Study of myeloid cell differentiation under breast cancer pressure

Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) are a wide and heterogeneous population of immune cells at different stages of maturity with immunosuppressive potential and thus able to promote tumor proliferation corrupting innate and adaptive immunity. Growing literature reports that the tumor microenvironment of breast cancer is highly infiltrated by myeloid cells with pathogenic activity and that the levels of hematopoietic precursors in circulation, and particularly myeloid biased ones, are significantly higher in blood of solid cancer patients compared to healthy donors. In the host lab, the immune landscape of breast cancer at tumor sites was investigated and characterized. Interestingly, a specific hematopoietic myeloid progenitor type of cell, Early Neutrophil Progenitors, were found to be enriched in the tumor microenvironment of highly proliferative Estrogen Receptor+ luminal B breast cancer patients, and it was confirmed that their enrichment correlates with tumor aggressiveness. My thesis project aims to understand the role of tumor microenvironment in hematopoietic stem and progenitor cells differentiation at tumor beds. In particular, we were interested in investigating the potential of tumor-secreted soluble factor to skew hematopoietic stem and progenitor cells differentiation towards Early Neutrophil Progenitors, specifically, in the context of different phenotype of breast cancer and in physiological condition, both in human and mouse models, through multiparametric flow cytometry characterization. We discovered that human Estrogen Receptor+ tumor cells’ secretome can induce Early Neutrophil Progenitors expansion, in contrast to secretome of Triple Negative tumor cells and normal breast epithelium cells, we further tested and confirmed the immunosuppressive capabilities of Early Neutrophil Progenitors. We confirmed the differentiating potential of murine Estrogen Receptor+ tumor cells’ secretome. To identify the possible responsible factors, we profiled the secretome of different human and murine cell lines and scouted for differentially overexpressed proteins, bringing our attention to four proteins: Leptin, CCL3, CXCL10 and IL-33. Overall, we shed light on the role of tumor microenvironment in skewing immune response at tumor site and we identified possible factors that could be specifically responsible for the differentiation of immunosuppressive myeloid progenitors that promote tumor growth in the context of Estrogen Receptor+ breast cancer. Further studies to confirm these data are still warranted.

Le cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSCs) sono un'ampia ed eterogenea popolazione di cellule immunitarie a diversi stadi di maturazione con potenziale immunosoppressivo e quindi in grado di promuovere la proliferazione tumorale corrompendo l'immunità innata e adattativa. Diversi studi scientifici in letteratura riportano che il microambiente tumorale del carcinoma mammario è altamente infiltrato da cellule mieloidi con attività patogena e che i livelli di precursori ematopoietici in circolo, in particolare quelli di origine mieloide, sono significativamente più elevati nel sangue di pazienti affetti da tumore solido rispetto ai donatori sani. Nel laboratorio ospitante è stato studiato e caratterizzato l’infiltrato immunitario nel contesto del cancro al seno. È stato notato che uno specifico tipo di progenitore ematopoietico mieloide, Early Neutrophil Progenitor (eNeP), è risultato maggiormente presente nel microambiente tumorale di pazienti con carcinoma mammario luminale B positivo al recettore per gli estrogeni altamente proliferativo, ed è stato confermata che una maggiore presenza di questo sottotipo cellulare è correlata all'aggressività del tumore. Il mio progetto di tesi mira a comprendere il ruolo del microambiente tumorale nella differenziazione delle cellule staminali e progenitrici ematopoietiche presenti nel microambiente tumorale. In particolare, eravamo interessati ad indagare il potenziale di fattori solubili secreti dal tumore nell’influenzare il differenziamento delle cellule staminali e progenitrici ematopoietiche verso un fenotipo Early Neutrophil Progenitor, in particolare nel contesto di diversi fenotipi di cancro al seno e in condizioni fisiologiche, sia in modelli umani che murini, attraverso caratterizzazione immunitaria utilizzando citometria a flusso multiparametrica. Abbiamo scoperto che il secretoma delle cellule tumorali umane ormone-dipendenti può indurre l'espansione del fenotipo Early Neutrophil Progenitor, a differenza del secretoma delle cellule tumorali triplo-negative e delle cellule dell'epitelio mammario normale. Abbiamo confermato il potenziale differenziativo del secretoma delle cellule tumorali murine ormone-dipendenti. Per identificare i possibili fattori responsabili, abbiamo profilato il secretoma di diverse linee cellulari umane e murine e abbiamo cercato proteine differenzialmente sovraespresse, portando la nostra attenzione su quattro proteine: leptina, CCL3, CXCL10 e IL-33. Nel complesso, abbiamo fatto luce sul ruolo del microambiente tumorale nell'influenzare la risposta immunitaria nel sito del tumore e abbiamo identificato possibili fattori che potrebbero essere specificamente responsabili della differenziazione di progenitori mieloidi immunosoppressivi che promuovono la crescita tumorale nel contesto del tumore al seno ormone-dipendente. Ulteriori studi per confermare questi dati sono necessari.