Haematogen áttétképzés, szerv-specificitás…

Dr. Tímár József

SE 2.sz. Patológiai Intézet

Hematogén metasztatikus kaszkád

10 9-11Primary tumor(angiogenesis)

Local invasion(Basement membr)

AdhesionDegradationMigration

Intravasation(subendoth.BM)

Circulation10 6-7

AdhesionDegradationMigration

AdhesionDegradationMigration

Extravasation(subendoth. BM)

Tumor cell-host cell Interactions:NK, MPH, platelet

Viscerális áttét<10 2 (angiogenesis)

v. Portaev. Cava inf.

Metastasis inititating genes

Metastasis-maintenance 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(sec) (sec) (min) (órák / nap)

glycoprotein P-selectin/CD62 αIIbβ3 integrin thrombocyte-receptorBRIDGE

glycoprotein PSGL1 αIIbβ3 / αvβ3 cancer receptor

carbohydrate basic peptides- fibrinogenheparan sulphate PG

HSpgsLeA-sLeX

Endothel

platelet

Cancer cell

Honn Tímár,1992, Tímár Oncology,2005

Seconds minutes minutes/hrs day(s)

Mechanikai védelem

NK és monocita elleni védelem

Trombocita faktorok

� Növekedési faktorok (pl. PDGF: trombocita-eredet ű növekedési faktor, VEGF)

� Fibrinogén� Bioaktív lipidek (PAF, 12-HETE)

„Daganatsejt-mimikri”

1. Mesenchimalis mimikri2. Ér-mimikri3. 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)

1 2 3 4 5 6 7

A

B C

Trombocita integrin ( αI Ibβ3-GpIIbIIIa) expressziójaemberi melanómában

Sejttenyészet tumorszövetTrikha, Tímár, 1997,2002

αIIb integrin kedvezőtlen prognosztikus jel melanómában

% o

f pos

itive

cel

ls

0

25

50

75

100α IIbα v

0-1.5 1.5-4.0 > 4.0

Trombocita 12-lipoxigenáz expressziója emberi melanómában

Sejttenyészet tumorszövet

Rásó és mtsai,2004

% o

f ca

ses

0

25

50

75<3 mm>3 mm

neg/low medium high(0-25%) (25-75%) (>75%)

Expression ranges of p12-LOX in % of positive cells

Protein expression of p12-LOX in human skin melanoma samples(n=22, confocal microscopy)

Melanóma trombocita mimicri(csontvel ői őssejt markerek)

WT1

C-kit

β-aktin

glikoprotein P-selectin/CD62 αIIbβ3 integrin thrombocyta-receptorhíd-molekula

glikoprotein PSGL1 αIIbβ3 / αvβ3 tumorsejt-receptor

Rolling Docking Locking/activation Cell response(sec) (sec) (min) (órák / nap)

szénhidrát Bázikus peptid- fibrinogén heparán szulfát-PG

HSpgsLeA-sLeX

endotélsejt

trombocita

tumorsejt

Tímár, Oncology,2005

tüdõ

-súl

y

CTR RheoPro0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50kontrollRheoPro

Anti- β3 integrin elleni humanizált antitest kezelés (RheoPro)Hatása humán melanóma áttétképzésére SCID egérben

Heparin-kötő növekedési faktorok

� VEGF� Hb-EGF� EGF� bFGF� HGF� IL-8

Tímár et al. Histochem J, 1984, Döme et al.2002

Sejtfelszini heparán szulfát proteoglikán fokozott expresszió

Cell surface glycosaminoglycans of liver-metastatic human melanoma cell lines

S35

cpm

x10

3 /105 c

ells

05

101520253035404550

HSCS

HT168 (lowmet) HT168-M1 (hihgmet)

HS/CS ratio: 2.11 6.14Tímár et al. Canc Res Clin Oncol,1989, Am J Pathol, 1992

A B

C D

5 60 120 180 240

time (min)

cell

dens

ity /

mm

2

(mea

n+

SE

M)

0 1 2 3 40

5

10

15

20

25

30

35 ControlUFHLMWH

*

*

*p<0.05

Tüdőszövet Keringés

kontroll LMWH

Bereczki et al. Clin Exp Met, 20055 60 120 180 240 perc

rela

tive

mR

NA

expr

essi

on

(mea

n, n

=3)

0

1

2

3

4

5 ControlUFHLMWH

5 min 60 min

num

ber

of lu

ng c

olon

ies

(% o

f co

ntro

l mea

n+

SE

M)

20.0 63.0 200.00

25

50

75

100

125 ControlUFH

LMWH

**

**

* *

*p<0.05

Heparin kezelés hatása emberi melanóma áttétképzésére(kisérleti rendszerben)

IU/kg

num

ber

of li

ver

met

asta

ses

(mea

n±

SE

M)

0

5

10

15

20

25

30 Control

UFH

LMW H

* *

*

*p<0.05

Hirudin (3 mg/kg)

0 20 200

LMWH

kontroll

kontroll

LMWH

Bereczki et al. Clin exp metast, 2005

Trombocita-tumorsejt kölcsönhatás gátlásának következményei

� VEGF, PDGF, EGF felszabadulás megakadályozása� Aktiváló/túlélést serkent ő bioaktív lipidek

felszabadulásának megakadályozása� Trombocita/fibrinháló eltüntetése:

NK és makrofág elleni védtelenségMechanikai sérülékenység

Heparinok antimetasztatikus hatásai

OS= teljes túlélés, TTP= a progresszióig eltelt időTimar et al. Oncology,2005, Orvostovábbképző Szle, 2006

Heparin

Alacsony molekulatömegű

heparin

Non-heparin antikoaguláns (warfarin, dipyridamol,

kumarin) Preklinikai vizsgálatok

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

Chiang A and Massague J. N Engl J Med 2008;359:2814-2823

Patterns of Metastatic Spread of Solid Tumors

10 9-11Prostate cancer(angiogenesis)

Lokális invázió(BM)

AdhézióDegradációMigráció

Intravazáció(subendoth.BM)

Keringés10 6-7

AdhézióDegradációMigráció

AdhézióDegradációMigráció

Extravazáció(subendoth. BM)

Csontáttétképzés: arteriális , kivétel prostatarák<10 2 (angiogenezis)

•Periprostatic veins

•Batson veins

•v. vertebrae

A B

C D

TCTC

pOCL

OBL

RANK-RANKL

PTHrP

CaCa++ PO++ PO44

TGFTGFββ IGFIGF --I I

TGFTGFββ

IGFIGF--I I

ON, OPN, BSPON, OPN, BSPON, OPN, BSPON, OPN, BSP

ON, OPN, BSP

++

+

OCL

tumorsejtPDGFVEGF

osteoblastosteoblast

osteocyta

CaCa++ ++ BMP, ON,BMP, ON,OPNOPN

APaseEndothelin-1uPAPSA(PTHrP)

IGF-I/IITGFβ

BMP, ON, OPN

+

++

Bone marrow microvessel

PTHPGPDGF St

Bone marrow microvessel

PTHVitamine D3

IL-17

StPGE2IL-4,IL-18IFNγ

Metasztatikus BRCC expressziós profilja

BM+ BRCC expressziós profilja

LJ Veer et al. Nature,2002 Woelfle et al. Canc Res 20 03

fokozott csökkent fokozott csökkent

cycB2,D1,E2

c-mycc-metRB1CC1VEGF, flt1CD44v3αvβ3+MMP9Synd1 (PG)

uPA/PAIc-erbB2

CDH1 HIF1αEPORSTAT1

TRAF-IPTRADD

NM23KISS1Bcl-2TIMP2/3MMP11,14CDH11LICAMPlakoglobinCKsTubulin (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)

Primer eml őrák génexpressziós profilja a biológiai viselkedésnek megfelel ően

COX2+

Gr-upVI+ER-N+

Arterio-venous shunts in the lung

Collecting veins

Left heart

Systemic circulation

Emlőrák tüd őáttétképzéséért felel ős génmintázata

� Desmocollin2 (sejtadhézió)� UDP glikoziltraszferáz8 (glikoszfingolipid

szintézis)� Integrin β8 (matrix adhézió)� Fermitin-1 (sejtadhézió)� Landemaine et al. CR, 2008� Epiregulin (EGFR ligand)� COX2� MMP1/2 matrix metalloproteázok� ANGPTL4 angiogén citokin� Massague et al.NEJM 2008

Emlőrák agyi áttétképzéséért felel ős 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 )

tumorsejt

HGF

HGF

HGF

c-met

HSPG

Ubiquiter paracrín sejtmozgás-reguláló:

máj

amplifikáció

tü d ő rák em lő r ák vastagbélrák p roszta ta rák fe jnyak i rák m elanom a N S C LC SC L C P p ro liferác ió E G FR

B R M /B R G 1 H G F/c-m et

c-k it FO X -C 1 T SG A 14

H er-2 CycB 2,D 1,E 2 c-m yc p27J

K -ras, cycD 1 P27 , D C C J

E G FR ,H er-2 c-m yc,c-src H -ras D C C , A P C ,p27

E G F R , cycD 1 c-m yc, c-fes D C C , c-fos, p21

B R A F/N -ras

T ú lé lés/apop toz is B cl-2

D A P K B c l-2 P 53 P 53 , B c l-2 ,

FA S T G Fβ R 1/2 , hsp40

P 53 , FA SL cIA P -1

B cl-2 , T R A IL

A ng iogenez is H IF1α /LD H -5

V E G F -A /H G F bFG F V E G F -C

H IF 1α EP O R V E G F-A

V E G F CO X -2

E ndo thelin -RA V E G F-A

V E G F-C V E G F-A , bFG F

M atr ix k ö lcsönha tás (adhéz ió degradáció m ig rác ió )

M M P 9 T ripsinogenC /4B H eparanase H G F /c-m et E G FR

LR , αvβ 3,b1J uP A /P A R M M P 9 C athepsinD c-m et/H G F

C D H 1, α5 in t C SP G U P A /uP A R C athepsin 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 I Ib -in t U P A , M M P 2 c-m et/H G F , IL -8R

α6β 1in t C D H 17, α5 in t U P A /uP A R M M P 1/3 /11 M T 1M M P C athepsin B c-m et/H G F

β 3 in tegrin (α I Ib ) Synd-4 M M P 2 T IM P 3 uP A A M F R R hoC , M A P K c-m et

E gyéb IL -10 E LA V 4

CA P S C arboxypep tidase E γG H β 1 in tegrin

E R - CX C R 4 O P N , B M P s P T H rP

G A P D H PR L 3foszfatáz H LA -II M F -R /C D 8+-J

A cidP ase5B M T 1M M P M M P 7 /9 C athepsin B /D /K B S P , O P N P T H rP

C ystatinC M U C 18 IL -6 M H C -I

R X Rγ M eta llo th ionein-II I B 3endonex in W nt5a

M etasztáz is gének

P T E N /R R M 1 K A I-1 N M 23-H S-100P /S 100-A 2

N M 23, K ISS-1 C D 44(v3)

C D 44(v6) P T E N M E K 5 R K IP

C D 44 /v6v3 )J S100A 4 C A V 1 , K IS S-1 jo

P T E N , K ISS -1 , K A I-1 C D 44v3 , T w ist

Genetic modells of metastasis

Same-gene-model Clonal evolution Parallel-evolution

„Late” „Continuous„ „Early”

primary tum

or metastasis

BRC, MMfrom 10 6 cells

Risk for metastasis increaseswith T sage

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 P ract 2001, Koda et al. Oncol Rep 2004, Iguchi et al. J Surg oncol, 2003

� LND status can be different: Kristeket al.Coll Antro pol 2007, van Agthoven et al. Int J Cancer 1995

ER/PgR status in bone metastasis

Lörincz et al. Anticancer Res 25:3075,2005

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

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

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 -

Alteration of HER-2 status of breast cancer in bone metastasis

Lörincz et al. POR 2006

Immunophenotype switch of breast cancer in bone metastasis

Primary Metastasis

"luminal A"21%

"luminal B"12%

HER 26%

triple negatív61%

"luminal A"48%

"luminal B"15%

Triplanegatív

31%

Her26%

Szasz M, Kulka J et al. Poster section

„luminalis B”:ER/PgR ⊕ ésHER2 ⊕ vagy Ki67 > 20%

"luminal A"40%

"luminal B"10%

HER 220%

triple negatíve

30%"luminal B"

44%

HER 228%

triple negatíve

28%

Immunophenotype changes in CNS metastasis

Primary Metastasis

Colorectal cancer- K-RAS

� NCCN guideline:� K-RAS determination from primary or metastatic

tissue

>1_Kr18#SrS_E07_09 sequence exported from chromatogram fileCCNTTTTCNTTATTTTTATTATAAGGCCTGCTGAAAATGACTGAATATAAACTTGTGGTAGTTGGAGCTGGTGGCGTAGGCAAGAGTGCCTTGACGATACAGCTAATTCAGAATCATTTTGTGGACGAATATGATCCAACAATAGAGGTAAATCTTGTTTTAATATGCATATTACTGGGTGCAGGACCAA

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

Early T1N0M0 10pts 60% 70%Advanced T3/4N1M0 15 pts 20% 20%Mets liver 20pts 0% 5%

Clonal heterogeneity K-RAS p53

(Weber et al. Int j Cancer 120:524,2006)

K-RAS status in metastasis

� 0% discordance : Etienne-Grimaldi et al. 14:4830,200 8

� 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 exception s (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

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)

Comparison of K-RAS status of lung adenocarcinoma in bone mets

Badalian et al. POR, 2007

Genetic modells of metastasis

Same-gene-model Clonal evolution Parallel-evolution

„Late” „Continuous„ „Early”

primary tum

or metastasis

BRC, MMfrom 10 6 cells

Risk for metastasis increaseswith T sage

Chance 33% 33% 33%