Investigating the role of C1-INH in pancreatic ductal adenocarcinoma progression

Abstract public domain (NIH RePORTER)

Project Summary    Metastasis  is  the  leading  cause  of  cancer-­related  deaths.  But  despite  much  effort  in  elucidating  the  molecular mechanisms underlying metastasis, there is still much that remains unknown and unexplored. In many  solid  tumors,  metastasis  is  closely  associated  with  an  epithelial-­to-­mesenchymal  transition  (EMT),  a  form  of  cellular  plasticity  by  which  stationary  epithelial  cells  acquire  the  motile,  invasive  phenotypes  reminiscent  of  fibroblasts. And while EMT results in many tumor cell-­intrinsic changes, such changes are also known to alter  the tumor microenvironment (TME) in ways that facilitate tumor cell invasion into the bloodstream and ultimately  metastasis.  Thus,  to  define  the  molecular  changes  that  occur  during  EMT  in  vivo,  our  lab  performed  whole  transcriptomic  analysis  on  sorted  epithelial  and  mesenchymal  tumor  cells  that  were  harvested  from  a  well-­ established genetic mouse model of spontaneous pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA). Among the genes  that were most significantly upregulated in mesenchymal cells was Serping1, which encodes the hepatocyte-­ derived  plasma  protease  inhibitor  C1-­inhibitor  (C1-­INH).  Intriguingly,  our  preliminary  results  demonstrate  a  possible  role  for  tumor-­derived  C1-­INH  in  the  growth  and  vascularization  of  mesenchymal  PDA  tumors.  Furthermore, recent studies have shown that complement factor C1Q, whose dissociation from the complement  cascade  depends  on  C1-­INH,  promotes  angiogenesis  in  the  context  of  wound  healing,  as  well  as  melanoma  progression.  Based  on  our  preliminary  data  and  these  newer  studies,  we  hypothesize  that  C1-­INH  is  upregulated  in  PDA  cells  during  EMT  to  promote  angiogenesis  and  tumor  progression  in  a  C1Q-­ dependent manner. In this proposal, we provide details of two aims to test this hypothesis. Briefly, in Aim 1, we  will more deeply investigate the role of tumor-­derived C1-­INH in angiogenesis by performing genetic gain and  loss  of  function  studies  in  murine  PDA  cells  and  using  standard  in  vitro  and  in  vivo  angiogenesis  assays  to  determine  C1-­INH’s  effects  on  endothelial  cell  proliferation,  migration,  and  differentiation,  as  well  as  the  functional  integrity  of  intratumoral  blood  vessels.  We  will  also  dissect  the  molecular  mechanism  of  C1-­INH  in  PDA progression by investigating its functional dependencies on C1Q. Since C1-­INH was originally found to be  enriched in the mesenchymal state, we will also investigate its potential role in promoting metastasis. Thus, in  Aim 2, we will determine whether tumor-­derived C1-­INH is necessary for metastasis by employing an orthotopic  transplantation model and monitoring different stages of the metastatic cascade, from tumor cell dissemination  to  metastatic  colonization.  The  completed  aims  of  this  proposal  –  which  represents  the  first  functional  investigation of C1-­INH in cancer – ultimately seek to understand how cancer cells influence the TME to facilitate  tumor growth and metastasis, and may provide a springboard for future therapeutic application and discovery.

Public health relevance public domain (NIH RePORTER)

Project Narrative    Metastasis is the leading cause of cancer-­related deaths, and is driven by changes in both tumor cells and their  surrounding  microenvironment.  We  had  previously  found  that  the  secreted  molecule  C1-­inhibitor  (C1-­INH)  is  upregulated by pancreatic cancer cells acquiring more invasive and pro-­metastatic properties, and that C1-­INH  is important for promoting tumor growth and intratumoral vascularization. Based on these findings, I propose to  investigate the mechanisms by which C1-­INH facilitates tumor progression and metastasis in pancreatic cancer,  representing the first functional study of this molecule in any cancer-­related context.