An integrated approach to melanoma metastasis and therapy resistance: effects of age-related changes in the ECM and the biomechanics of the skin

黑色素瘤转移和治疗耐药性的综合方法：ECM 和皮肤生物力学与年龄相关变化的影响

• 批准号: 10574507
• 负责人: Edna Cukierman
• 金额: $ 51.03万
• 依托单位: JOHNS HOPKINS UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-02-15 至 2025-01-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10574507
• 关键词: 3-Dimensional; Affect; Age; Aggressive behavior; Aging; Animal Model; Architecture; Back; Basic Science; Biochemical; Biological Assay; Biological Markers; Biology; Biomechanics; Biomedical Engineering; CRISPR/Cas technology; Cell Line; Cell Shape; Cells; Clinical; Collagen; Complex; Computer Models; Computer software; Coupled; Data; Dermal; Development; Disease; Drug Tolerance; Drug resistance; Elasticity; Elderly; Extracellular Matrix; Feedback; Fibroblasts; Formalin; Gene Expression Profile; Genetic; Growth; Human; Image; Imaging technology; In Situ; In Vitro; Incidence; Individual; Intervention; Invaded; Malignant Neoplasms; Mathematics; Mechanics; Melanoma Cell; Metastatic Melanoma; Modeling; Neoplasm Metastasis; PTK2 gene; Paraffin Embedding; Patients; Pharmacotherapy; Play; Protein-Lysine 6-Oxidase; Proteins; Proteomics; RNA; Resistance; Role; Sampling; Signal Pathway; Signal Transduction; Signaling Molecule; Skin; Skin Aging; Stromal Neoplasm; System; Systems Biology; Testing; Transgenic Mice; WNT Signaling Pathway; Work; Writing; age effect; age related; aged; aging population; cell age; cellular imaging; cohort; computational network modeling; computer studies; crosslink; digital imaging; drug efficacy; human tissue; imaging study; improved; in vivo; in vivo Model; intravital microscopy; mathematical model; melanocyte; melanoma; mortality; neoplastic cell; novel; patient derived xenograft model; predictive modeling; programs; quantitative imaging; reconstruction; rho; second harmonic; single molecule; targeted treatment; theories; tumor

Project Summary  The microenvironment plays a unique role in the development of melanoma, which arises in the skin. The skin  displays  externally  visible  signs  of  aging,  such  as  decreased  elasticity  and  a  loss  of  collagen  integrity.  Much  work has focused recently on how changes in collagen can affect tumor metastasis, both biomechanically and  biochemically.  Data  from  several  groups  indicate  that  the  cross-­talk  between  stromal  fibroblasts  and  transformed  melanocytes  is  important  for  invasion,  melanoma  growth,  and  even  therapy  resistance.  Our  proteomics analyses indicate that factors used to crosslink collagen, such as HAPLN1 are secreted by young,  but  not  aged  dermal  fibroblasts,  and  Wnt5A  is  secreted  by  aged,  but  not  young  fibroblasts.  The  interplay  between  these  molecules  may  contribute  to  age-­related  changes  in  collagen  integrity.  We  hypothesize  that  changes  regulated  by  age-­related  alterations  in  the  extracellular  matrix  (ECM)  initiate  or  promote  a  pro-­ metastatic program, and impact therapy resistance.     We  will  query  the  contribution  of  aged  skin  biochemical  and  architectural  contributions  in  governing  melanoma’s metastatic progression as well as resistance to targeted therapy. We propose an alternate theory  of  matrix  stiffness  that  hypothesizes  that  increasing  stiffness  will  have  a  non-­linear  effect  on  metastatic  progression, and therapy resistance.  We will use pathophysiologically relevant in vitro 3D stromal systems (3D  skin  reconstructions),  animal  models  of  melanoma,  a  novel  simultaneous  multi-­channel  immunofluorescent  analysis  (SMIA)  of  formalin-­fixed  and  paraffin  embedded  (FFPE)  human  tissue  cohorts  in  combination  with  a  customized  new  software  written  for  the  bulk  analysis  and  acquisition  of  SMIA-­generated  images,  single  molecule RNA imaging coupled with high-­throughput single cell imaging and sequencing, all of which will feed  back  into  an  increasingly  intricate  mathematical  modeling  for  improved  understanding  and  better  patient  personalized  (i.e.,  metastatic  and  efficacy  of  drug  treatment)  prediction  capabilities.  We  expect  our  data  will  reveal  a  synergistic  picture  of  the  mechanochemical  interactions  between  the  aged  microenvironment  and  singular tumor cells that the individual approaches could not have deciphered.     This  team  project  involves  experts  in  the  biology  of  melanoma  metastasis,  Wnt  signaling  and  aging  (Weeraratna),  single  cell  RNA  systems  biology  (Raj),  tumor-­stromal  interactions  and  digital  imaging  quantitative analyses (Cukierman) and computational and mathematical predictive modeling (Shenoy).

项目总结： 皮肤微环境在黑色素瘤的发生发展过程中起着非常独特的作用，黑色素瘤通常发生在皮肤周围。 在外部显示出衰老的明显迹象，例如弹性降低，以及胶原蛋白和完整性的严重损失。 最近，他们的工作重点是研究胶原蛋白的变化如何影响肿瘤的转移，无论是从生物力学角度还是从生物力学角度。 生化方面。来自几个研究小组的数据表明，间质成纤维细胞和成纤维细胞之间的相互作用。 转化的黑素细胞对于黑色素瘤的侵袭、黑色素瘤的生长、甚至治疗耐药都是非常重要的因素。 蛋白质组学和分析表明，一些被用来使胶原蛋白交联的因子，如HAPLN1基因，通常是由年轻人分泌的。 但不是衰老的真皮成纤维细胞，而是由衰老的成纤维细胞分泌的Wnt5A，而不是年轻的成纤维细胞。 在这些分子之间，可能也会导致与年龄相关的疾病变化，包括胶原蛋白和完整性。我们假设是这样的。 细胞外基质(ECM)的变化通过与年龄相关的细胞外基质(ECM)的变化来调节细胞内的变化，以启动或促进细胞外基质的生成 转移性癌症计划、治疗和治疗对耐药性的影响。 -- 我们还将质疑老年人皮肤、生化指标和建筑行业在治国理政中的贡献。 黑色素瘤的转移性进展以及对靶向治疗的耐药性。我们将提出一种新的替代治疗理论。 这一假设认为，不断增加的硬度将对转移瘤产生更大的非线性影响。 进展、治疗和耐药。我们将继续在体外使用与病理生理学和相关的药物-3D间质干细胞系统(3D)。 皮肤(重建)，是黑色素瘤的动物模型，是一种新的、同时的、多渠道的免疫荧光。 对福尔马林固定材料(SMIA)和石蜡包埋材料(FFPE)进行分析，并与其他方法相结合，对人眼组织进行队列研究。 定制的新图像软件是为SMIA生成的图像的批量图像分析和收购计划编写的，而不是单一的。 分子和核糖核酸的成像，再加上高通量的单细胞成像技术和DNA测序，所有这些都是我们将继续喂养的。 回到一个日益复杂的数学建模过程中，以提高人们的理解和更好的耐心。 个性化研究(即药物治疗的转移和疗效)提供了预测能力。我们预计，我们的研究数据将…… 揭示了老龄化的微环境和环境之间的机械力化学和相互作用的新的协同作用的图解。 单个肿瘤细胞认为，不同个体的方法不可能完全被破译。 -- 这个项目团队包括研究黑色素瘤转移、信号转导和衰老的相关生物学研究的专家。 (Weeraratna)，即单细胞核糖核酸生物系统(RAJ)，研究肿瘤-间质相互作用，以及数字医学成像。 定量数据分析(Cukierman)包括计算能力，以及数学和预测性数据建模能力(Shenoy)。