Matrix metalloproteinases as biomarkers in premalignant and malignant tumors of the human skin

The incidence of non-melanoma skin cancer is increasing worldwide. Basal cell carcinoma followed by squamous cell carcinoma and malignant melanoma are the most frequent skin tumors. Immunosuppressed patients have an increased risk of neoplasia, of which non-melanoma skin cancer is the most common. Matrix metalloproteinases (MMPs) are proteolytic enzymes that collectively are capable of degrading virtually all components of the extracellular matrix. MMPs can also process substrates distinct from extracellular matrix proteins and influence cell proliferation, differentiation, angiogenesis, and apoptosis. MMP activity is regulated by their natural inhibitors, tissue inhibitors of metallopro-teinases (TIMPs). In this study, the expression patterns of MMPs, TIMPs, and certain cancer-related molecules were investigated in premalignant and malignant lesions of the human skin. As methods were used immunohistochemisty, in situ hybridization, and reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) from the cell cultures. Our aim was to evaluate the expression pattern of MMPs in extramammary Paget's disease in order to find markers for more advanced tumors, as well as to shed light on the origin of this rare neoplasm. Novel MMPs -21, -26, and -28 were studied in melanoma cell culture, in primary cutaneous melanomas, and their sentinel nodes. The MMP expression profile in keratoacanthomas and well-differentiated squamous cell carcinomas was analyzed to find markers to differentiate benign keratinocyte hyperproliferation from malignantly transformed cells. Squamous cell carcinomas of immunosuppressed organ transplant recipients were compared to squamous cell carcinomas of matched immunocompetent controls to investigate the factors explaining their more aggressive nature. We found that MMP-7 and -19 proteins are abundant in extramammary Paget's disease and that their presence may predict an underlying adenocarcinoma in these patients. In melanomas, MMP-21 was upregulated in early phases of melanoma progression, but disappeared from the more aggressive tumors with lymph node metastases. The presence of MMP-13 in primary melanomas and lymph node metastases may relate to more aggressive disease. In keratoacanthomas, the expression of MMP-7 and -9 is rare and therefore should raise a suspicion of well-differentiated squamous cell carcinomas. Furthermore, MMP-19 and p16 were observed in benign keratinocyte hyperproliferation of keratoacanthomas, whereas they were generally lost from malignant keratinocytes of SCCs. MMP-26 staining was significantly stronger in squamous cell carcinomas and Bowen s disease samples of organ transplant recipients and it may contribute to the more aggressive nature of squamous cell carcinomas in immunosuppressed patients. In addition, the staining for MMP-9 was significantly stronger in macrophages surrounding the tumors of the immunocompetent group and in neutrophils of those patients on cyclosporin medication. In conclusion, based on our studies, MMP-7 and -19 might serve as biomarkers for more aggressive extramammary Paget's disease and MMP-21 for malignant transformation of melanocytes. MMP -7, -9, and -26, however, could play an important role in the pathobiology of keratinocyte derived malignancies.

Ihosyöpien esiintyvyys kasvaa maailmanlaajuisesti. Basaliooma, okasolusyöpä ja melanooma ovat yleisimpiä ihosyöpiä. Erityisen paljon ihosyöpiä esiintyy immuunipuutteisilla elinsiirtopotilailla. Ne lähettävät myös helposti etäpesäkkeitä. Tällä hetkellä ihosyöville ei ole luotettavia kudos- tai veriseuloja kasvaimen kasvunopeuden tai etäpesäkkeiden lähettämistaipumuksen ennustamiseksi. Matriksin metalloproteinaasit (MMP) ovat 23 endopeptidaasin entsyymiperhe, jonka jäsenet kykenevät yhdessä hajottamaan kaikkia sidekudoksen komponentteja. Niillä on tärkeä rooli kaikissa syövän etenemisen vaiheissa. MMP:ien kohonneet pitoisuudet syöpäkudoksessa tai seerumissa voivat toimia ennusteellisina merkkeinä metastasoinnille tai uusiutumiselle. Niiden toiminta vaihtelee kudoksesta riippuen. MMP:ien toimintaa estävät niiden luonnolliset estäjät (TIMP:t). Väitöskirjatyöni tavoitteena oli tutkia, mitkä metalloproteinaasit ovat olennaisia eri ihosyöpätyyppien synnyssä, leviämisessä ja ennusteellisina tekijöinä. Erityisesti tavoitteena oli identifioida MMP:ien ja TIMP:n sijainti syöpätyypeissä ja niiden esiasteissa ja sitä kautta lisätä tietoa MMP:ien toiminnasta eri syöpäsoluissa ja tulehdussolukossa. Työssäni tutkittiin harvinaista rinnan ulkopuolista Pagetin tautia, melanoomaa ja sen vartijaimusolmukkeita, keratoakantoomaa, Bowenin tautia ja okasolusyöpää. Viimeisessä osatyössäni verrattiin ei-immuunipuutteisten potilaiden okasolusyöpiä immuunipuutteisten munuaissiirtopotilaiden okasolusyöpiin tavoitteena löytää tekijöitä, jotka selittäisivät immuunipuutteisten potilaiden ihosyöpien aggressiivisempaa luonnetta. Päätutkimusmenetelmänä käytössä oli immuno-histokemia. Tulokseni osoittavat, että MMP-7 ja -19 ilmentyivät moniin muihin MMP:n verrattuna rinnan ulkopuolisessa Pagetin taudissa runsaasti ja enemmän niissä tautimuodoissa, joissa oli taustalla adenokarsinooma. MMP-21:sta esiintyi runsaasti ei-levinneissä melanoomissa, mutta vähemmän levinneissä muodoissa häviten kokonaan mikrometastaaseista. Sen sijaan MMP-13 esiintyi runsaasti levinneissä melanoomissa ja niiden mikrometastaaseissa viitaten mahdollisesti aggressiivisempaan tautiin. Vaikka keratinosyyttien pahanlaatuiseksi muuttumiselle tyypillisiä metalloproteinaaseja (MMP-13 ja MMP-10) esiintyy runsaasti keratoakantoomissa, MMP-7 ja -9 esiintyminen niiden verinahkaa kohti työntyvässä vyöhykkeessä on harvinaista ja tulisi herättää epäilyn aggressiivisemmasta taudista. MMP-19 ja p16 ilmentyivät hyvänlaatuisissa keratinosyyteissä keratoakantoomissa, mutta vähenivät tai hävisivät okasolusyövistä. Immuunipuutteisten elinsiirtopotilaiden Bowenin taudissa ja okasolusyövissä esiintyi merkittävästi enemmän MMP-26:sta kuin verrokkipotilailla. Lisäksi verrokkipotilaiden okasolusyöpien verinahkan makrofageista löytyi selvästi enemmän MMP-9 kuin elinsiirtopotilailla. Näin ollen MMP-9 ja -26:lla saattaa olla merkittävä rooli immuunipuutteisten potilaiden ihosyöpien patobiologiassa.