Haematogen áttétképzés, szerv-specificitás

Haematogen áttétképzés, szerv-specificitás Dr. Tímár József SE 2.sz. Patológiai Intézet

Hematogén metasztatikus kaszkád v. Portae v. Cava inf. Local invasion (Basement membr) Metastasis-maintenance genes Intravasation (subendoth.bm) Circulation 10 6-7 Adhesion Degradation Migration 10 9-11 Primary tumor (angiogenesis) Extravasation (subendoth. BM) Adhesion Degradation Migration Viscerális áttét <10 2 (angiogenesis) Adhesion Degradation Migration Tumor cell-host cell Interactions: NK, MPH, platelet Metastasis inititating genes

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 docking locking/activation reaction Seconds (sec) minutes (sec) minutes/hrs (min) day(s) (órák / nap) platelet Cancer cell Endothel glycoprotein P-selectin/CD62 αiibβ3 integrin thrombocytereceptor carbohydrate basic peptides- fibrinogen BRIDGE 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. Mesenchimalis mimikri 2. Ér-mimikri 3. 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 7 B Sejttenyészet C tumorszövet Trikha, Tímár, 1997,2002

αiib integrin kedvezőtlen prognosztikus jel melanómában % of positive cells 100 75 50 25 α IIb α v 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) 75 <3 mm >3 mm % of cases 50 25 0 neg/low medium high (0-25%) (25-75%) (>75%) Expression ranges of p12-lox in % of positive cells

Melanóma trombocita mimicri (csontvelői őssejt markerek) WT1 C-kit β-aktin

Rolling Docking Locking/activation Cell response (sec) (sec) (min) (órák / nap) trombocita tumorsejt endotélsejt glikoprotein P-selectin/CD62 αiibβ3 integrin thrombocytareceptor szénhidrát Bázikus peptid- fibrinogén heparán szulfát-pg híd-molekula glikoprotein PSGL1 αiibβ3 / αvβ3 tumorsejt-receptor HSpg slea-slex Tímár, Oncology,2005

Anti-β3 integrin elleni humanizált antitest kezelés (RheoPro) Hatása humán melanóma áttétképzésére SCID egérben 1.50 1.25 kontroll RheoPro tüdõ-súly 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 HT168 (lowmet) HT168-M1 (hihgmet) S 35 cpmx10 3 /10 5 cells 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 HS/CS ratio: 2.11 6.14 Tímár et al. Canc Res Clin Oncol,1989, Am J Pathol, 1992 HS CS

A B C cell density / mm 2 (mean + SEM) 35 Control 30 UFH *p<0.05 25 LMWH 20* 15 10 5 Tüdőszövet Keringés * kontroll 0 5 60 120 180 240 0 1 time 2(min) 3 4 5 60 120 180 240 perc D relative mrna expression (mean, n=3) 3 2 1 0 LMWH 5 Control UFH 4 LMWH 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) number of liver metastases (mean ± SEM) 125 Control UFH 100 75 50 LMWH *p<0.05 * * * * * * 25 0 20.0 63.0 200.0 30 Control UFH 25 LMW H Hirudin (3 mg/kg) 20 *p<0.05 15 * * 10 * 5 kontroll LMWH LMWH 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 Preklinikai vizsgálatok Heparin Alacsony molekulatömegű heparin Non-heparin antikoaguláns (warfarin, dipyridamol, kumarin) emlőrák + + - /(+) melanóma + + -/(+) prosztatarák + nv - vastagbélrák + nv - Klinikai vizsgálatok emlőrák nv + (OS) nv vastagbélrák +(OS) nv - NSCLC (tüdőrák) nv +(TTP,OS) SCLC (tüdőrák) +(OS) +(TTP) + (OS) Fejnyaki rák nv nv - prosztatarák nv nv - méhnyakrák nv +(OS) nv pancreaszrák nv + (TTP,OS) nv Melanoma ( pilot ) nv + (TTP) 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) Periprostatic veins Batson veins v. vertebrae Lokális invázió (BM) Intravazáció (subendoth.bm) Adhézió Degradáció Migráció Keringés 10 6-7 10 9-11 Prostate cancer (angiogenesis) Extravazáció (subendoth. BM) Adhézió Degradáció Migráció Adhézió Degradáció Migráció

A B C D

TCTC PTHrP ON, OPN, BSP + + pocl + RANK-RANKL OBL TGFβ IGF-I ON, OPN, BSP OCL Ca++ ++ PO 4 TGFβ IGF-I ON, OPN, BSP

tumorsejt BMP, ON, OPN + + osteocyta Endothelin-1 upa PSA (PTHrP) PDGF VEGF + IGF-I/II TGFβ APase osteoblast Ca++ BMP, ON, OPN

Bone marrow microvessel PTH PG PDGF St

Bone marrow microvessel St PGE 2 IL-4,IL-18 IFNγ PTH Vitamine D3 IL-17

Primer emlőrák génexpressziós profilja a biológiai viselkedésnek megfelelően Metasztatikus BRCC expressziós profilja BM+ BRCC expressziós profilja LJ Veer et al. Nature,2002 Woelfle et al. Canc Res 2003 fokozott csökkent fokozott csökkent COX2+ Gr-up VI+ ER- N+ cycb2,d1,e2 c-myc c-met RB1CC1 VEGF, flt1 CD44v3 αvβ3+mmp9 Synd1 (PG) upa/pai c-erbb2 CDH1 HIF1α EPOR STAT1 TRAF-IP TRADD NM23 KISS1 Bcl-2 TIMP2/3 MMP11,14 CDH11 LICAM Plakoglobin CKs Tubulin (TX) 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: máj HGF HGF HGF HSPG c-met amplifikáció tumorsejt

tü dő rá k em lő rá k v a sta g b élrá k p ro szta ta rá k fejn y a ki rá k m ela n o m a N S C L C S C L C P p ro liferá ció E G F R B R M /B R G 1 H G F /c-m et c-kit F O X -C 1 T S G A 1 4 H er-2 C ycb 2,D 1,E 2 c-m yc p 2 7 J K -ras, cycd 1 P 2 7, D C C J E G F R,H er-2 c-m yc,c-src H -ras D C C, A P C,p 2 7 E G F R, cycd 1 c-m yc, c-fes D C C, c-fo s, p 2 1 B R A F /N -ras T ú lélés/a p o p to zis B cl-2 D A P K B cl-2 P 5 3 P 5 3, B cl-2, F A S T G F β R 1 /2, hsp 4 0 P 5 3, F A S L cia P -1 B cl-2, T R A IL A n g io g en ezis H IF 1 α /L D H -5 V E G F -A /H G F b F G F V E G F -C H IF 1 α E P O R V E G F -A V E G F C O X -2 E nd o thelin- R A V E G F -A V E G F -C V E G F -A, b F G F M a trix kölcsö n h a tá s (a d h ézió d eg ra d á ció m ig rá ció ) M M P 9 T rip sino genc /4 B H ep aran ase H G F /c-m et E G F R L R, α vβ 3,b 1 J up A /P A R M M P 9 C athep sind c-m et/h G F C D H 1, α 5 int C S P G U P A /up A R C athep sin B M M P 9 m atrilysin A M F R, c-m et/h G F C D H 1 -J, W nt1 α IIb -int U P A, M M P 2 c-m et/h G F, IL -8 R α 6 β 1 int C D H 1 7, α 5 int U P A /up A R M M P 1 /3 /1 1 M T 1 M M P C athep sin B c-m et/h G F β 3 integrin (α IIb ) S ynd -4 M M P 2 T IM P 3 up A A M F R R ho C, M A P K c-m et E g y éb IL -1 0 E L A V 4 C A P S C arb o xyp ep tid ase E γg H β 1 integrin E R - C X C R 4 O P N, B M P s P T H rp G A P D H P R L 3 fo szfatáz H L A -II M F -R /C D 8 + -J A cid P ase5b M T 1 M M P M M P 7 /9 C athep sin B /D /K B S P, O P N P T H rp C ystatinc M U C 1 8 IL -6 M H C -I R X R γ M etallo thio nein- III B 3 end o nexin W nt5 a M eta sztá zis g én ek 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 N M 2 3, K IS S - 1 C D 4 4 (v 3 ) C D 4 4 (v6 ) P T E N M E K 5 R K IP C D 4 4 /v6 v3 )J S 1 0 0 A 4 C A V 1, K IS S -1 jo P T E N, K IS S -1, K A I-1 C D 4 4 v 3, T w ist

primary tumor metastasis Genetic modells of metastasis Same-gene-model Clonal evolution Parallel-evolution Late Continuous Early Risk for metastasis increases with T sage BRC, MM from 10 6 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 Histology TTP (month) primary metastasis 1 IDC 211 - - 2 IDC 138 - - 3 IDC 2 - - 4 IDC 10 - - 5 IDC 19 + - 6 IDC 22 + - 7 IDC 14 + - 8 IDC 20 - - 9 IDC 80 + + 10 ILC 35 + + 11 IDC 195 + + 12 IDC 33 + - 13 IDC 21 + + 14 IDC 76 + - 15 IDC 2 + - 16 IDC 29 + - 17 IDC 27 + - 18 IDC 10 + - 13/18 + 9/18 maint 9/18 change 4/13 maint+ 9/13 lost+ Rasmussen et al.path Res Pract 185:856,1989 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 primary met IHC FISH HER2 IHC FISH HER2 1 3+ A + 3+ A + 2 3+ A + 0 N - 3 0 A + 3+ A + 4 2+ A + 0 N - 5-23 0/1+ nt - 0/1+ nt - Lörincz et al. POR 2006

Immunophenotype switch of breast cancer in bone metastasis Primary Metastasis Tripla negatív 31% "luminal B" 15% Her2 6% "luminal A" 48% triple negatív 61% "luminal A" 21% "luminal B" 12% HER 2 6% Szasz M, Kulka J et al. Poster section

Immunophenotype changes in CNS metastasis Primary Metastasis triple negatíve 30% "luminal A" 40% triple negatíve 28% "luminal B" 44% HER 2 20% "luminal B" 10% 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 K-RAS p53 Early T1N0M0 10pts 60% 70% Advanced T3/4N1M0 15 pts 20% 20% Mets liver 20pts 0% 5% (Weber et al. Int j Cancer 120:524,2006)

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 K-RAS status N(%) Case No. primary metastasis 1 wt M 2 wt wt 3 wt wt 4 wt wt 5 wt M 6 M M 7 wt wt 8 wt wt 9 M wt 10 wt wt 11 M wt K-Ras mutation 3/11 (27.3%) 3/11 (27.3) Badalian et al. POR, 2007

primary tumor metastasis Genetic modells of metastasis Same-gene-model Clonal evolution Parallel-evolution Late Continuous Early Chance 33% 33% 33% Risk for metastasis increases with T sage BRC, MM from 10 6 cells