Role of fibroblast growth factors and their receptors in prostate cancer

Prostate cancer (PCa) is the most common non-cutaneous malignant disease among males in the developed countries. Radical prostatectomy (RP) is an effective therapy for most PCa patients with localized or locally invaded tumors but in some cases the cancer recurs after RP. PCa is a heterogeneous disease, which is regulated by many factors, such as androgen receptor (AR), estrogen receptors and  (ER and ER), fibroblast growth factors (FGFs) and their receptors (FGFRs). In this study, the role of ERβ, FGF8, FGF13 and FGFRL1 was investigated in PCa. Previous studies have suggested that ER is protective against PCa whereas FGF8 has been shown to induce PCa in transgenic mice. FGF13 and FGFRL1 are poorly understood members of the FGF and FGFR families, respectively. Transgenic mouse models were used to investigate the ability of inactivated ERβ to facilitate FGF8-induced prostate tumorigenesis. Human PCa tissue microarrays (TMAs) were used to study the expression pattern of FGF13 and FGFRL1 in PCa and the results were correlated to corresponding patient data. The targets and biological functions of FGF13 and FGFRL1 were characterized using experimental in vivo and in vitro models. The results show that deficiency of ERβ, which had been expected to have tumor suppressing capacity, seemed to influence epithelial differentiation but did not affect FGF8-induced prostate tumorigenesis. Analysis of the TMAs showed increased expression of FGF13 in PCa. The level of cytoplasmic FGF13 was associated with the PCa biochemical recurrence (BCR), demonstrated by increasing serum PSA value, and was able to act as an independent prognostic biomarker for PCa patients after RP. Expression of FGFRL1, the most recently identified FGFR, was also elevated in PCa. Cytoplasmic and nuclear FGFRL1 was associated with high Gleason score and Ki67 level whereas the opposite was true for the cell membrane FGFRL1. Silencing of FGFRL1 in PC-3M cells led to a strongly decreased growth rate of these cells as xenografts in nude mice and the experiments with PCa cell lines showed that FGFRL1 is able to modulate the FGF2- and FGF8-induced signaling pathways. The next generation sequencing (NGS) experiments with FGFRL1-silenced PC-3M cells revealed candidates for FGFRL1 target genes. In summary, these studies provide new data on the FGF/FGFR signaling pathways in normal and malignant prostate and suggest a potential role for FGF13 and FGFRL1 as novel prognostic markers for PCa patients. Keywords: FGF8, FGF13, FGFRL1, ERβ, prostate cancer, prognostic marker

Fibroblastikasvutekijöitten ja niitten reseptorien osuus eturauhasen syövän kasvunsäätelyssä Prostatasyöpä on yleisin miesten pahanlaatuinen sairaus kehittyneissä maissa. Radikaali prostatektomia (RP) on tehokas hoitomuoto paikallisen tai paikallisesti levinneen syövän hoitoon mutta silti muutamilla potilailla syöpä uusiutuu RP:n jälkeen. Prostatasyöpä on heterogeeninen kasvain, jonka syntyä ja etenemistä säätelevät monet tekijät, kuten androgeenireseptori, estrogeenireseptorit  ja  (ER ja ER) ja fibroblastikasvutekijät (FGF) sekä niiden reseptorit (FGFR). Tässä väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin, miten ER ja FGF8, joiden tiedetään indusoivan prostatasyöpää siirtogeenisissä hiirissä ja huonosti tunnetut FGF/FGFR-reitin molekyylit FGF13 ja FGFRL1, osallistuvat prostatasyövän kasvun säätelyyn tutkimalla kliinisiä syöpänäytteitä sekä käyttämällä kokeellisia malleja. Työssä tutkittiin geenimuunneltujen hiirimallien avulla, pystyykö ERβ, jonka on esitetty toimivan tuumorisuppressorina, suojaamaan prostataa FGF8:n indusoimalta syövältä. FGF13:n ja FGFRL1:n ilmentymistä kliinisissä prostatasyöpänäytteissä tutkittiin monikudosleikkeitten avulla ja tuloksia verrattiin vastaaviin potilastietoihin. FGF13:n ja FGFRL1:n biologisia ominaisuuksia ja vaikutuskohteita selvitettiin kokeellisten in vivo ja in vitro -mallien avulla. Tulokset osoittavat, että ERβ näyttää säätelevän prostataepiteelin erilaistumista mutta sen inaktivoituminen poistogeenisessä, FGF8:aa ilmentävässä hiirimallissa ei lisännyt tai jouduttanut tuumoreitten muodostumista, kuten oli hypotetisoitu kirjallisuudessa esitetyn ER:n tuumorisuppressoriaktiivisuuden perusteella. Kliinisten monikudos-leikkeitten analysoiminen osoitti, että FGF13 on lisääntynyt prostatasyövässä. Erityisesti korkea sytoplasminen FGF13-taso liittyi prostatasyövän uusiutumisriskiin (biochemical recurrence, BCR), joka todettiin seerumin kohonnneen PSA-tason perusteella, ja se toimi RP:n jälkeen itsenäisenä syövän uusiutumista ennustavana prognostisena markkerina. FGFRL1 oli myös lisääntynyt prostatasyövässä, missä sytoplasminen ja tumaan sijoittunut FGFRL1 korreloivat korkeaan Gleason-luokkaan ja proliferaatioaktiivisuuteen (Ki67-antigeenin värjäytyminen), kun taas solukalvolle sijoittuvan FGFRL1:n määrän suhteen tilanne oli päinvastainen. FGFRL1:n inaktivoituminen PC-3M–prostatasyöpäsoluissa johti voimakkaasti estyneeseen tuumorikasvuun atyymisissä hiirissä. Prostatasyöpäsoluilla tehdyt in vitro -kokeet osoittivat, että FGFRL1 pystyy säätelemään FGF2- ja FGF8-välitteisiä signalointireittejä ja RNA-sekvensointikokeitten perusteella tunnistettujen kohdegeenien ilmentymistä. Yhteenvetona voi todeta tämän tutkimuksen tuottaneen uutta tietoa FGF/FGFR-reitin merkityksestä prostatasyövän kasvussa ja etenemisessä. On mahdollista, että FGF13:n ja FGFRL1:n määrittämistä voidaan tulevaisuudessa käyttää hyväksi arvioitaessa prostatasyöpäpotilaitten ennustetta ja vastetta radikaaliin prostatektomiaan.