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Uncovering Tumor-Stroma Inter-relationships Using MALDI Mass Spectrometry Imaging.
Journal of Proteome Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-09-01 , DOI: 10.1021/acs.jproteome.0c00511 Sarah T Boyle 1 , Parul Mittal 2 , Gurjeet Kaur 3 , Peter Hoffmann 2 , Michael S Samuel 1, 4 , Manuela Klingler-Hoffmann 2
Journal of Proteome Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2020-09-01 , DOI: 10.1021/acs.jproteome.0c00511 Sarah T Boyle 1 , Parul Mittal 2 , Gurjeet Kaur 3 , Peter Hoffmann 2 , Michael S Samuel 1, 4 , Manuela Klingler-Hoffmann 2
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Tumorigenesis involves a complex interplay between genetically modified cancer cells and their adjacent normal tissue, the stroma. We used an established breast cancer mouse model to investigate this inter-relationship. Conditional activation of Rho-associated protein kinase (ROCK) in a model of mammary tumorigenesis enhances tumor growth and progression by educating the stroma and enhancing the production and remodeling of the extracellular matrix. We used peptide matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging (MALDI-MSI) to quantify the proteomic changes occurring within tumors and their stroma in their regular spatial context. Peptides were ranked according to their ability to discriminate between the two groups, using a receiver operating characteristic tool. Peptides were identified by liquid chromatography tandem mass spectrometry, and protein expression was validated by quantitative immunofluorescence using an independent set of tumor samples. We have identified and validated four key proteins upregulated in ROCK-activated mammary tumors relative to those expressing kinase-dead ROCK, namely, collagen I, α-SMA, Rab14, and tubulin-β4. Rab14 and tubulin-β4 are expressed within tumor cells, whereas collagen I is localized within the stroma. α-SMA is predominantly localized within the stroma but is also expressed at higher levels in the epithelia of ROCK-activated tumors. High expression of COL1A, the gene encoding the pro-α 1 chain of collagen, correlates with cancer progression in two human breast cancer genomic data sets, and high expression of COL1A and ACTA2 (the gene encoding α-SMA) are associated with a low survival probability (COLIA, p = 0.00013; ACTA2, p = 0.0076) in estrogen receptor-negative breast cancer patients. To investigate whether ROCK-activated tumor cells cause stromal cancer-associated fibroblasts (CAFs) to upregulate expression of collagen I and α-SMA, we treated CAFs with medium conditioned by primary mammary tumor cells in which ROCK had been activated. This led to abundant production of both proteins in CAFs, clearly highlighting the inter-relationship between tumor cells and CAFs and identifying CAFs as the potential source of high levels of collagen 1 and α-SMA and associated enhancement of tissue stiffness. Our research emphasizes the capacity of MALDI-MSI to quantitatively assess tumor–stroma inter-relationships and to identify potential prognostic factors for cancer progression in human patients, using sophisticated mouse cancer models.
中文翻译：
使用MALDI质谱成像揭示肿瘤间质的相互关系。
肿瘤发生涉及转基因癌细胞与其相邻的正常组织间质之间的复杂相互作用。我们使用已建立的乳腺癌小鼠模型来研究这种相互关系。在乳腺肿瘤发生模型中，有条件的Rho相关蛋白激酶（ROCK）的激活可通过教育基质和增强细胞外基质的产生和重塑来增强肿瘤的生长和进展。我们使用肽基质辅助激光解吸/电离质谱成像（MALDI-MSI）来量化在规则空间范围内发生在肿瘤及其基质中的蛋白质组学变化。使用接收器操作特征工具，根据肽在两组之间的区分能力对肽进行排名。通过液相色谱串联质谱法鉴定肽，并使用一组独立的肿瘤样品通过定量免疫荧光验证蛋白质表达。我们已经确定并验证了相对于表达激酶死亡的ROCK分子，在ROCK激活的乳腺肿瘤中上调的四个关键蛋白，即胶原I，α-SMA，Rab14和微管蛋白-β4。Rab14和微管蛋白-β4在肿瘤细胞内表达，而胶原蛋白I位于基质内。α-SMA主要位于基质内，但在ROCK激活肿瘤的上皮细胞中也有较高表达。高表达 我们已经确定并验证了相对于表达激酶死亡的ROCK分子，在ROCK激活的乳腺肿瘤中上调的四个关键蛋白，即胶原I，α-SMA，Rab14和微管蛋白-β4。Rab14和微管蛋白-β4在肿瘤细胞内表达，而胶原I位于基质内。α-SMA主要位于基质内，但在ROCK激活肿瘤的上皮细胞中也有较高表达。高表达 我们已经确定并验证了相对于表达激酶死亡的ROCK分子，在ROCK激活的乳腺肿瘤中上调的四个关键蛋白，即胶原I，α-SMA，Rab14和微管蛋白-β4。Rab14和微管蛋白-β4在肿瘤细胞内表达，而胶原I位于基质内。α-SMA主要位于基质内，但在ROCK激活肿瘤的上皮细胞中也有较高表达。高表达COL1A是胶原蛋白原α1链的编码基因，与两个人类乳腺癌基因组数据集中的癌症进展相关，并且COL1A和ACTA2（编码α-SMA的基因）的高表达与低生存率相关（COLIA，p = 0.00013；ACTA2，p= 0.0076）在雌激素受体阴性的乳腺癌患者中。为了研究ROCK激活的肿瘤细胞是否引起基质癌相关的成纤维细胞（CAF）上调胶原蛋白I和α-SMA的表达，我们用经ROCK激活的原发性乳腺肿瘤细胞处理的培养基处理了CAF。这导致CAF中两种蛋白质的大量产生，清楚地凸显了肿瘤细胞与CAF之间的相互关系，并确定CAF是高水平胶原1和α-SMA的潜在来源以及相关的组织僵硬性增强。我们的研究强调了MALDI-MSI使用复杂的小鼠癌症模型定量评估肿瘤与基质之间的相互关系并确定人类患者癌症进展的潜在预后因素的能力。
更新日期：2020-10-02
中文翻译：
使用MALDI质谱成像揭示肿瘤间质的相互关系。
肿瘤发生涉及转基因癌细胞与其相邻的正常组织间质之间的复杂相互作用。我们使用已建立的乳腺癌小鼠模型来研究这种相互关系。在乳腺肿瘤发生模型中，有条件的Rho相关蛋白激酶（ROCK）的激活可通过教育基质和增强细胞外基质的产生和重塑来增强肿瘤的生长和进展。我们使用肽基质辅助激光解吸/电离质谱成像（MALDI-MSI）来量化在规则空间范围内发生在肿瘤及其基质中的蛋白质组学变化。使用接收器操作特征工具，根据肽在两组之间的区分能力对肽进行排名。通过液相色谱串联质谱法鉴定肽，并使用一组独立的肿瘤样品通过定量免疫荧光验证蛋白质表达。我们已经确定并验证了相对于表达激酶死亡的ROCK分子，在ROCK激活的乳腺肿瘤中上调的四个关键蛋白，即胶原I，α-SMA，Rab14和微管蛋白-β4。Rab14和微管蛋白-β4在肿瘤细胞内表达，而胶原蛋白I位于基质内。α-SMA主要位于基质内，但在ROCK激活肿瘤的上皮细胞中也有较高表达。高表达 我们已经确定并验证了相对于表达激酶死亡的ROCK分子，在ROCK激活的乳腺肿瘤中上调的四个关键蛋白，即胶原I，α-SMA，Rab14和微管蛋白-β4。Rab14和微管蛋白-β4在肿瘤细胞内表达，而胶原I位于基质内。α-SMA主要位于基质内，但在ROCK激活肿瘤的上皮细胞中也有较高表达。高表达 我们已经确定并验证了相对于表达激酶死亡的ROCK分子，在ROCK激活的乳腺肿瘤中上调的四个关键蛋白，即胶原I，α-SMA，Rab14和微管蛋白-β4。Rab14和微管蛋白-β4在肿瘤细胞内表达，而胶原I位于基质内。α-SMA主要位于基质内，但在ROCK激活肿瘤的上皮细胞中也有较高表达。高表达COL1A是胶原蛋白原α1链的编码基因，与两个人类乳腺癌基因组数据集中的癌症进展相关，并且COL1A和ACTA2（编码α-SMA的基因）的高表达与低生存率相关（COLIA，p = 0.00013；ACTA2，p= 0.0076）在雌激素受体阴性的乳腺癌患者中。为了研究ROCK激活的肿瘤细胞是否引起基质癌相关的成纤维细胞（CAF）上调胶原蛋白I和α-SMA的表达，我们用经ROCK激活的原发性乳腺肿瘤细胞处理的培养基处理了CAF。这导致CAF中两种蛋白质的大量产生，清楚地凸显了肿瘤细胞与CAF之间的相互关系，并确定CAF是高水平胶原1和α-SMA的潜在来源以及相关的组织僵硬性增强。我们的研究强调了MALDI-MSI使用复杂的小鼠癌症模型定量评估肿瘤与基质之间的相互关系并确定人类患者癌症进展的潜在预后因素的能力。
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