Colorectal cancer (CRC) represents the third most diagnosed tumor worldwide and the second leading cause of cancer-related death. Although the use of surgical procedure, chemotherapy, and immunotherapy that can increase the CRC patients survival, relapse and metastasis remain the main causes of death. Early neoplasia identification, along with the understanding of the pathological mechanisms are fundamental to obtain an effective and targeted intervention in CRC patients. Recent studies suggests that extracellular vesicles (EVs) contribute to tumor microenvironment (TME) changes through intercellular communication. By reflecting the phenotype of parental cells, released EVs may also provide important information regarding the progression or alterations of cells within the TME. The aim of the present study is to further understand the molecular mechanisms underlying CRC progression, with particular attention to the interaction between EVs and TME. By isolating and characterizing EVs from human colorectal cancer biopsies (CRC-EVs) and the corresponding healthy colon mucosa (HC-EVs) of 35 patients, we tried to identify possible prognostic biomarkers of tumor staging and progression, by evaluating the expression of surface proteins of EVs by cytofluorimetric analysis using the MACSPlex Exosome kit. Our results highlighted significant differences in the markers expressed by EVs isolated from tumor tissue compared to healthy tissue. Specifically, in CRC-EVs, platelet markers (CD42a and CD62p) were found to be upregulated, while natural killer cell markers (CD56) are shown to be downregulated, suggesting a possible involvement of these EVs in the immune evasion mechanisms adopted by neoplastic cells. Also on CRC-EVs, the marker CD11c, characteristic of dendritic cells, was found to be more expressed than in healthy tissue, suggesting functional immunosuppressive activity for T-cell tolerance and progressive neoplastic expansion. Furthermore, we found a lower expression of epithelial markers CD44 in CRC-EVs, assuming a possible loss of epithelial phenotype in tumor cells. Finally, a reduction in CD146 expression has been observed in tumor EVs, suggesting an involvement of these vesicles in the alteration of Wnt/β-catenin inhibition signaling, acting as an inducer of CRC progression. To confirm the ability of these markers to distinguish between tumor and healthy conditions, we applied ROC curve and logistic regression model, obtaining positive results. In conclusion, our study confirmed that CRC tissue derived EVs mirror the heterogeneity of the TME, suggesting that the analyzed surface proteins could be used as potential biomarkers for CRC diagnosis and progression. This represents a promising area of investigation for further studies and the development of new diagnostic and therapeutic strategies.
Il cancro al colon retto (CRC) rappresenta la terza neoplasia più diagnosticata al mondo e la seconda causa di morte per cancro. Sebbene l’impiego di trattamenti chirurgici, chemioterapici e terapie immunologiche siano in grado di aumentare la sopravvivenza dei pazienti affetti da CRC, le recidive e le metastasi rappresentano le principali cause di morte. L’identificazione precoce della neoplasia, insieme alla comprensione dei meccanismi molecolari all’interno dell’ambiente tumorale, è diventata sempre più importante per poter intervenire in modo efficace e mirato contro il CRC. Recenti studi suggeriscono che le vescicole extracellulari (EVs) contribuiscano a modificare il microambiente tumorale (TME) tramite la comunicazione intercellulare. Riflettendo il fenotipo delle cellule parentali, le EVs possono altresì fornire importanti informazioni riguardo la progressione o le alterazioni delle cellule all’interno del TME. L’obbiettivo del presente studio mira a comprendere più a fondo i meccanismi molecolari alla base della progressione del CRC, con particolare attenzione all’interazione tra le EVs e il TME. Isolando e caratterizzando le EVs da biopsie di cancro al colon retto umano (CRC-EVs) e dalla corrispettiva mucosa del colon sana (HC-EVs) di 35 pazienti, si è cercato di identificare possibili biomarcatori prognostici di stadiazione e progressione del tumore, valutando l’espressione di proteine di superficie delle EVs mediante analisi citofluorimetriche utilizzando il MACSPlex Exosome kit. I nostri risultati hanno evidenziato delle differenze significative nei marker espressi dalle EVs isolate dal tessuto tumorale rispetto al sano. In particolare, nelle CRC-EVs i marker piastrinici (CD42a e CD62p) risultano essere upregolati mentre i marker delle cellule Natural Killer (CD56) si dimostrano downregolati, suggerendo un possibile coinvolgimento di questi marcatori nei meccanismi di evasione immunitaria adottati dalle cellule neoplastiche. Sempre nelle CRC-EVs, il marker CD11c, caratteristico delle cellule dendritiche è risultato più espresso rispetto al tessuto sano, facendo ipotizzare un’attività immunosoppressiva funzionale alla tolleranza delle cellule T e alla progressiva espansione neoplastica. Inoltre, nelle CRC-EVs si è riscontrata una minore espressione del marker epiteliale CD44, ipotizzando una possibile perdita del fenotipo epiteliale nelle cellule tumorali. Infine, si è osservata una riduzione dell’espressione di CD146 nel CRC-EVs, suggerendo un coinvolgimento di queste vescicole nell’alterazione della via di segnalazione Wnt/beta-catenin, agendo quindi come induttore della progressione del CRC. Per confermare l’efficacia di questi marker nel distinguere la condizione tumorale da quella sana, abbiamo applicato una curva ROC e un modello di regressione logistica, ottenendo risultati positivi. In conclusione, il nostro studio ha confermato che le EVs derivate dal tessuto tumorale rispecchiano l’eterogeneità del TME, suggerendo che le proteine di superficie analizzate potrebbero essere utilizzate come potenziali biomarcatori per la diagnosi e la progressione del CRC. Questo rappresenta una promettente area di indagine per ulteriori studi e lo sviluppo di nuove strategie diagnostiche e terapeutiche.
Expression profile of extracellular vesicles isolated from colorectal cancer
ARENA, MICHELA
2021/2022
Abstract
Il cancro al colon retto (CRC) rappresenta la terza neoplasia più diagnosticata al mondo e la seconda causa di morte per cancro. Sebbene l’impiego di trattamenti chirurgici, chemioterapici e terapie immunologiche siano in grado di aumentare la sopravvivenza dei pazienti affetti da CRC, le recidive e le metastasi rappresentano le principali cause di morte. L’identificazione precoce della neoplasia, insieme alla comprensione dei meccanismi molecolari all’interno dell’ambiente tumorale, è diventata sempre più importante per poter intervenire in modo efficace e mirato contro il CRC. Recenti studi suggeriscono che le vescicole extracellulari (EVs) contribuiscano a modificare il microambiente tumorale (TME) tramite la comunicazione intercellulare. Riflettendo il fenotipo delle cellule parentali, le EVs possono altresì fornire importanti informazioni riguardo la progressione o le alterazioni delle cellule all’interno del TME. L’obbiettivo del presente studio mira a comprendere più a fondo i meccanismi molecolari alla base della progressione del CRC, con particolare attenzione all’interazione tra le EVs e il TME. Isolando e caratterizzando le EVs da biopsie di cancro al colon retto umano (CRC-EVs) e dalla corrispettiva mucosa del colon sana (HC-EVs) di 35 pazienti, si è cercato di identificare possibili biomarcatori prognostici di stadiazione e progressione del tumore, valutando l’espressione di proteine di superficie delle EVs mediante analisi citofluorimetriche utilizzando il MACSPlex Exosome kit. I nostri risultati hanno evidenziato delle differenze significative nei marker espressi dalle EVs isolate dal tessuto tumorale rispetto al sano. In particolare, nelle CRC-EVs i marker piastrinici (CD42a e CD62p) risultano essere upregolati mentre i marker delle cellule Natural Killer (CD56) si dimostrano downregolati, suggerendo un possibile coinvolgimento di questi marcatori nei meccanismi di evasione immunitaria adottati dalle cellule neoplastiche. Sempre nelle CRC-EVs, il marker CD11c, caratteristico delle cellule dendritiche è risultato più espresso rispetto al tessuto sano, facendo ipotizzare un’attività immunosoppressiva funzionale alla tolleranza delle cellule T e alla progressiva espansione neoplastica. Inoltre, nelle CRC-EVs si è riscontrata una minore espressione del marker epiteliale CD44, ipotizzando una possibile perdita del fenotipo epiteliale nelle cellule tumorali. Infine, si è osservata una riduzione dell’espressione di CD146 nel CRC-EVs, suggerendo un coinvolgimento di queste vescicole nell’alterazione della via di segnalazione Wnt/beta-catenin, agendo quindi come induttore della progressione del CRC. Per confermare l’efficacia di questi marker nel distinguere la condizione tumorale da quella sana, abbiamo applicato una curva ROC e un modello di regressione logistica, ottenendo risultati positivi. In conclusione, il nostro studio ha confermato che le EVs derivate dal tessuto tumorale rispecchiano l’eterogeneità del TME, suggerendo che le proteine di superficie analizzate potrebbero essere utilizzate come potenziali biomarcatori per la diagnosi e la progressione del CRC. Questo rappresenta una promettente area di indagine per ulteriori studi e lo sviluppo di nuove strategie diagnostiche e terapeutiche.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14240/5984