-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
index.html
1058 lines (671 loc) · 37.8 KB
/
index.html
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
934
935
936
937
938
939
940
941
942
943
944
945
946
947
948
949
950
951
952
953
954
955
956
957
958
959
960
961
962
963
964
965
966
967
968
969
970
971
972
973
974
975
976
977
978
979
980
981
982
983
984
985
986
987
988
989
990
991
992
993
994
995
996
997
998
999
1000
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Vähi mikrokeskkond, angiogenees ja metastaasid</title>
<meta charset="utf-8">
<meta name="author" content="Taavi Päll" />
<link href="index_files/remark-css-0.0.1/example.css" rel="stylesheet" />
</head>
<body>
<textarea id="source">
class: center, middle, inverse, title-slide
# Vähi mikrokeskkond, angiogenees ja metastaasid
### Taavi Päll
### 2017/12/11
---
background-image:url(http://lab.rockefeller.edu/fuchs/assets/image/3a_SCC.jpg)
---
class: inverse, middle, center
# Vähi mikrokeskkond: strooma
---
## Vähi mikrokeskkond
Kasvajarakud ei eksisteeri organismis isoleeritult, neid ümbritseb kompleksne keskkond, mis koosneb:
.pull-left[
- normaalsetest rakkudest,
- sekreteeritud valkudest,
- füsioloogilistest madalmolekulaarsetest ühenditest (hormoonid),
- veresoontest.
]
.pull-right[
<img src="http://www.nature.com/nature/journal/v501/n7467/images/nature12626-f1.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: Nature.com
]
---
## Kasvajad sisaldavad suures mahus strooma rakke
.pull-left[
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figures/gupta2003.jpg" alt="Gupta, 2003. High-magnification photomicrograph of a high-grade ductal carcinoma. Note the diffuse uniform membranous E.cadherin staining (arrows) of the tumor cells." width="70%" />
<p class="caption">Gupta, 2003. High-magnification photomicrograph of a high-grade ductal carcinoma. Note the diffuse uniform membranous E.cadherin staining (arrows) of the tumor cells.</p>
</div>
]
.pull-right[
- E-kadheriini antikehaga värvitud rinnavähi koelõigud. E-kadheriini ekspresseerivaid vähirakke ümbritseb rohkelt stroomarakke.
]
---
## Kasvajad sisaldavad suures mahus strooma rakke
.pull-left[
- PINCH/LIMS2 on ekspresseeritud kasvajate stroomas, *adapter protein in a cytoplasmic complex linking beta-integrins to the actin cytoskeleton*
- (A) Normaalne eesnääre ja (B) eesnäärme kartsinoom
- (C) Käärsool ja käärsoole kartsinoom
- (D) Käärsoole kartsinoomi suurendus, PINCH-positiivsed rakud on fibroblastoidse morfoloogiaga
- (E) Normaalne nahk. E, epidermis; F, karvafolliikul; D, strooma fibroblastid
- (F) Lamerakuline naha kartsinoom
- (G) Kopsu adenokartsinoom
]
.pull-right[
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figures/pinch.jpg" alt="Wang-Rodriguez, 2002. PINCH protein is present in normal stroma in low abundance but is up-regulated in the stroma associated with common carcinomas." width="70%" />
<p class="caption">Wang-Rodriguez, 2002. PINCH protein is present in normal stroma in low abundance but is up-regulated in the stroma associated with common carcinomas.</p>
</div>
]
.footer[Pildid:
<a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cncr.11332/full">Gupta et al., 2003
</a>
ja
<a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cncr.10878/full">Wang-Rodriguez et al., 2002.
</a>
]
???
---
## Kasvajad sisaldavad suures mahus strooma rakke
.pull-left[
- Kõige sagedasemad vähitüübid nagu rinna, käärsoole, mao ja pankrease kartsinoomid sisaldavad kuni 90% mitte-neoplastilisi rakke.
- Hodgkinsi lümfoomis on üksikud neoplastilised tsütokiine sekreteerivad **Reed-Steinbergi rakud** ümbritsetud 99% normaalsetest lümfotsüütidest.
]
.pull-right[
<img src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/Hodgkin_Disease,_Reed-Sternberg_Cell.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[
Pilt: Wikimedia.
]
---
## Kasvaja mikrokeskonnas resideeruvad rakutüübid
- Lisaks neoplastilistele rakkudele leidub vähis erinevas proportsioonis normaalseid rakke:
- T lümfotsüüdid, B lümfotsüüdid, NK ja NKT rakud, makrofaagid (TAM), müeloidset päritolu suppressor-rakud (MDSC), dendriitrakud, neutrofiilid, fibroblastid, müofibroblastid, adipotsüüdid, endoteelirakud, peritsüüdid, lümfoid-endoteel.
<img src="http://www.nature.com/nm/journal/v19/n11/images/nm.3394-F1.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt:
<a href="http://dx.doi.org/10.1038/nm.3394">Quail & Joyce, 2013.
</a>
]
---
## Fibrotsüüdid, nuumrakud, silelihasrakud
.pull-left[
- Ülemiste hingamisteede kartsinoomis (HNSCC) on erinevat tüüpi rakke:
- CD34+ fibrotsüüdid (inaktiivsed fibroblastid) normaalses (A) ülemiste hingamisteede stroomas ja kartsinoomi (üleval paremal) ümbritsemas (B).
- `\(\alpha\)`-SMA+ silelihasrakud (C) ja CD117+ nuumrakud (D) vähi stroomas.
- CD117+ nuumrakud normaalses stroomas (E) ja kartsinoomis (F).
]
.pull-right[
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figures/HNSCCstroma.png" alt="hnsccstroma" width="70%" />
<p class="caption">hnsccstroma</p>
</div>
]
.footer[Pilt:
<a href="http://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00428-003-0965-1.pdf">Barth et al., 2004.
</a>
]
---
## Vähiraku liinide ksenograftid hiires erinevad reaalsetest kasvajatest
.pull-left[
- Note the **relative uniformity of the HT-29 (A) and SW480 (B) tumors** relative to the primary (C) or PDX tumor (D).
<img alt="PDX" style="width:400px"
src="http://www.nature.com/labinvest/journal/v93/n9/images/labinvest201392f1.jpg">
]
.pull-right[
- Patient-derived xenograft (PDX) models of colorectal cancer recapitulate primary tumor heterogeneity.
- Hematoxylin and eosin (H&E) stained slides of xenografts generated by traditional HT-29 (A) or SW480 (B) colorectal cancer cell lines, vs a primary colorectal tumor, SCRX-PDX-CR101-p0 (C), and the same patient’s PDX tumor following passaging through NOD/SCID mice, SCRX-PDX-CR101-p1 (D).
]
.footer[Pilt:
<a href="http://www.nature.com/labinvest/journal/v93/n9/full/labinvest201392a.html">Williams et al., 2013.
</a>
]
---
## Mis põhjustab erinevate normaalsete rakutüüpide olemasolu kasvajas
On välja pakutud kaks alternatiivi:
1. Vähis olevad **normaalsed rakud on jäänukid algsest koest** enne tumorigeneesi algust
2. Normaalsete rakkude viibimine kasvajas on tingitud **heterotüüpsest signalisatsioonist**
---
## Heterotüüpne ligand-retseptor signalisatsioon
- Erinevate rakutüüpide vahelist signaliseerimist nimetatakse **heterotüüpseks signalisatsiooniks**
- Heterotüüpne signalisatsioon soodustab või pidurdab kõrvalolevate teiste rakutüüpide jagunemist ja/või ellujäämist
- Näiteks: soole epiteelirakud ekspresseerivad **c-MET retseptorit** aga soole mesenhüüm selle ligandi **HGF/SF kasvufaktorit**
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figures/PDGFA-PDGFR.png" alt="recip" width="70%" />
<p class="caption">recip</p>
</div>
.footer[Pilt: Retsiprookne PDGF-A ja PDGFR-a ekpsressioon testistes. PDGF-A-d ekspresseerivad tubulaarse epiteeli rakud ja PDGF-R ekspresseerivad mesenhümaalsed rakud.
<a href="http://jcb.rupress.org/content/149/5/1019.full"> Gnessi et al., 2000.
</a>
]
---
## Kasvajarakud kontrollivad stroomat
- Heterotüüpse signalisatsiooni faktorid
- mitogeensed kasvufaktorid (HGF/SF, VEGF, TGF-a, PDGF),
- kemokiinid (SDF-1/CXCL12, CXCL5)
- kasvu inhibeerivad signaalid (TGF-b),
- troofilised faktorid mis vahendavad ellujäämist (*insulin-like growth factor-1/2* [IGF-1/2]).
- **Sarnaselt normaalse epiteeliga kontrollivad ka kartsinoomi rakud ümbritsevaid normaalseid kudesid indutseerides neid kasvama**
- Teistpidi, strooma rakud võivad signaliseerida vähirakkudele ka kasvu pidurdavalt
---
## Heterotüüpsed interaktsioonid mängivad rolli vähi tekkel ja arengus
- **Krooniliste põletike** korral toimivad strooma rakud (makrofaagid, neutrofiilid ja lümfotsüüdid) vähi teket soodustava faktorina kuna loovad pro-inflammatoorse keskkonna (sekreteerivad TNF-a ja prostaglandiine)
- **Kartsinoomi rakud** sekreteerivad PDGF-i, mille retseptorid on ekspresseeritud strooma rakkudel (fibroblastid, müofibroblastid ja makrofaagid). Strooma rakud sekreteerivad vastusena PDGF-ile IGF-1, mis omakorda soodustab vähirakkude kasvu ja ellujäämist
- **Melanoomid** sekreteerivad samuti PDGF-i, mis indutseerib fibroblastidel IGF-2 sekretsiooni
- **Rinnavähi** rakud sõltuvad strooma fibroblastide poolt sekreteeritud SDF-1/CXCL12 kemokiinist ja HGF/SF-st
---
## Vähi-strooma parakriinne signalisatsioon
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="http://cancerres.aacrjournals.org/content/canres/71/21/6633/F7.large.jpg" alt="A model of cancer cell–stromal fibroblast interactions in the cervix. PDGF-BB produced by a cervical cancer cell upregulates HB-EGF through PDGFRβ activation in an adjacent fibroblast, which in turn facilitates cancer cell growth by activating EGFR. HB-EGF also induces PDGF synthesis in the cervical cancer cell. The paracrine loop can be blocked with inhibitors." width="45%" />
<p class="caption">A model of cancer cell–stromal fibroblast interactions in the cervix. PDGF-BB produced by a cervical cancer cell upregulates HB-EGF through PDGFRβ activation in an adjacent fibroblast, which in turn facilitates cancer cell growth by activating EGFR. HB-EGF also induces PDGF synthesis in the cervical cancer cell. The paracrine loop can be blocked with inhibitors.</p>
</div>
.footer[Pilt: ©2011 American Association for Cancer Research.
http://dx.doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-11-0034
]
---
class: inverse, middle, center
# Vähk on kui haav mis ei parane
---
## Vähikolle meenutab haava
.pull-left[
- Harold Dvorak avaldas 1986. aastal oma tähelepanekud, et vähikolle meenutab mitmes mõttes haava mis ei suuda paraneda artiklis "*Tumors: Wounds That Do Not Heal*" [HF Dvorak, 1986](http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJM198612253152606)
- Haava paranemisel eristatakse **põletikuline faas**, **proliferatiivne faas** ja **küpsemisfaas**
]
.pull-right[
<img src="http://www.cell.com/cms/attachment/2007952073/2030507092/gr3.jpg" width="100%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: cell.com
]
---
### Geeniekspressioon näitab haava fibroblastide ja vähi sarnasust ja on seotud vähipatsientide elulemusega
.pull-left[
<img src="figures/journal.pbio.0020007.g001.png" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.pull-right[
<img src="http://journals.plos.org/plosbiology/article/file?type=large&id=10.1371/journal.pbio.0020007.g004" width="100%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: Gene Expression Signature of Fibroblast Serum Response Predicts Human Cancer Progression: Similarities between Tumors and Wounds
<a href="http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.0020007">Chang et al., 2004.
</a>
]
---
## Vähk kui haav
.pull-left[
- Haavas vabanev koefaktor (*tissue factor*) käivitab vere koagulatsioonikaskaadi mille tulemusena vere plasma fibrinogeen konverteeritakse trombiini vahendusel fibriiniks ning moodustub haava sulgev klomp
- Fibriin (pruun värvus) naha stroormas ümber rinnavähi naha metastaasi
]
.pull-right[
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="figures/HIS_1629_f4.gif" alt="Fibriin tuumoris" width="70%" />
<p class="caption">Fibriin tuumoris</p>
</div>
]
.footer[Pilt:
<a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1365-2559.2003.01629.x/full">Colpaert et al., 2003.
</a>
]
---
## Haavas indutseeritakse epiteelirakkudel EMT
.pull-left[
- Haava paranemise põletikulises faasis fibriinklompi põhjustavad vereliistakud ja seejärel klompi migreeruvad makrofaagid sekreteerivad TGF-b ja TGF-a kasvu faktoreid
- TGF-b põhjustab haava kõrval olevate epiteelirakkude **epiteliaal-mesenhümaalse transformatsiooni** (**EMT**)
- Sellised EMT läbinud epiteelirakud muutuvad müofibroblastideks, migreeruvad fibriinklombi alla ja katavad dermise.
- Müofibroblastides ekspresseeritav silelihasaktiin põhjustab haava kokku tõmbumise
]
.pull-right[
<img src="http://bme240.eng.uci.edu/students/07s/ngunn/images/day3_with_text.jpg" width="100%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: http://bme240.eng.uci.edu.
]
---
## Epiteliaal-mesenhümaalne transformatsioon (EMT)
- EMT on protsess mille käigus epiteelirakud kaotavad polaarsuse, rakkudevahelised adhesioonid, omandavad amööbse liikumise ja invasiivse võime
- Vähi metastaaside teke on seotud EMT-ga: kartsinoomi rakud kaotavad E-kadheriini ekspressiooni, murravad läbi basaalmembraani, sisenevad vereringesse, moodustavad distaalseid mikrometastaase ja läbivad EMT-le vastupidise protsessi MET (mesenhümaal-epiteliaalne transformatsioon).
- EMT annab vähirakkudele resistentsuse onkogeen-indutseeritud senesentsile.
- EMT-ga seotud transkriptsioonifaktorid **Twist1, Twist2 ja ZEB1** kaitsevad ka inimese ja hiire fibroblaste senesentsi eest.
---
## Epiteliaal-mesenhümaalne transformatsioon
<img src="http://www.nature.com/cr/journal/v19/n2/images/cr20095f1.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: TGF-beta-induced epithelial to mesenchymal transition
<a href="http://www.nature.com/cr/journal/v19/n2/full/cr20095a.html">Xu et al., 2009
</a>
]
---
class:inverse, middle, center
# Vähi angiogenees
---
## Hüpoksia
- Veresooned varustavad kudesid hapniku ja toitainetega
<img src="http://site.hypoxyprobe.com/images/Hypoxia-green-in-rat-brain-tumor.jpg" width="50%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt:hüpoksiline piirkond (roheline) roti ajukasvajas. Punane värv, veresooned. www.hypoxyprobe.com
]
---
## Kasvaja angiogeneesi paradigma
- Tahked kasvajad ei saa areneda üle 1 mm suuruse ilma angiogeneesi initsieerimata
<img src="figures/Folkman.jpg" width="50%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Veresoone poolt ülalpeetavatest vähirakkudest moodustub ring ümber soone. Väljaspool seda ringi on vähirakud suremas/surnud. Dunning roti eesnäärme kartsinoomi ksenograft.
<a href="http://jnci.oxfordjournals.org/content/94/12/883.full.pdf+html">Lynn Hlatky, Philip Hahnfeldt, Judah Folkman, 2002.
</a>
]
---
## Vähi veresooned
- Kasvaja veresooned on heterogeense luumeniga, lekkivad ja ebakorrapärased
<img src="figures/nihms193554f1.jpg" width="100%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt:
<a href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2859831/">Fukumura et al., 2010.
</a>
]
---
## Angiogenic switch
.pull-left[
- Angiogeneesi käivitumine sõltub pro-ja anti-angiogeneetiliste faktorite tasakaalust.
- Pro-angiogeneetilised faktorid on VEGF, bFGF, Ang-2, Bv8.
- Anti-angiogeneetilised faktorid nt. maatriksi komponendid trombospondiin-1 (TSP-1), endostatiin, canstatin, tumstatin. Lahustuvad faktorid interferon-α ja -β (IFN-α and -β), angiostatin.
]
.pull-right[
<img src="http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1044579X09000649-gr1.jpg" width="100%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: The angiogenic switch in carcinogenesis
<a href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1044579X09000649">Vanessa Baeriswyl, Gerhard Christofori, 2009.
</a>
]
---
## Angiogenees enne ja pärast vähi invasiivseks muutumist
.pull-left[
- Mitteinvasiivne
<img src="figures/Weidner_insitu_bc.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.pull-right[
- Invasiivne
<img src="figures/Weidner_invasive_bc.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: Tumor Angiogenesis and Metastasis — Correlation in Invasive Breast Carcinoma
<a href="http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJM199101033240101#t=articleResults.">Noel Weidner, M.D., Joseph P. Semple, M.D., William R. Welch, M.D., and Judah Folkman, M.D. N Engl J Med 1991; 324:1-8. DOI: 10.1056/NEJM199101033240101
</a>
]
---
## Veresoonte arv seostub halvema elulemusega rinnavähis
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="http://cancerres.aacrjournals.org/content/64/9/2941/F1.medium.gif" alt=" MVD was a significant although weak prognostic factor in women with breast cancer." width="40%" />
<p class="caption"> MVD was a significant although weak prognostic factor in women with breast cancer.</p>
</div>
.footer[Pilt:
<a href="http://cancerres.aacrjournals.org/content/64/9/2941.long">Uzzan et al., 2004.
</a>
]
---
## VEGF ekspressioon vähis on seotud elulemusega
<img src="http://clincancerres.aacrjournals.org/content/10/5/1706/F1.large.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt:
<a href="http://clincancerres.aacrjournals.org/content/10/5/1706.long">Konecny et al., 2004.
</a>
]
---
class: inverse, middle, center
# Metastaasid
---
## Metastaas
- Vähi kollete levimine algsest primaarsest paikmest keha teistesse osadesse
- Selliseid sekundaarseid vähikoldeid nimetatakse __vähi siireteks ehk metastaasideks__
- Vähi siire koosneb rakkudest mis on sarnased vähirakkudele algses paikmes
---
## Metastaaside klonaalse selektsiooni mudel
- Tegemist on nö. "Darwinliku selektsiooni" protsessiga.
- Klassikalise klonaalse selektsiooni mudeli kohaselt moodustavad metastaase **algses vähis asuvad minoorsed rakud**.
- Selline haruldane rakukloon selekteeritakse sekundaarses paikmes ja ta suudab ekspandeeruda/kasvada.
- **Eksisteerivad spetsiifilised metastaasi mutatsioonid/geenid**.
<img src="figures/Fidler1977.png" width="40%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Isaiah J. Fidler and Margaret L. Kripke,
<a href="http://162.105.160.3/main/2011course/class%202/Fidler%20Kripke%201977.pdf">1977
</a>
]
---
## Alternatiivne mudel
- Metastaasi potentsiaal on suuremas osas algses vähimassis olemas
- Vähi metastaseerumise ennustab algse vähimassi geeniekspressioon.
.pull-left[
- Rinnavähi halva prognoosi geenimuster *'poor prognosis' signature*.
- Halva prognoosi geenimuster sisaldab geene mis reguleerivad rakutsüklit, invasiooni ja angiogeneesi.
- **Metastaseerumise põhjustavad samad onkogeensed stiimulid/geenid, mis põhjustasid ka algse vähi tekke**.
]
.pull-right[
<img src="http://www.nature.com/nature/journal/v415/n6871/images/415530a-f2.2.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: Gene expression profiling predicts clinical outcome of breast cancer.
<a href="http://www.nature.com/nature/journal/v415/n6871/full/415530a.html">van 't Veer et al., 2002.
</a>
]
---
<header>
<img src="http://img2.wikia.nocookie.net/__cb20130805012715/wingsoffire/images/3/34/Lemony_Snickets_A_Series_of_Unfortunate_Events_Lemony_Snickets_A_Series_Of_Un.png" width="15%" style="display: block; margin: auto 0 auto auto;" />
</header>
## Metastaseerumise protsess
Kliiniliselt detekteeritava metastaasi tekkeks peab toimuma terve rida juhuslikke sündmusi
- Metastaseerumise käigus peavad vähirakud kõigepealt organismis laiali kanduma ja uutes asukohtades ellu jääma ning hiljem suutma jaguneda et moodustuks sekundaarne vähk.
- Protsess sisaldab
- vähirakkude migreerumist,
- lokaalset ivasiooni,
- sisenemist vereringesse,
- arresteerumist sekundaarses koes ja veresoonest väljumist ning
- lõpuks uue koloonia moodustamist.
- Koloniseerumine omakorda eeldab mitmeid samme, nagu vähirakkude ellujäämist, mikrometastaaside moodustumist, pikaajalise latentsusperioodi üleelamine ja kasvu reaktiveerimine.
---
## Metastaasi etapid
<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="http://www.cell.com/cms/attachment/2009273093/2032282111/gr1.jpg" alt="mets" width="70%" />
<p class="caption">mets</p>
</div>
.footer[Pilt: Metastasis Steps and Bottlenecks. Sakari Vanharanta, Joan Massagué,
<a href="http://www.cell.com/cancer-cell/fulltext/S1535-6108(13)00417-0">2013
</a>
]
---
### Tsütokeratiin positiivsed rinnavähi mikrometastaasid regionaalses lümfisõlmes.
<img src="http://img.medscape.com/fullsize/migrated/479/961/ajcp479961.fig1b.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt:
<a href="http://ajcp.ascpjournals.org/content/121/5/637.long">
Ouellette et al., 2004.
</a>
]
---
## Metastaaside organotropismi määravad faktorid
<img src="figures/gr2_lrg.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.pull-left[
- Organ-spetsiifilist levikut määravad faktorid.
- Vereringe muster.
- Endoteeli omadused.
- Ellujäämis niššid.
]
.pull-right[
- Organ-spetsiifilist kolonisatsiooni määravad faktorid.
- Latentsus ja reaktivatsioonisignaalid.
- Stroomarakkude signalisatsioon.
- Teraapia vastus.
]
.footer[Pilt: Metastasis Steps and Bottlenecks. Sakari Vanharanta, Joan Massagué,
<a href="http://www.cell.com/cancer-cell/fulltext/S1535-6108(13)00417-0">2013
</a>
]
---
## Metastaaside ebaefektiivsus
.pull-left[
- Tuumorist lahkub vereringesse igapäevaselt tuhandeid vähirakke.
- Kliinilise metastaasi moodustavad ainult väga väikene osa vereringesse sisenenud vähirakke.
]
.pull-right[
<img src="index_files/figure-html/unnamed-chunk-29-1.png" width="100%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pildi andmed:
<a href="http://clincancerres.aacrjournals.org/content/13/23/7053.full">
Danila et al., 2007.
</a>
]
---
## Kolonisatsioon on metastaseeruvate vähirakkude peamine pudelikael
.pull-left[
- Suur osa sekundaarsesse koesse jõudnud vähirakkudest ei jagune ja jäävad dormantsesse seisundisse.
]
.pull-right[
<img src="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1853000/bin/jh0981430006.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt:
<a href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1853000/">
Luzzi et al., 1998.
</a>
]
---
## *Seed and soil* hüpotees
- Komplementaarne kahe eelneva mudeliga
.pull-left[
<img src="http://www.nature.com/nrc/journal/v3/n6/images/nrc1098-f1.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.pull-right[
- 1889. a. pakkus Inglise kirurg Stephen Paget välja nn. *seed and soil* hüpoteesi, mis tänapäevaselt tähendab, et **vähirakud annavad metastaasi kui nad satuvad sobivasse koe mikrokeskkonda**
]
---
## Metastaasigeenid
- Primaarses kasvajas ekspresseeritavad metastaasigeenid annavad vähile
- **lokaalse kasvueelise**: EREG (epiregulin) ja COX2/PTGS2 ekspressioon stimuleerib angiogeneesi. Kollageeni krosslinkivat aktiivsust omav LOX (lüsüül oksüdaas) indutseerib vähirakkude migratsiooni ja angiogeneesi;
- **distaalse eelise** mingisse kindlasse organisse infiltreerumiseks: hüpoksia ja TGF-$\beta$ indutseeritud ANGPL4 indutseerib veresoonte läbilaskvuse ja võimaldab siseneda distaalsesse koesse.
<img src="figures/metastaasigeenid.png" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Metastasis: From dissemination to organ-specific colonization.
<a href="http://www.nature.com/scitable/content/metastasis-from-dissemination-to-organ-specific-colonization-14019153">
Don X. Nguyen, Paula D. Bos and Joan Massagué, 2009.
</a>.
]
---
## EMT ja metastaasid: normaalses arengus toimivad geenid
- EMT reguleerivad TF: E47/E2A ja Twist (bHLH), Snail ja Slug (C2H2 zf), FOXC2 (winged helix, forkhead), Goosegoid (paired homeodomain), etc.
<img src="http://d2qiws50qrj9uc.cloudfront.net/content/develop/134/6/1061/F2.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: dynamic pattern of Lvsnail mRNA expression during sea urchin development. [The Snail repressor is required for PMC ingression in the sea urchin embryo](http://dev.biologists.org/content/134/6/1061)
]
---
## EMT ja metastaasid: Snail, Slug
<img src="http://d2qiws50qrj9uc.cloudfront.net/content/develop/132/14/3151/F3.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Snail genes are a convergence point in EMT induction.
[The Snail genes as inducers of cell movement and survival: implications in development and cancer](http://dev.biologists.org/content/132/14/3151)
]
---
## Snaili märklaudgeenid
<img src="http://d2qiws50qrj9uc.cloudfront.net/content/develop/132/14/3151/F4.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Downstream targets of Snail.
[The Snail genes as inducers of cell movement and survival: implications in development and cancer](http://dev.biologists.org/content/132/14/3151)
]
---
<img src="http://www.nature.com/onc/journal/v25/n54/images/1209701f2.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: **Raf plus TGFbold italic beta-dependent EMT is initiated by endocytosis and lysosomal degradation of E-cadherin**.
Janda et al., 2006. RafER-induced MAPK activation cooperates with TGFbeta to induce an EMT-like phenotype in RafER EpH4 cells. Confluent RafER cells (clone R5) analysed 48 h after treatment with TGFbeta (2.5 ng/ml), or RafER activation by 4HT (0.1 mu M) or both (TGFbeta plus 4HT). (a–d) Phase-contrast microphotographs; (e–h) confocal images of cell layers on filters stained for E-cadherin (green) and vimentin (red). Narrow panels at the bottom and left border of panels: Z sections through stained cell layers generated from stacks of approx40 XY images. Arrows indicate the apical side of the epithelial layer. Bar, 50 mum. (i–l) RafER cells (clone R5) were analysed 6 days after treatment with TGFbeta (2.5 ng/ml), 4HT (0.1 mu M) or both. Immunofluorescence analysis after staining for E-cadherin (green) and vimentin (red) is shown. Nuclei (DNA) were stained with DAPI (blue). Bar on images h and l, 20 mum.
]
---
<img src="http://www.nature.com/article-assets/npg/srep/2016/160420/srep24606/images_hires/w926/srep24606-f1.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
---
## Vähirakkude sisenemist vereringesse vahendavad makrofaagid
- Perivaskulaarsed makrofaagid loovad vähis metastaatilise mikrokeskonna (*tumor microenvironment of metastasis*).
- **Vähirakkude ja makrofaagide vahel toimub EGF/CSF-1 parakriinne signalisatsioon**.
- Vähirakkude poolt sekreteeritav CSF-1 indutseerib vähi makrofaagidel EGF-i ekspressiooni, mis positiivse tagasisidena omakorda indutseerib vähirakkudel veelgi CSF-1 ekspressiooni.
<img src="http://cancerres.aacrjournals.org/content/69/7/3221/F6.medium.gif" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Hernandez et al.,
<a href="http://cancerres.aacrjournals.org/content/69/7/3221.long">
2009
</a>.
]
---
## Vähirakkude intravaseerumine
<div align="center">
<video width="640" height="390"
src="figures/movie.mp4#t=45"
controls>
</video>
</div>
.footer[Video: www.metastat.com
]
---
## Metastaasi mustrid: organid
.pull-left[
- Kasvajad mis annavad metastaase peamiselt ühte organisse:
- eesnäärmevähid luudesse;
- silma melanoom maksa;
- sarkoomid kopsu.
- Erinevatesse organitesse metastaseeruvad:
- kolmik-negatiivsed rinnavähid;
- naha melanoomid;
- kopsuvähid;
- neeruvähid.
]
.pull-right[
<img src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7e/Metastasis_sites_for_common_cancers.svg/640px-Metastasis_sites_for_common_cancers.svg.png" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: wikipedia
]
---
## Tüüpilised tahkete kasvajate metastaasikohad
Vähitüüp | Põhilised metastaasi kohad
------------|--------------------------------
Rind | luu, kopsud, maks ja aju
Kopsu adenokartsinoom | aju, luud, neerupealsed ja maks
Naha melanoom | kopsud, aju, nahk, maks
Käärsool | maks ja kopsud
Kõhunääre | maks ja kopsud
Eesnääre | luud
Sarkoom | kopsud
Silma melanoom | maks
.footer[Tabel: Metastasis: From dissemination to organ-specific colonization.
<a href="http://www.nature.com/scitable/content/metastasis-from-dissemination-to-organ-specific-colonization-14019153">
Don X. Nguyen, Paula D. Bos and Joan Massagué, 2009.
</a>.
]
---
## Metastaasi muster: vereringe
.pull-left[
<img src="figures/kops.png" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.pull-right[
- Kõige esimene organ kuhu südamest välja pumbatav veri jõuab on kopsud.
- Luuüdis ja maksas olev fenestreeritud endoteel on vähirakkudele vereringest väljumiseks permissiivsem kui muudes organites.
- Kopsu endoteel on suhteliselt raskemini läbitav ja
- kesknärvisüsteemis olev BBB on kõige tugevam barjäär.
- Ometigi umbes 30% metastaatilistest rinnavähkidest annavad ajumetastaase.
]
.footer[Pilt: http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/lect20.htm
]
---
## Metastaasi muster: vereringe
.pull-left[
<img src="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3043550/bin/nihms268780f3.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.pull-right[
- Vereringe määrab **soolekasvajate peamise metastaaside sihtpaigana maksa**,
- 80% soolevähi korduv patsentidest on maksametastaasid.
- Maksametastaasid on eelkõige tingitud sellest, et **soolestikust lähtuv portaalveen suubub maksa** ja **maksa endoteel on fenestreeritud**.
]
.footer[Pilt: liver sinusoidal endothelial cell fenestrations.
<a href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3043550/">
Cogger et al., 2010.
</a>.
]
---
## Metastaatiline latentsus
- Kliiniliselt on see periood, mis jääb vähi avastamise ja detekteeritavate metastaaside tekke vahele
- Raku tasemel väljendub latentsus
- vähiraku jagunemise arrestis ja vaikeolekus (dormantsus);
- mitteproduktiivses jagunemises, kus jagunemine on balanseeritud apoptoosi poolt;
- tüvirakuliste omaduste kadumine (*loss of stem cell fitness/stemness*).
---
## Metastaatilise latentsuse kadu: VCAM-1 vahendatud osteoklastide värbamine
- Rinnavähi mudelis on leitud, et sellisest dormantsusest väljunud luu mikrometastaasid on hakanud ekspresseerima enda pinnal VCAM-1 molekuli [Lu et al., 2011](http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3241854/).
- VCAM-1 ekspressioon värbab dormantse vähiraku juurde `\(\alpha 4 \beta 1\)` integriine ekspresseerivad monotsüüdid, mis diferentseeruvad luud lagundavateks osteoklastideks. VCAM-1 on `\(\alpha 4 \beta 1\)` integriini ligand mille kaudu lümfotsüüdid arresteeruvad veresoone pinnal.
- Osteoklastide aktiveerumisega vabaneb luu maatriksist rohkelt kasvufaktoreid tekib nö. nõiaring (*vicious cycle*).
<img src="figures/nihms337162f8.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
---
## Metastaatilise latentsuse kadu: sekundaarse koe strooma rakud sekreteerivad tüvirakulisust supresseerivat faktorit
- Rinnavähi kopsumetastaasid hakkavad sekreteerima tüvirakulisust pärssiva TGF-b perekonna ligandi **BMP4** blokeerivat faktorit **Coco** [Gao et al., 2012](http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867412008720).
- Coco ekspressioon neutraliseerib parakriinse BMP ja võimaldab vähirakkude reaktivatsiooni.
<img src="http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0092867412008720-fx1.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
---
## Kliiniline metastaasi muster on eri patsientidel ja vähitüüpidel erinev
- Glioblastoomid metastaseeruvad harva.
- Medulloblastoomid metastaseeruvad sagedasti.
- Kopsu- ja kühunäärme kartsinoomid on sagedasti metastaseerunud juba esmasdiagnoosil.
- Rinna- ja eesnäärmevähid reeglina diagnoosimisel metastaseerunud ei ole.
- Umbes 10% patsentidel esineb vähke mille algne paige on määramatu (*cancer of unknown primary origin*, *CUP*).
---
## Metastaaside temporaalne muster
- Kliiniliselt on raske määrata, kui kiiresti konkreetne vähk progresseerub primaarsest kasvajast latentsete siirete tekkeni ja sealt nähtavate metastaasideni.
.pull-left[
- Kõhunäärmekasvajad arvati metastaseeruvat progressiooni varases staadiumis, kuid eksoomi sekveneerimine ja matemaatiline modelleerimine viitab pigem, et kõhunäärmekasvajad pigem avastatakse liiga hilja.
- Rinna ja eesnäärmevähkide puhul tekivad metastaasid vähi arengus vara ja püsivad kaua latentsed.
]
.pull-right[
T1: aeg mis kulub pankrease intraepiteliaalse neoplaasia tekkeks (PanIN). PanIN on ivasiivse vähi eellane. Tavaline vanemaealises populatsioonis.
<img src="http://www.nature.com/nature/journal/v467/n7319/images/nature09515-f3.2.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
]
.footer[Pilt: Distant metastasis occurs late during the genetic evolution of pancreatic cancer.
<a href="http://www.nature.com/nature/journal/v467/n7319/full/nature09515.html">
Yachida et al., 2010.
</a>.
]
---
## Veresoontest väljumine
- Veresoontest väljumist soodustavate geenide ekspressioon suurendab vähirakkude laiali kandumist kudedesse ja seega koloniseerimise tõenäosust.
- Rinnavähi aju metastaase näiteks vahendavad COX2, HB-EGF ja ST6GALNAC5 (*α2,6-sialyltransferase*) ([Bos et al., 2009](http://www.nature.com/nature/journal/v459/n7249/full/nature08021.html)).
- COX2 ja HB-EGF-EGFR ekspressioon annab vähirakule "võimenduse" mitte fenestreeritud endoteeli läbimiseks ja ajukoe koloniseerimiseks.
- $\alpha$2,6-sialüültransferaasi ekspressioon põhjustab sialüül-epitoopide ekspressiooni vähiraku pinnal ja võimaldab aju-spetsiifilist infiltratsiooni.
<img src="figures/nature08021-f4.2.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
---
## Heterotroopsetel interaktsioonidel on oluline roll metastaatilisel koloniseerimisel
- Rinnavähi osteolüütilised metastaasid, kus toimub luukude lagundavate osteoklastide aktivatsioon. Vabaneb terve rida maatriksisse deponeeritud kasvufaktoreid.
- Vähirakud sekreteerivad paratüroidhormoon peptiidi (PTHrP) ja mõjutavad seeläbi osteoblaste (luukude ülesehitavad rakud) sekreteerima RANKL ja mitte sekreteerima RANKL *decoy* retseptorit OPG (osteoprotegerin), mis stimuleerib osteoblaste.
- Rinnavähi ajumetastaasid ekspresseerivad IL1$\beta$, mis aktiveerib astrotsüüdid. Aktiveeritud astrotsüüdid hakkavad ekspresseerima NOTCH ligandi JAGGED, mis stimuleerib omakorda vähirakke ([Xing, 2013](http://embomolmed.embopress.org/content/5/3/384.long)).
<img src="figures/F2.large.jpg" width="70%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: IL1b ja rinnavähi ajumetastaaside elulemus.
<a href="http://embomolmed.embopress.org/content/5/3/384.long">
Xing et al., 2013.
</a>.
]
---
## Metastaasi mutatsioonid on samad mis primaarse vähiga seotud mutatsioonid
- Pankrease vähi metastaatilised kloonid sisaldavad **KRASG12V, MYC ja CCNE1** geenimutatsioone.
- Neeruvähi metastaasides on muteerunud **TP53, SETD2, KDM5C**.
- ER-positiivse rinnavähi patsiendil 9 a. peale primaarse vähi eemaldamist tekkinud metastaasides oli peamine mutatsioon **ERBB2** amplifikatsioon.
- Basaalset tüüpi rinnavähi primaarse paikme ja metastaaside vahel erinesid ainult mutantsete alleelide sagedused.
---
## Metastaasi signalisatsioon: pahaloomuline lisanõks
- Soolevähi rakkudes on tavaline TGF-$\beta$ raja inaktivatsioon, samas vähirakud ise ekspresseerivad TGF-$\beta$ mis stimuleerib stroomarakkudel makrofaage aktiveeriva IL-11 ekspressiooni.
- Eesnäärmevähi hiire mudelis annavad PTEN ja TP53 inaktivatsioon mitte-agressiivse vähi, kuid lisaks SMAD4 inaktiveerimine viib metastaseeruvate kasvajate tekkeni.
- Nkx2.1 tuumorsupressori muteerumine muudab KRASG12D-TP53-/- rakud metastaatilisteks.
<img src="figures/Nkx2-1.png" width="40%" style="display: block; margin: auto;" />
.footer[Pilt: Nkx2-1 vaigistamine kopsuvähi mudelis suurendab KRASG12D-TP53-/- rakkude kolonisatsioonivõimet.
<a href="http://www.nature.com/nature/journal/v473/n7345/full/nature09881.html">
Winslow et al., 2011.
</a>.
]
---