Role of endocan in tumor growth and the effect of anti-endocan antibodies on tumor development
ROLE D'ENDOCAN DANS LA CROISSANCE TUMORALE ET EFFETS DES ANTICORPS ANTI-ENDOCAN SUR LE DEVELOPPEMENT TUMORAL
Résumé
Lung cancer is the leading cause of cancer mortality especially in developed countries. Despite multimodal therapy, prognosis is still dismal with an overall 5 year survival of 15%. Thus, efforts toward finding new potential therapeutic targets are important research directions.
Tumoral development implies interaction between the tumor cell and its environment which contributes actively to tumor development. Tumor environment (or tumor stroma) comprises the extracellular matrix, stromal cells, tumor endothelium and immune cells.
Endocan is a molecule present in this tumoral environment. Recently, it has been shown that endocan, a lung- and kidney-selective endothelial cell specific dermatan sulfate proteoglycan, binds through its glycan moiety to HGF/SF. In vitro, binding to endocan amplifies the growth factor mitogenic effect on cells of epithelial origin. Endocan also interacts by his protein with the LFA-1 integrin and modulate LFA-1/ICAM-1 interactions. Endocan is thus putatively involved in regulation of leucocytes transmigration from blood to tissues by blocking LFA-1/ICAM-1 interactions. This process is an essential step in firm adhesion of leukocytes to the endothelium and an important cofactor involved in cytotoxic leukocyte function. It has also been shown that endocan is expressed during an in vitro model of angiogenesis. Endocan is also overexpressed in various tumors as lung, breast, colon or kidney cancers.
We show that, in vivo, endocan overexpression by non-tumorigenic epithelial cells induces tumor formation, while overexpression by tumorigenic cells sharply increases the growth rate of resulting tumors. However endocan alone does not influence proliferation of tumor or endothelial cells. Thus endocan tumor-promoting capabilities result from amplification of growth factor effects on tumor cells.
While the tumorigenic effect requires the presence of the glycan chain, it also depends on the protein structure, as specific protein mutation results in loss of the tumor growth promotion effect. We show that the human endocan gene is transcribed into two alternatively-spliced variants which either retain (i.e. endocan) or exclude (i.e. endocan2) exon 2. This alternative spliced variant endocan2 does not participate at the endocan growth promotion effect.
We also showed that; in a model of subcutaneous tumors in SCID mice; anti-endocan antibodies slow tumor growth and this effect is associated with intra-tumoral accumulation of leukocytes.
In vitro, we show that VEGF represents a powerful inducer of endocan secretion by endothelial cells and that anti-VEGF antibodies abrogates VEGF induced endocan secretion.
We also shown that, in non small cell lung cancer, endocan is overexpressed and this concerns mainly the tumorigenic, exon 2 containing endocan isoform. Endocan expression is correlated with VEGF expression. Moreover, serum endocan values are correlated with patient survival, with a shorter survival in patients with high circulating levels of endocan. Interestingly serum endocan levels were correlated with presence of metastasis and nodal involvement but not with the primary tumor size.
We also investigated endocan levels in sepsis patients, were endothelial stimulation is an important pathological phenomenon. Serum endocan levels were elevated in patients with sepsis and they were correlated with another endothelial activation marker namely the von Willebradt factor. In this series high endocan levels were associated with increased sepsis severity and higher mortality.
We also show that serum endocan levels are elevated in patients with adenocarcinoma metastatic to the pleura. Endocan had also a prognostic value in this setting. Interestingly endocan levels were low, and had no prognostic significance in patients with malignant pleural mesothelioma.
We also investigated two putative diagnostic/prognostic markers of malignant pleural mesothelioma namely Soluble Mesothelin Related Peptides (SMRP) and osteopontin. SMRP are derived from membrane bound mesothelin (a molecule normally expressed by mesothelial cells) by either proteolitic cleavage or secretion of a mutated form. We show that SMRP is a good diagnostic marker for malignant pleural mesothelioma and offers a better diagnostic accuracy than osteopontin. However, both markers are independent prognostic factors in malignant pleural mesothelioma.
In conclusion we show that endocan play an important role in tumoral development by amplifying growth factor effects on tumoral cells and by inhibiting immune cell recruitment into the tumor. Serum endocan levels reflect the tumoral angiogenic stimulation and represent a prognostic factor in non small cell lung cancers. Endocan is also expressed by the endothelium in sepsis and has also a prognostic significance. We also evaluated two new markers in patients with malignant pleural mesothelioma and showed that both could have a diagnostic and prognostic utility.
Tumoral development implies interaction between the tumor cell and its environment which contributes actively to tumor development. Tumor environment (or tumor stroma) comprises the extracellular matrix, stromal cells, tumor endothelium and immune cells.
Endocan is a molecule present in this tumoral environment. Recently, it has been shown that endocan, a lung- and kidney-selective endothelial cell specific dermatan sulfate proteoglycan, binds through its glycan moiety to HGF/SF. In vitro, binding to endocan amplifies the growth factor mitogenic effect on cells of epithelial origin. Endocan also interacts by his protein with the LFA-1 integrin and modulate LFA-1/ICAM-1 interactions. Endocan is thus putatively involved in regulation of leucocytes transmigration from blood to tissues by blocking LFA-1/ICAM-1 interactions. This process is an essential step in firm adhesion of leukocytes to the endothelium and an important cofactor involved in cytotoxic leukocyte function. It has also been shown that endocan is expressed during an in vitro model of angiogenesis. Endocan is also overexpressed in various tumors as lung, breast, colon or kidney cancers.
We show that, in vivo, endocan overexpression by non-tumorigenic epithelial cells induces tumor formation, while overexpression by tumorigenic cells sharply increases the growth rate of resulting tumors. However endocan alone does not influence proliferation of tumor or endothelial cells. Thus endocan tumor-promoting capabilities result from amplification of growth factor effects on tumor cells.
While the tumorigenic effect requires the presence of the glycan chain, it also depends on the protein structure, as specific protein mutation results in loss of the tumor growth promotion effect. We show that the human endocan gene is transcribed into two alternatively-spliced variants which either retain (i.e. endocan) or exclude (i.e. endocan2) exon 2. This alternative spliced variant endocan2 does not participate at the endocan growth promotion effect.
We also showed that; in a model of subcutaneous tumors in SCID mice; anti-endocan antibodies slow tumor growth and this effect is associated with intra-tumoral accumulation of leukocytes.
In vitro, we show that VEGF represents a powerful inducer of endocan secretion by endothelial cells and that anti-VEGF antibodies abrogates VEGF induced endocan secretion.
We also shown that, in non small cell lung cancer, endocan is overexpressed and this concerns mainly the tumorigenic, exon 2 containing endocan isoform. Endocan expression is correlated with VEGF expression. Moreover, serum endocan values are correlated with patient survival, with a shorter survival in patients with high circulating levels of endocan. Interestingly serum endocan levels were correlated with presence of metastasis and nodal involvement but not with the primary tumor size.
We also investigated endocan levels in sepsis patients, were endothelial stimulation is an important pathological phenomenon. Serum endocan levels were elevated in patients with sepsis and they were correlated with another endothelial activation marker namely the von Willebradt factor. In this series high endocan levels were associated with increased sepsis severity and higher mortality.
We also show that serum endocan levels are elevated in patients with adenocarcinoma metastatic to the pleura. Endocan had also a prognostic value in this setting. Interestingly endocan levels were low, and had no prognostic significance in patients with malignant pleural mesothelioma.
We also investigated two putative diagnostic/prognostic markers of malignant pleural mesothelioma namely Soluble Mesothelin Related Peptides (SMRP) and osteopontin. SMRP are derived from membrane bound mesothelin (a molecule normally expressed by mesothelial cells) by either proteolitic cleavage or secretion of a mutated form. We show that SMRP is a good diagnostic marker for malignant pleural mesothelioma and offers a better diagnostic accuracy than osteopontin. However, both markers are independent prognostic factors in malignant pleural mesothelioma.
In conclusion we show that endocan play an important role in tumoral development by amplifying growth factor effects on tumoral cells and by inhibiting immune cell recruitment into the tumor. Serum endocan levels reflect the tumoral angiogenic stimulation and represent a prognostic factor in non small cell lung cancers. Endocan is also expressed by the endothelium in sepsis and has also a prognostic significance. We also evaluated two new markers in patients with malignant pleural mesothelioma and showed that both could have a diagnostic and prognostic utility.
Le développement tumoral implique non seulement la cellule cancéreuse mais aussi son environnement qui apporte les facteurs nutritifs nécessaires à la cellule tumorale, fourni le support sur lequel les cellules tumorales se développent mais aussi les facteurs de croissance dont la tumeur dépend.
Endocan, une molécule de cet environnement tumoral, est un protéoglycane secrété spécifiquement par la cellule endothéliale et dont l'expression, à l'état normal, est limitée principalement à l'endothélium pulmonaire et rénal. Endocan, par son glycane, interagit avec les facteurs de croissance et stimule la prolifération des cellules épithéliales. Endocan pourrait également intervenir dans la régulation de la migration leucocytaire trans-endothéliale en modulant l'interaction des intégrines (comme par ex le LFA-1) avec leur ligand. Endocan est surexprimé dans un nombre important de localisations tumorales comme le poumon, le sein, le colon et le rein. Dans le cancer du poumon et du sein, endocan fait partie d'un cluster de gènes de mauvais pronostic, sa surexpression étant liée à une mortalité plus précoce ou à des métastases plus fréquentes.
Nous avons montré qu'endocan a un effet de promotion de la croissance tumorale et que cette fonction est dépendante de l'interaction de son glycane avec les facteurs de croissance du microenvironnement tumoral.
Dans les modèles expérimentaux de cancer chez la souris SCID, nous avons démontré que le blocage d'endocan par l'intermédiaire d'anticorps monoclonaux freine la croissance tumorale, est que ce freinage est associé à un recrutement de leucocytes intra-tumoraux.
Dans les cancers broncho-pulmonaires humains nous avons démontré qu'endocan est surexprimé de manière importante et que cette expression est corrélée, avec celle du VEGF. Les taux circulants d'endocan sont également corrélés avec le pronostic des malades, avec une survie plus courte pour les patients ayant des taux élevés d'endocan. De manière intéressante les taux d'endocan étaient corrélés avec la présence de métastases à distance et au niveau ganglionnaire mais pas avec la taille tumorale. Endocan pourrait représenter un marqueur pronostique les cancers bronchopulmonaires et être le reflet de la stimulation angiogénique tumorale.
Nous nous sommes également intéressés à une autre pathologie néoplasique pulmonaire qu'est le mésothéliome pleural et les métastases pleurales des carcinomes. Nous avons pu montrer que les taux sériques d'endocan sont aussi liés au pronostic dans les adénocarcinomes métastasés à la plèvre mais pas dans le mésothéliome pleural. Nous avons pu montrer que les peptides solubles dérivés de la mesotheline (SMRP) sont un bon marqueur diagnostique du mésothéliome pleural épithélioïde. L'ostéopontine (une molécule pléiotrope impliquée, entre autres, dans l'adhésion et la survie cellulaire), et qui a été proposée comme marqueur pour le diagnostic précoce du mésothéliome pleural malin n'a que peu d'utilité dans le diagnostic des pleurésies chez les patients exposés à l'amiante. Par contre les deux marqueurs sont des facteurs indépendants de pronostic pour les mésothéliomes pleuraux.
Endocan, une molécule de cet environnement tumoral, est un protéoglycane secrété spécifiquement par la cellule endothéliale et dont l'expression, à l'état normal, est limitée principalement à l'endothélium pulmonaire et rénal. Endocan, par son glycane, interagit avec les facteurs de croissance et stimule la prolifération des cellules épithéliales. Endocan pourrait également intervenir dans la régulation de la migration leucocytaire trans-endothéliale en modulant l'interaction des intégrines (comme par ex le LFA-1) avec leur ligand. Endocan est surexprimé dans un nombre important de localisations tumorales comme le poumon, le sein, le colon et le rein. Dans le cancer du poumon et du sein, endocan fait partie d'un cluster de gènes de mauvais pronostic, sa surexpression étant liée à une mortalité plus précoce ou à des métastases plus fréquentes.
Nous avons montré qu'endocan a un effet de promotion de la croissance tumorale et que cette fonction est dépendante de l'interaction de son glycane avec les facteurs de croissance du microenvironnement tumoral.
Dans les modèles expérimentaux de cancer chez la souris SCID, nous avons démontré que le blocage d'endocan par l'intermédiaire d'anticorps monoclonaux freine la croissance tumorale, est que ce freinage est associé à un recrutement de leucocytes intra-tumoraux.
Dans les cancers broncho-pulmonaires humains nous avons démontré qu'endocan est surexprimé de manière importante et que cette expression est corrélée, avec celle du VEGF. Les taux circulants d'endocan sont également corrélés avec le pronostic des malades, avec une survie plus courte pour les patients ayant des taux élevés d'endocan. De manière intéressante les taux d'endocan étaient corrélés avec la présence de métastases à distance et au niveau ganglionnaire mais pas avec la taille tumorale. Endocan pourrait représenter un marqueur pronostique les cancers bronchopulmonaires et être le reflet de la stimulation angiogénique tumorale.
Nous nous sommes également intéressés à une autre pathologie néoplasique pulmonaire qu'est le mésothéliome pleural et les métastases pleurales des carcinomes. Nous avons pu montrer que les taux sériques d'endocan sont aussi liés au pronostic dans les adénocarcinomes métastasés à la plèvre mais pas dans le mésothéliome pleural. Nous avons pu montrer que les peptides solubles dérivés de la mesotheline (SMRP) sont un bon marqueur diagnostique du mésothéliome pleural épithélioïde. L'ostéopontine (une molécule pléiotrope impliquée, entre autres, dans l'adhésion et la survie cellulaire), et qui a été proposée comme marqueur pour le diagnostic précoce du mésothéliome pleural malin n'a que peu d'utilité dans le diagnostic des pleurésies chez les patients exposés à l'amiante. Par contre les deux marqueurs sont des facteurs indépendants de pronostic pour les mésothéliomes pleuraux.