MDSCs Mediate Angiogenesis and Predispose Canine Mammary Tumor Cells for Metastasis via IL-28/IL-28RA (IFN-λ) Signaling

Abstract

BackgroundMyeloid-derived suppressor cells (MDSCs) function in immunosuppression and tumor development by induction of angiogenesis in a STAT3-dependent manner. Knowledge of MDSC biology is mainly limited to mice studies, and more clinical investigations using spontaneous tumor models are required. Here we performed in vitro experiments and clinical data analysis obtained from canine patients.MethodsUsing microarrays we examined changes in gene expression in canine mammary cancer cells due to their co-culture with MDSCs. Further, using Real-time rt-PCR, Western blot, IHC, siRNA, angiogenesis assay and migration/invasion tests we examined a role of the most important signaling pathway.ResultsIn dogs with mammary cancer, the number of circulating MDSCs increases with tumor clinical stage. Microarray analysis revealed that MDSCs had significantly altered molecular pathways in tumor cells in vitro. Particularly important was the detected increased activation of IL-28/IL-28RA (IFN-λ) signaling. The highest expression of IL-28 was observed in stage III/IV mammary tumor-bearing dogs. IL-28 secreted by MDSCs stimulates STAT3 in tumor cells, which results in increased expression of angiogenic factors and subsequent induction of angiogenesis by endothelial cells, epithelial-mesenchymal transition (EMT) and increased migration of tumor cells in vitro. Knockdown of IL-28RA decreased angiogenesis, tumor cell invasion and migration.ConclusionsWe showed for the first time that MDSCs secrete IL-28 (IFN-λ), which promotes angiogenesis, EMT, invasion and migration of tumor cells. Thus, IL-28 may constitute an interesting target for further therapies. Moreover, the similarity in circulating MDSC levels at various tumor clinical stages between canine and human patients indicates canines as a good model for clinical trials of drugs targeting MDSCs.

Application of post-genomic techniques in dog cancer research

“…Changes in gene expression in mammary cancer cell lines after co-culturing with myeloid-derived suppressor cells (MDSC) were recently investigated. 56 Microarray analysis gene expression revealed that 107 genes were significantly upregulated in cell lines after MDSC treatment, most of them being involved in inflammation, interleukin signalling pathway, and cytoskeletal regulation. The study then focused on the IL-28/IL-28R pathway by knocking down IL-28R, and demonstrated that treatment with IL-28 promotes angiogenesis, epithelial-mesenchymal transition, and enhances mammary tumour invasion and migration.…”

Influence of lymphocytes T and myeloid-derived suppressor cells on inhibition of antitumor response

“…(5) zauważyli, że u kobiet z zaawansowanym rakiem piersi stosunek ten był wyższy niż u kobiet zdrowych. Takie samo zjawisko wykazano u suk z przerzutującymi nowotworami gruczołu sutkowego (29). W ograniczaniu odpowiedzi przeciwnowotworowej cytotoksycznych limfocytów T biorą również udział limfocyty T regulatorowe i mieloidalne komórki supresorowe.…”

“…: nasieniaku (14,48), czerniaku (36,45), raku okrężnicy (12,32), raku szyjki macicy (35), raku jajnika (46,52), raku nabłonka pęcherza moczowego (40) i raku żołądka (22). Nasze badania wykazały wzrost liczby limfocytów Treg u psów w zaawansowanym stadium rozwoju raka sutka zarówno we krwi obwodowej, jak i na terenie guza nowotworowego (29,30).…”

“…Podczas rozwoju nowotworu liczba produkowanych MDSC zwiększa się wraz ze wzrostem guza (49). Podobne zjawisko zaobserwowano u myszy (19) i psów z chorobą nowotworową (13,29,30,41). Wydzielane przez komórki nowotworowe czynniki (cytokiny prozapalne i czynniki immunosupresyjne) wpływają na powstawanie populacji supresyjnych MDSC i ich akumulacji w guzie (11).…”

“…MDSC pobudzają angiogenezę poprzez produkowanie MMP9, która zwiększa dostępność biologiczną VEGF-C najważniejszego czynnika indukującego angiogenezę, oraz pobudza uwalnianie w szpiku kostnym czynnika wzrostowego komórek macierzystych (SCF, Stem cell factor) pozwalającego na przejście hematopoetycznych komórek macierzystych z niszy spoczynkowej do proliferacyjnej (50). Badania własne wykazały, że komórki MDSC mogą wpływać na pobudzanie procesu tworzenia naczyń krwionośnych poprzez IFN λ (interferon lambda) (29). Wpływ komórek MDSC na angiogenezę potwierdzają również badania Pana i wsp.…”