Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) and intercellular signals: from a prognostic approach to a treatment strategy

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the most common type of pancreatic neoplasm and characterized by a very low survival rate due to its high metastatic rate. The classical “seed-and-soil” theory of metastasis is not sufficient to describe progression of many tumours, including PDAC. The dissemination of cancer cells through circulation may not be the only principle for metastasis formation. The hypothesis of “genometastasis” is another model explaining metastasis dissemination. It is based on the horizontal transfer of genetic material carried in circulation to susceptible cells in distant organs. These genetic elements activate mitogenic signalling pathways in the target cells causing the malignant transformation. The challenge for PDAC is to identify patients not in risk from disease relapse due to presence of micro-metastasis, therefore actually benefiting from surgery. If genometasis is to be confirmed in PDAC together with identification of molecules responsible for transformation, they could be employed as biomarkers for presence of micro-metastasis. Our aim is to provide supporting results for genometastasis theory in the setting of PDAC, since the results currently available are rather scarce. Employing co-cultures with various pancreatic cancer cell lines and nontumour cell lines we have obtained preliminary results on the malignant transformation, both in vitro and in vivo, the alteration in expression of proteins typically present in PDAC cells and acquisition of migration ability. In these cells we have also observed gain of resistance to some commonly used chemotherapeutics. We have also demonstrated, in vitro, that upon treatments with PDAC patients’ sera normal cell line HEK293T has been transformed, gained significant migration ability, expressed typical cancer proteins and gained resistance to some chemotherapeutics. Using NGS-CNV approach we have demonstrated the genomic instability in the transformed cells in terms of copy number variation of important cancer related genes. The obtained results reinforce the hypothesis that circulating elements are able to generate transformation since we have used the co-culture inserts with 1um pore size which permit only vesicles smaller than 1um to pass to the recipient cells. The obtained results should be in future reinforced with results confirming the identity of the vesicles and cargo molecules responsible for transformation. Once identified these molecules, they could be used for development of assays to predict disease recurrence or progression. From clinical perspective, the identified plasmatic mediators could serve as useful tools in defining better treatment strategies for PDAC patients.

L'adenocarcinoma duttale del pancreas (PDAC) è la più comune neoplasia pancreatica caratterizzata da un tasso di sopravvivenza molto basso a causa dell'alto tasso di metastasi e della diagnosi tardiva. La classica teoria delle metastasi "seed and soil" non è sufficiente a descrivere completamente la progressione di molti tumori, incluso il PDAC. La disseminazione delle cellule tumorali attraverso la circolazione potrebbe non essere l'unico principio per la formazione di metastasi. L'ipotesi della “genometastasi” rappresenta un altro modello che spiega la disseminazione delle metastasi. Si basa sul trasferimento orizzontale di materiale genetico attraverso la circolazione alle cellule bersaglio in organi distanti. Questi elementi genetici nelle cellule bersaglio attivano e promuovono le vie di segnalazione mitogene causando la trasformazione maligna. La sfida per il PDAC è identificare i pazienti non a rischio di recidiva della malattia a causa della presenza delle micro-metastasi, quindi quelli che effettivamente potrebbero beneficiare di un intervento chirurgico. Se questa ipotesi dovesse essere confermata nel PDAC insieme all'identificazione delle molecole responsabili della trasformazione, queste ultime potrebbero essere impiegate come biomarcatori per la presenza delle micro-metastasi. Lo scopo di questo progetto è fornire i risultati a supporto della teoria della genometastasi nell'ambito del PDAC, poiché i risultati disponibili in letteratura sono piuttosto scarsi. Impiegando co-colture con varie linee cellulari di cancro al pancreas e linee cellulari non tumorali in questo lavoro abbiamo fornito i risultati preliminari rigurado la trasformazione maligna, sia in vitro che in vivo, l'alterazione nell'espressione delle proteine tipicamente presenti nelle cellule PDAC e l'acquisizione della capacità di migrazione. In queste cellule abbiamo anche osservato un aumento della resistenza ad alcuni chemioterapici comunemente usati. Abbiamo anche provato, in vitro, che in seguito a trattamenti con sieri di pazienti PDAC la linea cellulare normale HEK293T è stata trasformata, ha acquisito una significativa capacità di migrazione, ha espresso le tipiche proteine tumorali e ha acquisito resistenza ad alcuni chemioterapici. Inoltre, utilizzando l'approccio NGS-CNV abbiamo dimostrato l'instabilità genomica nelle cellule trasformate in termini di variazione del numero di copie di geni correlati al PDAC. Poiché abbiamo utilizzato gli inserti di co-coltura con dimensione dei pori di 1 µm che consentono solo alle vescicole inferiori a 1 µm di passare alle cellule riceventi, i risultati ottenuti rafforzano l'ipotesi che gli elementi circolanti siano in grado di generare trasformazione. I risultati ottenuti dovrebbero essere in futuro consolidati con risultati che confermino l'identità delle vescicole e delle molecole cargo responsabili della trasformazione. Una volta identificate le molecole responsabili della genometastasi, queste potrebbero essere utilizzate per lo sviluppo di saggi per prevedere la ripresa o la progressione della malattia. Dalla prospettiva clinica, i mediatori plasmatici identificati potrebbero servire come strumenti utili nella definizione di migliori strategie di trattamento per i pazienti con PDAC operabile.