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Abstract

With the help of a patient-derived clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) model system previously established in our laboratory, which recapitulates the heterogeneity of the originating tumor, we were able to study ccRCC on a functional level. In five rounds and in four biological replicates of an in vivo selection, we transplanted lung metastases of orthotopically transplanted tumor cells into the renal capsules of NOD scid gamma (NSG) mice. The tumor was enriched for cells with increased growth and higher metastatic potential compared to the initial heterogeneous population. Comparative gene expression analysis revealed candidate genes associated with enhanced malignant growth and metastasis. Least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) regression identified a gene signature that can robustly predict cancer specific patient survival. The prognostic power of our signature was additionally verified in independent patient cohorts suggesting that this approach leverages efficient stratification of patients into distinctive risk groups. Intra- and intertumor heterogeneity remains a clinical challenge as estimated survival rates could vary substantially when comparing different tumor regions. Tetraspanin-8 (TSPAN8) was identified as one of the hallmark genes in the generated ccRCC signature and is known to alter cellular signaling. Therefore, we hypothesized that TSPAN8 contributes to tumor aggressiveness and thus to growth and metastasis of ccRCC. In fact, in knockdown and overexpression xenografts experiments, we could confirm an essential role for tumor aggressiveness in vivo suggesting that TSPAN8 is an attractive target for treatment of clear cell renal cell carcinoma.

Translation of abstract (German)

Ein zuvor in unserem Labor etabliertes patientenbasiertes Modellsystem des klarzelligen Nierenzellkarzinoms (ccRCC), welches die Heterogenität des Ursprungtumors widerspiegelt, ermöglichte es uns, ccRCC auf funktioneller Ebene zu untersuchen. In vier biologischen Replikaten und in jeweils fünf in vivo Selektionsrunden wurden Lungenmetastasen orthotopisch transplantierter Tumorzellen in die Nierenkapseln von NOD scid gamma (NSG)-Mäusen retransplantiert. Dabei wurde der Tumor, verglichen mit der anfänglich heterogenen Population, für Zellen mit erhöhtem Wachstums- und Metastasierungspotenzial angereichert. Durch eine vergleichende Genexpressionsanalyse wurden Kandidatengene identifiziert, die mit bösartigen Tumorwachstum und Metastasierung assoziiert werden. Wir konnten mit Hilfe einer LASSO-Regression (Least Absolute Shrinkage and Selection Operators) eine Gensignatur erstellen, die das krebsspezifische Patientenüberleben zuverlässig vorhersagen kann. Die prognostische Aussagekraft unserer Signatur wurde zusätzlich in unabhängigen Patientenkohorten überprüft, was darauf hindeutet, dass ihr Einsatz eine effiziente Stratifizierung der Patienten in unterschiedliche Risikogruppen ermöglicht. Die Tumorheterogenität zwischen den Patienten und innerhalb des Tumors selbst bleibt jedoch eine klinische Herausforderung, da die geschätzten Überlebensraten beim Vergleich verschiedener Tumorregionen stark variieren können. Tetraspanin-8 (TSPAN8) ist eines der wichtigsten Gene in der ccRCC-Signatur und dafür bekannt, die zellulären Signalwege zu modulieren. Daher haben wir angenommen, dass TSPAN8 zur Tumoraggressivität und damit zum Wachstum und Metastasierung von ccRCC beiträgt. Tatsächlich konnten wir durch den Knockdown und die Überexpression des Gens im Xenograft Modell dessen wesentlichen Einfluss auf die Aggressivität des Tumors in vivo bestätigen. Dies deutet darauf hin, dass TSPAN8 ein attraktives Ziel für die Behandlung von klarzelligem Nierenkrebs ist.