Osteosarcoma arising from osteochondroma of the tibia: case report and cytogenetic findings

Osteochondroma is a cartilage capped benign tumor developing mainly at the juxta-epiphyseal region of long bones. The rate of malignant transformation, mainly into chondrosarcoma, is estimated to be less than 1-3%. Transformation into osteosarcoma is very rare and has been reported only thirteen times. There is little information on treatment and outcome. We report the case of a secondary osteosarcoma arising in the left tibia of a 23-year-old male, 10 years after the initial diagnosis of osteochondroma and after two partial resections. Malignant transformation occurred at the stalk and not at the cartilage cap, as would normally be expected. Chromosome banding analysis revealed the karyotype: 46,XY, t(3;13)(q21;q34) [2]/46,XY [18]. Records from additional cases will help determine the parameters that define these rare secondary bone lesions.

Profilo genomico e di espressione dell'Osteosarcoma. Identificazione dei geni con alto grado di correlazione tra numero di copie ed espressione

To identify the regions of recurrent copy number abnormality in osteosarcoma and their effect on gene expression, we performed an integrated genome-wide high-resolution array CGH (aCGH) and gene expression profiling analysis on 40 human OS tissues and 12 OS cell lines. This analysis identified several recurrent chromosome regions that contain genes that show a gene dosage effect on gene expression. A further search, performed on those genes that were over-expressed and localized in the frequently amplified chromosomal regions, greatly reduced the number of candidate genes while their characterization using gene ontology (GO) analysis suggests the importance of the deregulation of the G1-to-S phase in the development of the disease. We also identified frequent deletions on 3q in the vicinity of LSAMP and performed a fine mapping analysis of the breakpoints. We precisely mapped the breakpoints in several instances and demonstrated that the majority do not involve the LSAMP gene itself, and that they appear to form by a process of non-homologous end joining. In addition, aCGH analysis revealed frequent gains of IGF1R that were highly correlated with its protein level. Blockade of IGF1R in OS cell lines with high copy number gain led to growth inhibition suggesting that IGF1R may be a viable drug target in OS, particularly in patients with copy number driven overexpression of this receptor.

Valutazione del ruolo dell'espressione di IRS-1 nel differenziamento osteoblastico di cellule di osteosarcoma ed MSCs

L’osteosarcoma (OS) è il tumore primitivo dell’osso più comune in età pediatrica e adolescenziale. L’OS è stato recentemente riconsiderato come una patologia da de-differenziamento, legata all’interruzione del processo cui vanno incontro i precursori osteoblastici, quali le cellule staminali mesenchimali (MSCs), per trasformarsi in osteoblasti maturi. Il sistema IGF è coinvolto nella regolazione della proliferazione e del differenziamento di cellule di OS. IRS-1 è un mediatore critico di tale via di segnalazione e il suo livello di espressione modula il differenziamento di cellule ematopoietiche. Lo scopo di questa tesi è stato quello di definire il ruolo di IRS-1 nel differenziamento osteoblastico di MSCs e cellule di OS. Il potenziale differenziativo di cellule di OS umano e murino e di MSCs derivate da midollo osseo è stato valutato tramite Alizarin Red staining e Real Time-PCR. Dai dati ottenuti è emerso come i livelli di espressione di IRS-1 diminuiscano durante il differenziamento osteoblastico. Conseguentemente, i livelli di espressione di IRS-1 sono stati manipolati utilizzando shRNA per down-regolare l’espressione della proteina o un plasmide per sovra-esprimerla. Sia la down-regolazione sia la sovra-espressione di IRS-1 hanno inibito il differenziamento osteoblastico delle linee cellulari considerate. Allo scopo di valutare il contributo di IRS-1 nella via di segnalazione di IGF-1R è stato utilizzato l’inibitore di tale recettore, αIR-3. Anche in questo caso è stata osservata una riduzione della capacità differenziativa. L’inibitore del proteasoma MG-132 ha portato ad un aumento dei livelli di IRS-1, portando nuovamente all’inibizione del differenziamento osteoblastico e suggerendo che l’ubiquitinazione di questa proteina potrebbe avere un ruolo importante nel mantenimento di appropriati livelli di espressione di IRS-1. I risultati ottenuti indicano la criticità dei livelli di espressione di IRS-1 nella determinazione della capacità differenziativa sia di cellule di OS umano e murino, sia delle MSCs.

Analisi preclinica di nuove strategie terapeutiche basate sull'inibizione di protein-chinasi nell'osteosarcoma.

Scopo: L’obiettivo del presente programma di studio è stato quello di identificare e validare nuovi possibili bersagli terapeutici per l’osteosarcoma (OS) partendo dall’analisi del chinoma umano. Risultati: L’analisi del profilo di espressione genica ottenuta su 21 campioni clinici di OS ad alto grado di malignità ha permesso di selezionare le seguenti chinasi di possibile rilevanza biologica per l’OS: AURK-A, AURK-B, CDK2, PIK3CA, PLK-1. Le chinasi selezionate sono state validate tramite RNA interference. Successivamente è stata valutata l’efficacia dei relativi inibitori specifici: VX-680 e ZM-447439 inibitori delle Aurora-chinasi, Roscovitina di CDK2 e NMS1 di PLK-1, già inclusi in studi clinici. In termini d’inibizione della crescita cellulare le linee sono risultate maggiomente sensibili ai farmaci VX-680 e NMS1. E’ stata osservata una minor sensibilità ai farmaci VX-680, ZM447439 e NMS1 nelle linee doxorubicina(DX)-resistenti (caratterizzate da elevati livelli di espressione di ABCB1), indicando questi farmaci come potenziali substrati di ABCB1. La Roscovitina, nonostante i valori di IC50 elevati, non sembrerebbe substrato di ABCB1. La validazione preclinica di VX-680 e ZM447439 è stata completata. La forte inibizione della crescita è causata da endoreduplicazione per mancata citodieresi con conseguente formazione di una popolazione iperploide e apoptosi. Inoltre, VX-680 inibisce la motilità e la capacità di formare colonie. Esperimenti di associazione farmacologica mostrano che VX-680 interagisce positivamente con tutti i chemioterapici convenzionali impiegati nel trattamento dell’OS. NMS-1 produce interazioni positive con la DX in linee cellulari DX-resistenti, probabilmente grazie all’effetto revertante esercitato su ABCB1. La Roscovitina produce interazioni positive con CDDP e DX nelle varianti resistenti, effetto probbilmente dovuto al ruolo di CDK2 nei meccanismi di riparo del DNA. Conclusioni: L’analisi in vitro dell’attività degli inibitori ha permesso di identificare VX-680 come nuovo farmaco di potenziale interesse clinico, soprattutto in virtù delle sue interazioni sinergiche con i chemioterapici di uso convenzionale nel trattamento dell’osteosarcoma.

Valutazione del coinvolgimento dell'oncogene c-myc e dei trasportatori abc nella farmacoresistenza dell'osteosarcoma ad alto grado

L’insorgenza di fenomeni coinvolti nello sviluppo della farmacoresistenza costituisce al momento la principale causa di mancata risposta al trattamento chemioterapico nell’osteosarcoma. Questo è in parte dovuto ad una sovraespressione di diversi trasportatori ABC nelle cellule tumorali che causano un aumento dell’efflusso extracellulare del chemioterapico e pertanto una ridotta risposta al trattamento farmacologico. L'oncogene C-MYC è coinvolto nella resistenza al metothrexate, alla doxorubicina e al cisplatino ed è un fattore prognostico avverso, se sovraespresso al momento della diagnosi, in pazienti affetti da osteosarcoma. C-MYC è in grado di regolare l'espressione di diversi trasportatori ABC, probabilmente coinvolti nella resistenza ai farmaci nell’osteosarcoma, e questo potrebbe spiegare l’impatto prognostico avverso dell’oncogene in questo tumore. L’espressione genica di C-MYC e di 16 trasportatori ABC, regolati da C-MYC e / o responsabili dell'efflusso di diversi chemioterapici, è stata valutata su due diverse casistiche cliniche e su un pannello di linee cellulari di osteosarcoma umano mediante real-time PCR. L'espressione della proteina è stata valutata per i 9 trasportatori ABC risultati più rilevanti.Infine l'efficacia in vitro di un inibitore, specifico per ABCB1 e ABCC1, è stata valutata su linee cellulari di osteosarcoma. ABCB1 e ABCC1 sono i trasportatori più espressi nelle linee cellulari di osteosarcoma. ABCB1 è sovraespresso al momento della diagnosi in circa il 40-45% dei pazienti affetti da osteosarcoma e si conferma essere un fattore prognostico avverso se sovraespresso al momento della diagnosi. Pertanto ABCB1 diventa il bersaglio di elezione per lo sviluppo di strategie terapeutiche alternative, nel trattamento dell’osteosarcoma, atte al superamento della farmacoresistenza. L’inibizione dell'attività di tale trasportatore causa un aumento della sensibilità al trattamento chemioterapico nelle linee cellulari di osteosarcoma farmacoresistenti, indicando questo approccio come una possibile strategia per superare il problema della mancata risposta al trattamento farmacologico nei pazienti con osteosarcoma che sovraesprimono ABCB1.

Identificazione dei meccanismi molecolari responsabili del ruolo oncosoppressivo della molecola CD99 nell'osteosarcoma

CD99, glicoproteina di membrana codificata dal gene MIC2, è coinvolta in numerosi processi cellulari, inclusi adesione, migrazione, apoptosi, differenziamento e regolazione del trafficking intracellulare di proteine, in condizioni fisiologiche e patologiche. Nell’osteosarcoma risulta scarsamente espressa ed ha ruolo oncosoppressivo. L’isoforma completa (CD99wt) e l’isoforma tronca (CD99sh), deleta di una porzione del dominio intracellulare, influenzano in modo opposto la malignità tumorale. In questo studio, comparando cellule di osteosarcoma caratterizzate da differenti capacità metastatiche e diversa espressione di CD99, abbiamo valutato la modulazione dei contatti cellula-cellula, la riorganizzazione del citoscheletro di actina e la modulazione delle vie di segnalazione a valle del CD99, al fine di identificare i meccanismi molecolari regolati da questa molecola e responsabili del comportamento migratorio e invasivo delle cellule di osteosarcoma. L'espressione forzata di CD99wt induce il reclutamento di N-caderina e β-catenina a livello delle giunzioni aderenti ed inibisce l'espressione di molecole cruciali nel processo di rimodellamento del citoscheletro di actina, come ACTR2, ARPC1A, Rho-associated, coiled–coil-containing protein kinase 2 (ROCK2), nonché di ezrina, membro della famiglia ezrin/radixin/moesin e chiaramente associata con la progressione tumorale e la metastatizzazione dell’OS. Gli studi funzionali identificano ROCK2 come mediatore fondamentale nella regolazione della migrazione e della diffusione metastatica dell’osteosarcoma. Mantenendo cSRC in una conformazione inattiva, CD99wt inibisce la segnalazione mediata da ROCK2 inducendo una diminuzione dell’ezrina a livello della membrana accompagnata dalla traslocazione in membrana di N-caderina e β-catenina, principali ponti molecolari per il citoscheletro di actina. La ri-espressione di CD99wt, generalmente presente negli osteoblasti, ma perso nelle cellule di osteosarcoma, attraverso l'inibizione dell'attività di cSrc e ROCK2, aumenta la forza di contatto e riattiva i segnali anti-migratori ostacolando l’azione pro-migratoria, altrimenti dominante, dell’ezrina nell’osteosarcoma. Abbiamo infine valutato la funzione di ROCK2 nel sarcoma di Ewing: nonostante il ruolo oncogenico esercitato da CD99, ROCK2 guida la migrazione cellulare anche in questa neoplasia.

Impact of family structure on long-term survivors of osteosarcoma

Long-term outcomes of osteosarcoma have dramatically improved with the use of modern combination therapies. Such aggressive treatments, however, entail chronic complications. In the present study, we assessed the functional, psychological, and familial status of long-term survivors of osteosarcoma treated at our institution.

Right ventricular rupture after lateral thoracotomy for removal of rib-associated telangiectatic osteosarcoma in a dog

OBJECTIVE: To describe a case of a focal right ventricular rupture following removal of a rib-associated telangiectatic osteosarcoma (TOS) in a dog. CASE SUMMARY: A 2-year-old spayed female mixed-breed dog, weighing 20 kg, was presented in compensated hypovolemic shock due to active bleeding into the thoracic cavity. The dog was stabilized with appropriate fluid administration. Subsequent computed tomographic examination revealed a large mineralized mass originating from the body of a rib and displacing the heart. Two days after surgical removal of this mass, focal right ventricular rupture occurred and the dog died. The mass was later identified as a TOS. NEW OR UNIQUE INFORMATION PROVIDED: Although hemothorax secondary to TOS has been described previously, this report describes for the first time, spontaneous focal right ventricular rupture as a rare complication of thoracotomy and rib resection for the removal of a rib-associated, intrathoracic TOS.

THE HISTONE DEACETYLASE INHIBITOR, MS-275, SENSITIZES METASTATIC OSTEOSARCOMA TO FASL-INDUCED CELL DEATH: A ROLE FOR C-FLIP

The purpose of this study was to determine the effects of the histone deacetylase inhibitor, MS-275, on the Fas signaling pathway and susceptibility of osteosarcoma (OS) to Fas ligand (FasL)-induced cell death. OS metastasizes almost exclusively to the lungs. We have shown that Fas expression in OS cells is inversely correlated with their metastatic potential. Fas+ cells are rapidly eliminated when they enter the lungs via interaction with FasL, which is constitutively expressed in the lungs. Fas- OS cells escape this FasL-induced apoptosis and survive in the lung microenvironment. Moreover, upregulation of Fas in established OS lung metastases results in tumor regression. Therefore, agents that upregulate Fas expression or activate the Fas signaling pathway may have therapeutic potential. Treatment of Fas- metastatic OS cell lines with 2 μM MS-275 sensitized cells to FasL-induced cell death in vitro. We found that MS-275 did not alter the expression of Fas on the cell surface; rather it resulted in increased levels of Fas within the membrane lipid rafts, as demonstrated by an increase in Fas expression in detergent insoluble lipid raft fractions. We further demonstrated that following MS-275 treatment, Fas colocalized with GM1+ lipid rafts and that there was a decrease in c-FLIP (cellular FLICE-inhibitory protein) mRNA and protein. Downregulation of c-FLIP correlated with caspase activation and apoptosis induction. Transfection of cells with shRNA to c-FLIP also resulted in the localization of Fas to lipid rafts. These studies indicate that MS-275 sensitizes OS cells to FasL by upregulating the expression of Fas in membrane lipid rafts, which correlated with the downregulation of c-FLIP. Treatment of nu/nu-mice with established OS lung metastases with oral MS-275 resulted in increased apoptosis, a significant inhibition of c-FLIP expression in tumors and tumor regression. Histopathological examination of mice showed no significant organ toxicity. Overall, these results suggest that the mechanism by which MS-275 sensitizes OS cells and lung metastases to FasL-induced cell death may be by a reduction in the expression of c-FLIP.

Mitotic mapping of a novel tumor suppressor locus on human chromosome 3q important in osteosarcoma tumorigenesis

Tumor-specific loss of constitutional heterozygosity by deletion, mitotic recombination or nondisjunction is a common mechanism for tumor suppressor allele inactivation. When loss of heterozygosity is the result of mitotic recombination, or a segmental deletion event, only a portion of the chromosome is lost. This information can be used to map the location of new tumor suppressor genes. In osteosarcoma, the highest frequencies of loss of heterozygosity have been reported for chromosomes 3q, 13q, 17p. On chromosomes 13q and 17p, allelic losses are associated with loss of function at the retinoblastoma susceptibility locus (RB1) and the p53 locus, respectively. Chromosome 3q is also of particular interest because the high percent of loss of heterozygosity (62%-75%) suggests the presence of another tumor suppressor important for osteosarcoma tumorigenesis. To localize this putative tumor suppressor gene, we used polymorphic markers on chromosome 3q to find the smallest common region of allele loss. This putative tumor suppressor was localized to a 700 kb region on chromosome 3q26.2 between the polymorphic loci D3S1282 and D3S1246. ^

Effects of Vasoactive Intestinal Peptide and Nerve Growth Factor on Rat Osteosarcoma Cells

Submitted in partial fulfillment of the requirements for a Certificate in Orthodontics, Dept. of Orthodontics, University of Connecticut Health Center, 1986

Osterix inhibits bone destruction in osteosarcoma through transcriptional repression of Interleukin-1alpha expression

Osteosarcoma, a malignant bone tumor, rapidly destroys the cortical bone. We demonstrated that mouse K7M2 osteosarcoma cells were deficient in osterix (osx), a zinc finger-containing transcription factor required for osteoblasts differentiation and bone formation. These cells formed lytic tumors when injected into the tibia. The destruction of bone is mediated by osteoclasts in osteosarcoma. The less expression of osterix with osteolytic phenotype was also observed in more tumor cell lines. Replacement of osterix in K7M2 cells suppressed lytic bone destruction, inhibited tumor growth in vitro and in vivo, and suppressed lung metastasis in vivo and the migration of K7M2 to lung conditioned medium in vitro. By contrast, inhibiting osterix by vector-based small interfering RNA (siRNA) in two cell lines (Dunn and DLM8) that expressed high levels of osterix converted osteoblastic phenotype to lytic. Recognizing and binding of Receptor Activator of NF-κB (RANK) on osteoclast precursors by its ligand RANKL is the key osteoclastogenic event. Increased RANKL results in more osteoclast activity. We investigated whether K7M2-mediated bone destruction was secondary to an effect on RANKL. The conditioned medium from K7M2 could upregulate RANKL in normal osteoblast MC3T3, which might lead to more osteoclast formation. By contrast, the conditioned medium from K7M2 cells transfected with osx-expressing plasmid did not upregulate RANKL. Furthermore, Interleukin-1alpha (IL-1α) was significantly suppressed following osx transfection. IL-1α increased RANKL expression in MC3T3 cells, suggesting that osx may control RANKL via a mechanism involving IL-1α. Using a luciferase reporter assay, we demonstrated that osx downregulated IL-1α through a transcription-mediated mechanism. Following suppression of osterix in Dunn and DLM8 cells led to enhanced IL-1α promoter activity and protein production. Site-directed mutagenesis and Chromatin immunoprecipitation (ChIP) indicated that osterix downregulated IL-1α through a Sp1-binding site on the IL-1α promoter. These data suggest that osterix is involved in the lytic phenotype of osteosarcoma and that this is mediated via transcriptional repression of IL-1α. ^

IL -12 inhibits the metastatic potential of osteosarcoma cells and induces tumor regression via a mechanism involving Fas /Fas ligand pathway

Despite multiple changes in the adjuvant chemotherapy regimens used to treat osteosarcoma (OS), the 2-year metastasis-free survival has remained at 65–70% for the past 10 years. Characterizing the molecular determinants that permit metastatic spread of tumor cells is a crucial element in developing new approaches for the treatment of osteosarcoma. Since OS metastasizes almost exclusively to the lung, an organ with constitutive Fas ligand (FasL) expression, we hypothesized that the expression of Fas (CD95, APO-1) by OS cells may play a role in the ability of these cells to form lung metastases. Fas expression was quantified in human SAOS-2 OS cells and selected variants (LM2, LM4, LM5, LM6, LM7). Using northern blot, FACS and RT-PCR analysis, low Fas expression was found to correlate with higher metastatic potential in these cell lines. The highly metastatic LM7 cell line was transfected with the full-length human Fas gene and injected into athymic nude mice. The median number of metastatic nodules per mouse fell from over 200 to 1.1 and the size of the nodules decreased from a range of 0.5–9.0 mm to less than 0.5 mm in the Fas-transfected cell line compared to the native LM7 cell line. Additionally, the subsequent incidence of lung metastases was lower in the Fas-expressing cell line. IL-12 was seen to upregulate Fas expression in the highly metastatic LM sublines in vitro. To visualize the effects of IL-12 in vivo, nude mice were injected with LM7 cells and treated biweekly for 4 weeks with Ad.mIL-12, saline control or Ad.βgal. Lung sections were analyzed via immunchistochemistry for Fas expression. A higher expression of Fas was found in tumors from mice receiving IL-12. To study the mechanism by which IL-12 upregulates Fas, LM7 cells were transfected with a luciferase reporter gene construct containing the full-length human fas promoter. Treatment with IL-12 increased luciferase activity. We therefore conclude that IL-12 influences the metastatic potential of OS cells by upregulating the fas promoter, resulting in increased cell surface Fas expression and susceptibility to Fas-induced cell death. ^