Cell plasticity in cancer : Cues from virus-host interactions

Human tumorigenesis is a process in which a normal cell needs to acquire multiple characteristics to become malignant and metastatic. In short, these so called cancer hallmarks include increased proliferation and cell survival, as well as the ability to invade into the surroundings, induce angiogenesis, and finally metastasize to distant sites. These traits are regulated in a variety of different ways. However, some embryonic signaling pathways, including the Notch pathway, are able to regulate many of these processes. Furthermore, it has been shown that these signaling pathways can be deregulated in cancer, and that their untimely activation can lead to malignancies. In this study, Kaposi's sarcoma herpesvirus (KSHV) associated malignancies, namely Kaposi's sarcoma (KS) and primary effusion lymphoma (PEL), as well as melanoma have been used as model cancers. In all these malignancies, the tumor cells show alterations in cell identity and lineage marker expression, i.e. signs of cellular de- or transdifferentiation. In addition, the Notch pathway has been shown to be overly active in all of them. Thus, this thesis has focused on how the pro-tumorigenic traits are affected by cell plasticity and reprogramming in these cancers, and how the signaling pathways leading to these phenotypes, most notably Notch, are in turn regulated. Firstly, the results show that in vivo expression of a KSHV oncogene, viral (v-)cyclin, leads to activation of Notch signaling through Notch3 upregulation as well as fine-tuning of the NF-κB pathway through Cdk6 mediated phosphorylation. These changes in turn lead to defects in T-lymphocyte differentiation and immune functions, as well as to the development of T-cell lymphomas. Secondly, this work demonstrates that KSHV infection in primary lymphatic endothelial cells (LECs) in three dimensional (3D) cell culture model leads to activation of a morphogenic process, endothelial to mesenchymal transition (EndMT), and increased invasiveness through activation of the Notch pathway and matrix metalloproteinase MT1-MMP. Lastly, the data show that the changes in cell plasticity contributing to tumorigenic traits are not confined to virally induced cancers. Melanoma cell interaction with LECs leads to activation of the Notch pathway and increased adhesive, invasive, and metastatic properties of the tumor cells. In conclusion, the results show that regulation of cell plasticity through the Notch pathway takes place in different types of cancers, and it can affect several steps of tumorigenesis. A thorough and comprehensive understanding of the processes discovered herein may help develop better and more efficient treatments for these largely fatal malignancies.Monien normaalin solun ominaisuuksien tulee muuttua, ennen kuin solu muuntuu syöpäsoluksi ja pystyy leviämään elimistössä. Solun täytyy muun muassa pystyä jakautumaan hallitsemattomasti, tunkeutumaan ympäristöönsä, erittämään veri- ja imusuonien kasvuun vaikuttavia tekijöitä sekä lopulta pystyä hyödyntämään veri- ja imusuonistoa levitäkseen ympäriä kehoa. Syöpäsolujen eri ominaisuuksia säätelevät tyypillisesti eri signalointireitit, mutta eräät sikiönkehityksen aikana aktiivisesti toimivat reitit, kuten Notch-signalointi, voivat vaikuttaa moniin syöpäsolun ominaisuuksiin. Tällaisten signalointireittien yliaktiivisuus onkin liitetty syövän syntyyn ja leviämiseen. Tässä tutkimuksessa on käytetty malleina Kaposin sarkoomaan liittyvän herpesviruksen (KSHV) aiheuttamia syöpiä, Kaposin sarkoomaa (KS) ja primaaria efuusiolymfoomaa (PEL), sekä melanoomaa. Näissä kaikissa syövissä on havaittavissa, että syöpäsolujen soluidentiteetti on heterogeeninen, ja että syöpäsolut pystyvät ohjelmoitumaan uudelleen kasvuolosuhteidensa mukaan. Näille syöville on yhteistä myös, että Notch-signalointireitti on aktivoitunut. Tutkimukseni aiheena oli solujen muovautuvuus- ja ohjelmoitumiskyvyn vaikutukset syövän syntyyn ja leviämiseen ja näiden prosessien säätely. Työni ensimmäisessä osassa osoitin, kuinka KSHV:n onkogeenin v-sykliinin ilmentyminen hiiressä johtaa Notch- ja NF-κB- signalointireittien aktivoitumiseen ja sitä kautta T-solujen erilaistumisen ja toiminnan häiriöön sekä T-solulymfooman kehittymiseen. Seuraavaksi näytin, kuinka KSHV-infektio imusuonten seinämän soluissa johtaa Notch-signaloinnin aktivoitumiseen ja solujen uudelleenohjelmoitumiseen mesenkyymisolujen kaltaisiksi, jolloin ne pystyvät tehokkaammin tunkeutumaan ympäristöönsä. Lopuksi osoitin, että edellä kuvatut mekanismit eivät ole aktiivisia ainoastaan syöpävirusten aiheuttamissa kasvaimissa, vaan että myös melanoomasolujen interaktio imusuonten solujen kanssa aktivoi Notch-signalointia ja johtaa syöpäsolujen lisääntyneeseen adheesio-, invaasio- ja metastasoimiskykyyn. Notch-signalointi ja syöpäsolujen muovautumis- ja uudelleenohjelmoitumiskyky säätelevät siis monentyyppisten syöpien kehittymistä ja leviämistä. Näiden prosessien perusteellinen tuntemus mahdollistaa parempien ja tehokkaampien hoitojen kehittämisen näitä huonoennusteisia syöpiä vastaan