Cancer-Glia interaction in perineural invasion in pancreatic cancer: identification of FGF-BP1 as a molecular target

Introduzione L'invasione perineurale (PNI) è definita come la presenza di cellule cancerose lungo i nervi. La PNI ha la sua più alta incidenza nell'adenocarcinoma duttale pancreatico (PDAC), dove è presente nell'80-100% dei pazienti ed è un fattore negativo associato ad un aumento della recidiva del cancro e ad una ridotta sopravvivenza. Durante la PNI, i nervi e il cancro formano un microambiente unico che promuove sia la crescita del cancro che il rimodellamento neurale. Diverse molecole sono state descritte per promuovere la PNI, come le neurotrofine e le chemochine. Le cellule di Schwann (SC), le principali cellule gliali del sistema nervoso periferico, si infiltrano nel PDAC nelle prime fasi della malattia e forniscono una guida alle cellule tumorali lungo i nervi, oltre a promuovere la neurogenesi intorno al tumore. Nonostante il chiaro contributo delle SC alla PNI, le interazioni tra nervi mielinizzati, SC e PDAC sono state poco studiate. Obiettivi Studiare le interazioni reciproche tra PDAC e cellule nervose e sviluppare un nuovo punteggio per stratificare e analizzare meglio la gravità della PNI nei pazienti. Materiali e metodi: Abbiamo analizzato come interagiscono i nervi mielinizzati e le cellule cancerose e identificato le molecole che governano questa interazione. Abbiamo utilizzato coculture neuronali-SC e cellule tumorali 2D per ricreare la PNI in vitro. Inoltre, per valutare più fisiologicamente queste interazioni, abbiamo sviluppato organoidi pancreatici. Risultati: I nostri risultati hanno mostrato che le cellule neoplastiche possono indurre profonde alterazioni nelle cocolture mielinizzate, sia per contatto diretto che paracrino. Mediante analisi del secretoma, abbiamo selezionato potenziali candidati in grado di indurre la degenerazione della mielina e ci siamo concentrati su FGF-BP1, una molecola coinvolta sia nella progressione del cancro che nella degenerazione dei nervi. Mediante trattamento con FGF-BP1 ricombinante e inibizione del suo segnale, abbiamo proposto che FGF-BP1 possa mediare la degenerazione della mielina indotta dalle cellule tumorali. Inoltre, abbiamo dimostrato che la degenerazione della mielina promuove la crescita, la proliferazione, la migrazione e l'invasione delle cellule tumorali. Per riprodurre questi risultati in un modo più fisiologico, abbiamo sviluppato organoidi e sferoidi pancreatici e coculture di organoidi-nervi. Abbiamo anche stabilito un modello in vivo di PNI trapiantando ortotopicamente sferoidi di tumore che stiamo attualmente convalidando. Infine, abbiamo applicato il nuovo punteggio di PNI ad una popolazione di 507 pazienti sottoposti a resezione chirurgica per PDAC presso l'Ospedale San Raffaele. Conclusioni: abbiamo analizzato rigorosamente le interazioni tra PDAC e nervo e identificato un candidato che potrebbe diventare un nuovo obiettivo terapeutico per i pazienti con PDAC. Inoltre, abbiamo dettagliato il ruolo della PNI specificamente nel PDAC, sollecitando una maggiore attenzione per la PNI in ambito clinico.

Introduction Perineural invasion (PNI) is defined as the presence of cancer cells along nerves. PNI has its highest incidence in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), where it is present in 80-100% of patients and is a negative factor associated with increased cancer recurrence and diminished survival. During PNI, nerves and cancer form a unique microenvironment that promotes both cancer growth and neural remodeling. Several molecules have been described to promote PNI, like neurotrophins and chemokines. Schwann Cells (SCs), the main glial cells of the peripheral nervous system, infiltrate PDAC at the early stages of disease and provide a guide to cancer cells along nerves as well as promoting neurogenesis around tumor. Despite the clear contribution of SCs to PNI, the interactions between myelinated nerves, SCs and PDAC have been poorly investigated. Objectives Study the reciprocal interactions between PDAC and nervous cells and develop a new score to better stratify and analyze the severity of PNI in patients. Materials and methods: We analyzed how myelinated nerves and cancer cells interact and identified the molecules governing this interaction. We used SCs-neuronal cocultures and 2D cancer cells to recreate in vitro PNI. In addition, to evaluate more physiologically these interactions, we developed pancreatic organoids. Results: Our results showed that neoplastic cells can induce profound alterations in myelinated cocultures, both by direct and paracrine contact. By secretome analyses, we selected potential candidates able to induce myelin degeneration and focused on FGF-BP1, a molecule involved both in cancer progression and nerve degeneration. By treating with recombinant FGF-BP1 and inhibiting its signaling, we suggested that FGF-BP1 mediates myelin degeneration induced by cancer cells. Moreover, we showed that myelin degeneration promotes cancer cells growth, proliferation, migration and invasion. To reproduce these results in a more physiological setting, we developed pancreatic organoids, spheroids and organoids-nerve cocultures. We also established an in vivo model of PNI by orthotopically transplanting cancer spheroids that we are currently validating. Finally, we applied the newly developed PNI score to a population of 507 patients who underwent surgical resection for PDAC at San Raffaele Hospital. Conclusions: We have rigorously analyzed the interactions between PDAC and nerve and identified a candidate that could become a new therapeutic target for PDAC patients. In addition, we have detailed the role of PNI specifically in PDAC, prompting a greater attention for PNI in clinical settings.