Csf1r mediates enhancement of intestinal tumorigenesis caused by inactivation of Mir34a

Liu, Fangteng (2023): Csf1r mediates enhancement of intestinal tumorigenesis caused by inactivation of Mir34a. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Das p53-induzierbare Mir34a-Gen wird bei Darmkrebs (CRC) häufig epigenetisch stillgelegt. Kürzlich haben wir CSF1R als miR-34a-Ziel identifiziert und CSF1R als Effektor der miR-34a-vermittelten CRC-Unterdrückung in menschlichen Zellen charakterisiert. Die in vivo Rolle der CSF1R/miR-34a-Achse bei der intestinalen Tumorentstehung blieb jedoch unbekannt. In dieser Studie bestätigten wir, dass Csf1r-mRNA ein direktes, konserviertes Mir34a-Ziel in Mäusen ist. Um die in vivo Relevanz der Csf1r-Regulation durch Mir34a während der Bildung von Darmtumoren zu untersuchen, haben wir außerdem ApcMin/+-Mäuse mit Intestinal-Epithelial Zell-spezifischen Deletionen der Mir34a- und/oder Csf1r-Gene generiert. Wir fanden heraus, dass Mir34a-defiziente ApcMin/+-Mäuse eine erhöhte Anzahl und Größe von Darmadenomen und eine verkürzte Überlebenszeit aufwiesen, während Csf1r-defiziente ApcMin/+-Mäuse eine verringerte Tumorlast und ein verlängertes Überleben aufwiesen. Adenome mit Mir34a-Defizienz zeigten eine erhöhte Proliferation und verringerte Apoptose, eine verstärkte STAT3-Signalübertragung, eine stärkere Infiltration von Fibroblasten, Immunzellen und Bakterien sowie eine erhöhte Häufigkeit von Krebsstammzellen. Die Deletion von Csf1r hatte die gegenteiligen Wirkungen, und die kombinierte Deletion von Mir34a und Csf1r kehrte die Wirkungen der Mir34a-Deletion weitgehend um. Darüber hinaus wurden die Homöostase von Stamm- und sekretorischen Zellen, die Darmarchitektur und die Bildung von Tumoroiden durch die Deletion von Mir34a und Csf1r in entgegengesetzter Richtung beeinflusst. Die gleichzeitige Deletion von Csf1r und Mir34a neutralisierte die Wirkungen der einzelnen Deletionen. Darüber hinaus zeigte eine umfassende Analyse von mRNA-Expressionsprofilen in Adenomen und Tumoroiden, dass mRNAs mit Mir34a-Seed-Matching-Sites, die für Proteine im Zusammenhang mit EMT (Epithel-Mesenchymal-Übergang), Stemness und Wnt-Signalisierung kodieren, nach der Mir34a-Inaktivierung angereichert wurden. Netrin-1/Ntn1 und Transgelin/Tagln wurden als direkte Ziele der Mir34a- und Csf1r-Signalgebung in menschlichen und murinen Zellen charakterisiert. Mit der Mir34a-Inaktivierung in Zusammenhang stehende Expressionssignaturen waren mit den molekularen CRC-Subtypen CMS4/CRISB+D, CRCs im Stadium 4 und einem schlechten Überleben der Patienten assoziiert. Darüber hinaus vermittelte Csf1r die Resistenz gegen 5-FU, die durch den Verlust von Mir34a in Tumoroiden verursacht wurde. Diese Studie liefert genetische Beweise dafür, dass die Csf1r-Hochregulierung eine durch Mir34a-Verlust induzierte verstärkte intestinale Tumorentstehung vermittelt und weist auf eine Notwendigkeit der Mir34a-vermittelten Csf1r-Unterdrückung für die Homöostase intestinaler Stammzellen/sekretorischer Zellen und die Tumorunterdrückung hin. Zudem legen die Ergebnisse nahe, dass CSF1R ein wirksames therapeutisches Ziel bei p53/miR-34a-Pathway-defiziente CRCs.

Abstract

The p53-inducible Mir34a gene is frequently epigenetically silenced in colorectal cancer (CRC). Recently, we identified CSF1R as a miR-34a target and characterized CSF1R as an effector of miR-34a-mediated CRC suppression in human cells. However, the in vivo role of the CSF1R/miR-34a axis in intestinal tumorigenesis remained unknown. In this study, we confirmed that Csf1r mRNA is a direct, conserved Mir34a target in mice. To address the in vivo relevance of Csf1r regulation by Mir34a during intestinal tumor formation we further generated ApcMin/+ mice with intestinal-epithelial cell (IEC)-specific deletions of the Mir34a and/or Csf1r genes. We found that Mir34a-deficient ApcMin/+ mice displayed an increased number and size of intestinal adenomas, and reduced survival time, whereas Csf1r-deficient ApcMin/+ mice exhibited decreased tumor burden, and prolonged survival. Mir34a-deficient adenomas showed elevated proliferation and decreased apoptosis, enhanced STAT3 signaling, greater infiltrations of fibroblasts, immune cells, and bacteria, as well as increased abundance of cancer stem cells. Deletion of Csf1r had the opposite effects, and combined deletion of Mir34a and Csf1r largely reversed the effects of Mir34a deletion. In addition, stem and secretory cell homeostasis, intestinal architecture and tumoroid formation were affected in opposite directions by deletion of Mir34a and Csf1r. Concomitant deletion of Csf1r and Mir34a neutralized the effects of the single deletions. Furthermore, comprehensive analysis of mRNA expression profiles within adenomas and tumoroids showed that mRNAs containing Mir34a seed-matching sites, which encode proteins related to EMT (epithelial-mesenchymal transition), stemness and Wnt signaling, were enriched after Mir34a inactivation. Netrin-1/Ntn1 and Transgelin/Tagln were characterized as direct targets of Mir34a and Csf1r signaling in human and murine cells. Mir34a-inactivation related expression signatures were associated with CRC molecular subtypes CMS4/CRISB+D, stage 4 CRCs and poor patient survival. In addition, Csf1r mediated the resistance to 5-FU induced caused by loss of Mir34a in tumoroids. This study provides genetic evidence that Csf1r upregulation mediates enhanced intestinal tumorigenesis induced by Mir34a loss, indicates a requirement of Mir34a-mediated Csf1r suppression for intestinal stem/secretory cell homeostasis and tumor suppression, and suggests that CSF1R may be an effective therapeutic target in p53/miR-34a pathway-deficient CRCs.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 27. Juli 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Hermeking, Heiko