Identification of mesenchymal specific pathways in intestinal carcinogenesis

Abstract

Colorectal cancer (CRC) ranks as the third most prevalent cancer and a leading cause of global cancer-related mortality. Beyond the focus on cancer cells, it is now widely acknowledged that the tumor microenvironment (TME) significantly influences the initiation and progression of CRC. A pivotal component of the TME is the cancer-associated fibroblasts (CAFs), which play indispensable roles in the development and advancement of cancer. Despite recent advances in understanding CAF heterogeneity, a comprehensive understanding of their diverse origins, properties, and functions remains elusive. This thesis focuses on the intricate aspects of CAF origin, elucidating their physiological roles and investigating downstream pathways that orchestrate intestinal tumorigenesis. By employing the Col6a1Cre mouse, we successfully targeted a distinct CAF population in two mouse models of intestinal carcinogenesis. Col6a1+ CAFs maintained key homeostatic characteristics, while they also became activated, supporting CAFs’ origin from resident populations. Both bulk and single cell RNA sequencing showed that Col6a1+ CAFs were mainly pericytes/vCAFs and to a lesser extent PDGFRahi-like fibroblasts, in accordance with the significant expansion of vCAFs in colon tumors. Both in vitro and in vivo experiments showed that Col6a1+ CAFs had pro-tumorigenic roles, as they could support tumoroid growth in co-cultures and xenograft growth. Mechanistically, Col6a1+ IMCs responded to innate immune stimuli in vitro and produced inflammatory mediators, including cytokines, chemokines, and ECM remodeling enzymes. In vivo, TLR4/Myd88 innate sensing by the Col6a1+ CAF population was essential for the Apc driven tumorigenesis but indispensable for colitis-induced cancer development. The findings contribute to advancing our knowledge of CAF heterogeneity and highlight the role of innate immune sensing as a driver of CAF activation in colorectal cancer.

Ο καρκίνος του παχέος εντέρου είναι ο τρίτος πιο κοινός τύπος καρκίνου και η δεύτερη πιο συχνή αιτία θανάτου από καρκίνο παγκοσμίως. Είναι πλέον γνωστό πως εκτός από τα καρκινικά κύτταρα, το μικροπεριβάλλον του όγκου συμμετέχει ενεργά σε όλα τα στάδια της καρκινογένεσης. Οι καρκινικοί ινοβλάστες αποτελούν βασικό συστατικό του μικροπεριβάλλοντος του όγκου και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και εξέλιξη των όγκων. Παρά τις σημαντικές προόδους των τελευταίων χρόνων σχετικά με τη ετερογένεια που χαρακτηρίζει τους καρκινικούς ινοβλάστες, οι γνώσεις μας όσον αφορά τη προέλευση και την ακριβή τους λειτουργία μέσα στο περιβάλλον του όγκου παραμένουν ελλειπείς. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της προέλευσης των καρκινικών ινοβλαστών και η ανάδειξη των διαφορικών τους ρόλων μέσω της αναγνώρισης καταβολικών μονοπατιών κατά την εντερική καρκινογένεση.Χρησιμοποιώντας τον Col6a1Cre ποντικό, επιτύχαμε τη στόχευση ενός διακριτού πληθυσμού καρκινικών ινοβλαστών (KI) σε δύο μοντέλα εντερικής καρκινογένεσης ποντικών. Οι Col6a1+ KI διατηρούσαν κάποια από τα κυριότερα ομοιοστατικά χαρακτηριστικά τους, ενώ ταυτόχρονα ήταν ενεργοποιημένοι, καθιστώντας σαφές ότι οι καρκινικοί ινοβλάστες προέρχονται από ήδη υπάρχοντες πληθυσμούς ινοβλαστών. Ανάλυση του RNA των κυττάρων έδειξε ότι οι Col6a1+ ΚΙ ήταν κυρίως περικύτταρα (ή αγγειακοί καρκινικοί ινοβλάστες) και σε μικρότερο βαθμό PDGFRαhi τελοκύτταρα, σε συμφωνία με τη σημαντική αύξηση των περικυττάρων στους όγκους του παχέος εντέρου. Ιn vitro και in vivo πειράματα έδειξαν ότι οι Col6a1+ KI έχουν προ-καρκινικές ιδιότητες, καθώς μπορούσαν να υποστηρίξουν την ανάπτυξη καρκινικών οργανοείδων σε συγκαλλιέργειες, αλλά και την αύξηση ξενομοσχευμάτων. Μηχανιστικά, οι Col6a1+ ΚΙ ανταποκρίνονταν σε έμφυτα ερεθίσματα in vitro παράγωντας φλεγμονώδεις ουσίες, όπως κυτοκίνες, χημειοκίνες και ένζυμα που διαμορφώνουν την εξωκυττάρια θεμέλια ουσία. In vivo, η απόκριση των Col6a1+ ΚΙ σε σηματοδοτικά μόρια της έμφυτης ανοσίας μέσω του σηματοδοτικού μονοπατιού TLR4/Myd88 ήταν απαραίτητη για την καρκινογένεση που προκαλείται λόγω της μετάλλαξης στο γονίδιο Apc και όχι την καρκινογένεση που σχετίζεται με την κολίτιδα. Τα ευρήματα αυτής της έρευνας συμβάλλουν στην καλύτερη κατανόηση της ετερογένειας των καρκινικών ινοβλαστών και παρέχουν πολύτιμες για την ενεργοποίηση των καρκινικών ινοβλαστών του εντέρου από μηνύματα του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος.