University of Oulu

Regulatory mechanisms mediating matrix metalloproteinase-8 effects in oral tissue repair and tongue cancer

Saved in:
Author: Åström, Pirjo
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Dentistry, Department of Diagnostics and Oral Medicine
Medical Research Center Oulu
Finnish Doctoral Program in Oral Sciences
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526206103
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2014
Publish Date: 2014-11-04
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium F101 of the Department of Physiology (Aapistie 7), on 14 November 2014, at 12 noon
Tutor: Professor Tuula Salo
Reviewer: Professor Veli-Matti Kähäri
Docent Marko Hyytiäinen
Opponent: Docent Kaisa Lehti
Description:

Abstract

Tissue repair and cancer progression involve similar mechanisms, including degradation of extracellular matrix in which matrix metalloproteinases (MMPs) play essential roles. The action of MMPs is important in normal physiological processes but MMPs also contribute to various pathological conditions.

MMP-8 belongs to a family of collagenases with a diverse set of substrates. MMP-8 action is involved in skin wound healing and in various human cancers. The function of MMP-8 in cancer appears to be highly complex and varies depending on the cancer type and location. Little is known about the involvement of MMP-8 in oral physiology and pathology. The aim of this study was to clarify the role of MMP-8 in oral tissue repair and oral tongue squamous cell carcinoma (OTSCC).

Studies with MMP-8 deficient mice revealed that the function of MMP-8 in tissue repair is highly dependent on the spatial aspects. In alveolar bone, MMP-8 increased inflammation and affected collagen metabolism. In tongue wounds, MMP-8 impaired early healing and reduced transforming growth factor (TGF) -β1 levels. This study also revealed the protective role of MMP-8 in OTSCC patients, in agreement with previous studies indicating positive features of MMP-8 in cancer. Low MMP-8 level and high vascular endothelial growth factor (VEGF) -C levels in tumors correlated with worse prognosis in these patients.

In mouse tongue fibroblast cell cultures, MMP-8 reduced TGF-β1 signaling molecule phosphorylated Smad2 levels and impaired the collagen contraction ability. TGF-β1, apoptosis factor Fas-ligand (Fas-L) and estrogen receptors (ERs) were identified as novel MMP-8 substrates. In OTSCC cell cultures, MMP-8 impaired cell migration and invasion. Diminished TGF-β1 levels were involved in the defective migration of MMP-8 overexpressing cells. Moreover, MMP-8 affected the expression of MMP-9, MMP-1, cathepsin-K, VEGF-C and TGF-β1. In mouse models of OTSCC, MMP-8 protected against tumor development but was not able to prevent metastasis formation.

The main findings of this study were that 1) MMP-8 action in tissue repair depends on the site of the injury and 2) in OTSCC, MMP-8 has tumor suppressive effects, but in mouse, MMP-8 does not inhibit metastasis formation. In addition, 3) four novel MMP-8 substrates (TGF-β1, Fas-L, ER-α and -β) were identified that may explain the spatial and diverse roles of MMP-8.


Tiivistelmä

Kudosvaurioiden paranemiseen ja syövän etenemiseen liittyy useita samankaltaisia mekanismeja. Molemmissa toimivat soluvälitilan muokkaamiseen osallistuvat proteaasit, joista matriksin metalloproteinaaseilla (MMP) on tärkeä merkitys; ne osallistuvat lukuisiin elimistön keskeisiin fysiopatologisiin prosesseihin.

Kollagenaasi MMP-8 muokkaa monentyyppisiä molekyylejä. Se on mukana ihohaavan paranemisessa ja useissa syövissä. MMP-8:n toiminta syöpätiloissa on hyvin moninainen riippuen syöpätyypistä ja sijainnista. Väitöstutkimuksessa selvitettiin MMP-8:n merkitystä suun kova- ja pehmytkudosvaurioprosesseissa sekä kielisyövässä, joissa se on ollut tuntematon.

MMP-8 poistogeenisillä hiirillä tehdyissä pehmyt- ja kovakudoshaavoissa MMP-8:n vaikutusmekanismit riippuivat kohdekudoksesta. Alveoliluun paranemisen yhteydessä MMP-8 lisäsi tulehdusta ja osallistui kollageenin muokkaamiseen. Akuutin kielihaavan paranemisessa MMP-8 hidasti haavan umpeutumista ja vähensi transformoivan kasvutekijä-β1:n (TGF-β1) määrää. Kuten useissa muissakin syövissä, myös kielisyövässä todettiin MMP-8:lla olevan suojaava vaikutus. Potilaan ennuste huononi, jos kasvainsolukon matala MMP-8-taso yhdistyi korkeaan verisuonten kasvutekijä-C:n (VEGF-C) määrään.

Hiiren kielen normaaleissa fibroblastiviljelmissä MMP-8 vähensi TGF-β1:n solunsisäistä signalointia välittävän fosforyloidun Smad2:n määrää sekä solujen kykyä supistaa kollageenikiekkoja. Koeputkessa MMP-8 pilkkoi TGF-β1:tä, estrogeenireseptoreja (ER) ja apoptoositekijä Fas-ligandia (Fas-L). Ihmisen kielikarsinoomasoluviljelmissä korkea MMP-8:n määrä vähensi solujen migraatiota ja invaasiota sekä muutti MMP-1:n, MMP-9:n, katepsiini-K:n, TGF-β1:n ja VEGF-C:n ilmentymistä. Migraation heikentyminen MMP-8:aa tuottavissa soluissa johtui osin vähentyneestä TGF-β1:n määrästä. Hiiren kokeellisissa kielisyövissä MMP-8 hidasti syövän muodostumista mutta ei estänyt etäpesäkkeiden muodostusta.

Tässä väitöskirjatutkimuksessa on kolme päälöydöstä: 1) MMP-8:n vaikutus kudoksen paranemisprosessiin riippuu vauriokohdasta, 2) MMP-8 on kielisyövän kehittymisessä puolustuksellinen molekyyli, mutta sen lisääntynyt tuotto ei hiirikokeissa estänyt etäpesäkkeiden muodostusta, 3) MMP-8:lle löydettiin neljä uutta kohdemolekyyliä (TGF-β1, Fas-L, ER-α ja -β), joiden muokkaus saattaa osin selittää MMP-8:n monipuoliset kudos- ja prosessispesifit vaikutukset.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-0610-3
ISBN Print: 978-952-62-0609-7
Issue: 1263
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.