軸索誘導分子はマウスの同所性膵臓腫瘍の神経周囲浸潤と転移を促進する

Axon Guidance Molecules Promote Perineural Invasion and Metastasis of Orthotopic Pancreatic Tumors in Mice.

• Noelle R Jurcak
• Agnieszka A Rucki
• Stephen Muth
• Elizabeth Thompson
• Rajni Sharma
• Ding Ding
• Qingfeng Zhu
• James R Eshleman
• Robert A Anders
• Elizabeth M Jaffee
• Kenji Fujiwara
• Lei Zheng

抄録

膵管腺癌（PDA）や他の腫瘍による尿道周囲浸潤（PNI）のメカニズムについては、ほとんど知られていない。アネキシンA2（ANXA2）は、軸索誘導分子であるSEMA3Dの分泌を制御しており、このSEMA3Dは受容体PLXND1と結合して活性化し、PDAの浸潤・転移を促進する。マウスを用いて、軸索誘導分子がPDA細胞によるPNIや転移を促進するかどうかを検討した。

BACKGROUND & AIMS: Little is known about mechanisms of perineural invasion (PNI) by pancreatic ductal adenocarcinomas (PDAs) or other tumors. Annexin A2 (ANXA2) regulates secretion of SEMA3D, an axon guidance molecule, which binds and activates the receptor PLXND1 to promote PDA invasion and metastasis. We investigated whether axon guidance molecules promote PNI and metastasis by PDA cells in mice.

方法:

後根神経節（ＤＲＧ）浸潤系、野生型Ｃ５７ＢＬ／６マウス（コントロール）、末梢感覚ニューロン特異的にＰｌｘｎＤ１を破壊したマウス（ＰＬＡＣマウス）、ＬＳＬ-ＫＲＡＳ；ＬＳＬ-ＴＰ５３；ＰＤＸ-１-ＣＲＥ（ＫＰＣ）マウス、およびＡＮＸＡ２ノックアウトマウス（ＫＰＣＡマウス）と交配したＫＰＣマウスを用いて研究を行った。PDA細胞をKPCマウスから単離し、DRG細胞をコントロールマウスから単離した。ＳＥＭＡ３ＤまたはＡＮＸＡ２のレベルを、小型ヘアピンおよび干渉ＲＮＡでＰＤＡ細胞中でノックダウンし、細胞を、ＤＲＧおよびＰＬＸＮＤ１に対する抗体の有無にかかわらず、遊走アッセイにおけるイムノブロットで分析した。ＰＤＡ細胞をコントロールおよびＰＬＡＣマウスの膵臓に注入し、腫瘍の成長を評価し、腫瘍サンプルを組織学で分析した。DRG細胞をSEMA3Dでインキュベートし、ライブイメージングで分析した。我々は、PNI患者のPDA検体中のSEMA3DとPLXND1のレベルを測定し、腫瘍細胞と神経の間の距離を計算した。

METHODS: We performed studies in a dorsal root ganglion (DRG) invasion system, wild-type C57BL/6 mice (controls), mice with peripheral sensory neuron-specific disruption of PlxnD1 (PLAC mice), LSL-KRAS;LSL-TP53;PDX-1-CRE (KPC) mice, and KPC mice crossed with ANXA2-knockout mice (KPCA mice). PDA cells were isolated from KPC mice and DRG cells were isolated from control mice. Levels of SEMA3D or ANXA2 were knocked down in PDA cells with small hairpin and interfering RNAs and cells were analyzed by immunoblots in migration assays, with DRGs and with or without antibodies against PLXND1. PDA cells were injected into the pancreas of control and PLAC mice, growth of tumors was assessed, and tumor samples were analyzed by histology. DRG cells were incubated with SEMA3D and analyzed by live imaging. We measured levels of SEMA3D and PLXND1 in PDA specimens from patients with PNI and calculated distances between tumor cells and nerves.

結果:

DRG細胞は、浸潤アッセイにおいてPDC細胞の遊走を増加させる；PDA細胞におけるSEMA3DのノックダウンまたはDRG細胞におけるPLXND1の抗体遮断は、この浸潤活性を減少させた。マウスでは、SEMA3DをノックダウンしたPDA細胞から成長した同所性腫瘍、およびPLACマウスでは、PDA細胞から成長した同所性腫瘍は、対照マウスのPDA細胞から成長した同所性腫瘍に比べて、神経支配が低下し、転移が少なかった。PNIに関連するヒトPDA標本におけるSEMA3DおよびPLXND1のレベルの増加。

RESULTS: DRG cells increase the migration of PDC cells in invasion assays; knockdown of SEMA3D in PDA cells or antibody blockade of PLXND1 on DRG cells reduced this invasive activity. In mice, orthotopic tumors grown from PDA cells with knockdown of SEMA3D, and in PLAC mice, orthotopic tumors grown from PDA cells, had reduced innervation and formed fewer metastases than orthotopic tumors grown from PDA cells in control mice. Increased levels of SEMA3D and PLXND1 in human PDA specimens associated with PNI.

結論:

DRG細胞は、膵臓細胞によるSEMA3Dの分泌とDRG上のPLXND1の活性化を介して、膵臓癌細胞の遊走性と浸潤性を増加させる。SEMA3Dのノックダウンと神経PLXND1の欠損は、マウスの同所性PDAの神経支配と転移を減少させる。PNIに関連するヒトPDA標本におけるSEMA3DとPLXND1のレベルの増加。PDAの進行を遅らせるために、SEMA3DとPLXND1を介した軸索誘導経路を破壊する戦略が開発される可能性がある。

CONCLUSIONS: DRG cells increase the migratory and invasive activities of pancreatic cancer cells, via secretion of SEMA3D by pancreatic cells and activation of PLXND1 on DRGs. Knockdown of SEMA3D and loss of neural PLXND1 reduces innervation of orthotopic PDAs and metastasis in mice. Increased levels of SEMA3D and PLXND1 in human PDA specimens associated with PNI. Strategies to disrupt the axon guidance pathway mediated by SEMA3D and PLXND1 might be developed to slow progression of PDA.

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