Transcription factor Nrf2 as a modulator of pancreatic tumor microenvironment

Gruczolakorak przewodowy trzustki (PDAC) jest agresywnym nowotworem wykazującym oporność na obecnie dostępne terapie. PDAC jest jednym z najbardziej śmiertelnych nowotworów z pięcioletnią przeżywalnością od momentu postawienia diagnozy poniżej 7%. Coraz więcej badań wskazuje, że skuteczna terapia przeciwko PDAC powinna celować nie tylko w komórki nowotworowe, ale również w specyficzne mikrośrodowisko PDAC, które może stanowić nawet 80% masy guza.Celem badań było sprawdzenie wpływu cytoprotekcyjnego czynnika transkrypcyjnego Nrf2 w komórkach mikrośrodowiska na wzrost guzów trzustki oraz na skuteczność terapii gemcytabiną. W badaniach wykorzystano ortotopowy mysi model PDAC, w którym komórki mysiego raka trzustki podawano w iniekcji dotrzustkowej syngenicznym myszom C57BL/6J typu dzikiego (WT; n = 19) oraz myszom pozbawionym aktywności transkrypcyjnej białka Nrf2 (tKO; n = 20). Pozwalało to na badanie wzrostu PDAC w jego naturalnej niszy i na zachowanie interakcji pomiędzy komórkami nowotworowymi a komórkami naturalnie występującymi w trzustce. Komórki linii Panc02 były transdukowane wektorami lentiwirusowymi niosącymi sekwencje kodujące lucyferazę oraz białko zielonej fluorescencji (GFP). Otrzymane komórki homogennej linii Panc02-Luc-GFP wstrzykiwano ortotopowo do trzustek myszy WT i tKO, a wzrost guza monitorowano przy pomocy systemu obrazowania IVIS, umożliwiającego nieinwazyjny pomiar luminescencji. W dniach 11, 15, 18 oraz 22 po wstrzyknięciu komórek, myszom podawano dootrzewnowo chemioterapeutyk gemcytabinę (50 mg/kg) lub placebo. Uzyskane dane wskazują, że mysi ortotopowy guz trzustki stanowi dogodny model do badań roli mikrośrodowiska PDAC oraz efektywności terapii przeciwnowotworowych. Analiza kinetyki wzrostu guzów, parametrów hematologicznych i przeżywalności zwierząt wykazała, że brak aktywnego transkrypcyjnie czynnika Nrf2 w mikrośrodowisku guza spowalnia rozwój nowotworu. Terapeutyczny efekt gemcytabiny zaznaczał się zarówno w grupie WT, jak i tKO, przy czym u zwierząt typu dzikiego był znacznie silniejszy. Różnice w krzywych wzrostu guza oraz przeżywalności zwierząt nie przekładały się na zmiany w poziomie ekspresji genów zaangażowanych w reakcję desmoplastyczną (Col1a1, Col3a1, Acta2), reakcję antyoksydacyjną (Hmox1, Nqo1) oraz stan zapalny (Il6, Vcam1). Przeprowadzone doświadczenie wskazuje na ważną rolę aktywności transkrypcyjnej białka Nrf2 w modulacji wzrostu gruczolakoraka przewodowego trzustki przez jego mikrośrodowisko i może sugerować możliwość ukierunkowania terapii przeciwnowotworowej na modulację szlaków zależnych od Nrf2.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a type of aggressive cancer characterized by a resistance to chemotherapy. PDAC remains one of the leading causes of cancer related-deaths, with a 5-year survival rate post diagnosis less than 7%. A growing body of evidence suggests that novel therapeutic modalities against PDAC should target not only cancerous cells, but also specific tumor microenvironment, which could account for even up to 80% of the tumor mass. The aim of the study was to determine the role of cytoprotective transcription factor Nrf2 in tumor microenvironment as a modulator of PDAC growth, as well as its response to chemotherapy. Experiments were performed using an orthotopic PDAC model in which Panc02-Luc-GFP cancer cells were injected into the pancreata of the syngeneic C57BL/6J mouse hosts, either wild type (WT; n=19) or Nfr2 transcriptional knockout (tKO; n=20) animals. This approach allowed to examine PDAC in its natural niche, where interaction between cancer cells and stromal cells were preserved. Panc02 cells were transduced with lentiviral vectors containing coding sequence for luciferase and green fluorescent protein (GFP). Panc02-Luc-GFP cells were then injected orthotopically into the pancreata of WT or Nrf2 tKO mice, and the tumor growth was monitored by noninvasive luminescence measurements (IVIS). On the day 11th, 15th, 18th and 22nd after injection of the cells, mice were treated with the chemotherapeutic drug gemcitabine (50 mg/kg) or placebo. Our results show that orthotopic mouse PDAC model is a good choice for research on the role of microenvironment in PDAC and the effectiveness of therapies. Analysis of tumor growth kinetics, hematological parameters and animal survival indicate that microenvironment of the Nrf2 tKO pancreata is significantly less permissive for tumor growth compared to the WT organ. The therapeutic effect of gemcitabine was visible in animals of both genotypes, but was much stronger in the wild type mice. Differences in tumor growth kinetics and animal survival rates were not followed by changes in expression of genes involved in desmoplastic reaction (Col1a1, Col3a1, Acta2), antioxidant response (Hmox1, Nqo1) or inflammation (Il6, Vcam1). To sum up, we demonstrated that transcriptional activity of Nrf2 in tumor microenvironment promotes the PDAC progression. This may suggest that Nrf2-dependent pathways could be potential targets in antitumor therapies.