3) geenin osuutta keuhkosyövän synnyssä ja etenemisessä, sekä tutkia kyseisen geenin toimintaa keuhkon kehityksessä. Soluviljelmillä saadut tutkimustuloksemme tukivat EPHA3-geenin syövän kasvua estävää eli tuumorisuppressivista tehtävää soluissa. Tästä huolimatta havaitsimme, että hiiren EphA3-geenin poisto ei vaikuta keuhkosyövän etenemiseen eikä keuhkojen kehitykseen. Näiden hiirimallista saatujen tulosten perusteella teimme johtopäätöksen, että hiiren EphA3- geenin poisto voi esimerkiksi johtaa saman geeniperheen geenien ilmentymisen aikaansaamaan kompensaatioon ja/tai EPHA3-geenin poistolla voi olla eri merkitys hiirelle kuin ihmiselle.
Toinen tämän väitöskirjatyön tavoite oli tutkia eri keuhkosolutyyppien alttiutta kehittyä ei-pienisoluisen keuhkosyövän eri histopatologiatyypeiksi. Tutkimustuloksemme keuhkosyöpähiirimallilla, jossa tunnettujen keuhkosyöpägeenien muutokset aikaansaavat ei-pienisoluisen keuhkosyövän synnyn, osoittivat, että keuhkojen kahdella eri solutyypillä on erilainen alttius kehittyä adenoskvamoosi karsinoomaksi. Lisäksi tutkimustuloksemme osoittivat, että kyseisen keuhkosyöpähiirimallin adenoskvamooseissa karsinoomissa on immuunipuolustuksen vaimentamiseen viittaava immuunisoluympäristö. Ihmisellä adenoskvamoosi karsinooma on harvinainen, mutta aggressiivinen keuhkosyöpätyyppi.
Tämä väitöskirjatyö on tuottanut merkittävää uutta tietoa EPHA3-geenin toiminnallisesta tehtävästä syövässä, jonka valossa kyseiseen geeniin liittyvää syöpätutkimusta pystytään ohjaamaan tulevaisuudessa oikeaan suuntaan. Lisäksi tämä väitöskirjatyö avasi uusia näkökulmia keuhkosyövän heterogeenisyyteen johtavista tekijöistä sekä osoitti aggressiivisen keuhkosyöpätyypin mahdollisesti omaavan erityisen kasvaimen immuunisoluympäristön, jota voidaan tulevaisuudessa käyttää hyväksi uusien hoitomuotojen kehityksessä
