Abstract Tumor associated macrophages (TAMs) are linked to the invasion of oral tongue squamous cell carcinoma (OTSCC). We modified THP-1 leukemia cells to M1 (inflammatory), M2 (TAM-like) and R848 (imidazoquinoline-treated) type macrophages in order to examine their interactions with OTSCC-cells (HSC-3) by using different kinds of in vitro migration and invasion models. We observed that interaction of TAM-resembling M2-type macrophages with HSC-3 cells induced invasion and migration, whereas the influence of M1 macrophages reduced them. Patient response to chemoradiotherapy is highly reliant on the characteristics such as the aggressiveness and stage of the cancer. Therefore, new methods for treatment testing are needed in order to design personalized therapies. We tested the applicability and consistency of human TME mimicking tissue methods for analyzing the effects of chemoradiation using commercial OTSCC cell lines. Based on our trials, both our human uterine leiomyoma tissue -based matrix models provide viable platforms for future in vitro chemoradiotherapy testing. Conventionally pro-tumorigenic activities of matrix metalloproteinase (MMP)9 have been linked with oral squamous cell carcinoma, but recently its tumor-suppressor role has also been revealed. Our study provides strong evidence that MMP9 also has an anti-invasive effect in OTSCC and is a potential mediator of the protective effects of arresten in tongue cancer cells. / Tiivistelmä Makrofageilla on yhteys kielen levyepiteelikarsinooman invaasioon eli syöpäkasvaimen tunkeutumiseen ympäröivään kudokseen. Tutkimuksessamme muokkasimme ihmisen THP-1 leukemiasoluja kemiallisesti tulehdusreittejä aktivoiviksi M1-makrofageiksi, kasvaimeen liittyvien makrofagien kaltaisiksi M2-makrofageiksi sekä imidatsokinoliini-käsitellyiksi R848-makrofageiksi. Tarkoituksenamme oli tutkia makrofagien ja kielisyöpäsolujen vuorovaikutuksia erilaisilla in vitro migraatio- ja invaasiomalleilla. Anti-inflammatoristen, syövän etenemistä edesauttavien TAM-makrofagien kaltaisiksi erilaistetut M2-tyypin makrofagit lisäsivät HSC-3 kielikarsinoomasolujen invaasiota ja migraatiota, kun taas M1-tyypin makrofagien vaikutus oli päinvastainen. Potilaan vaste kemosädehoitoon riippuu syöpäkasvaimen ominaisuuksista, kuten syöpäsolujen aggressiivisuudesta ja syövän levinneisyysasteesta. Tämän vuoksi on tarve uusille menetelmille, joiden avulla voidaan ottaa huomioon potilaan sekä syöpätyypin yksilölliset ominaisuudet hoitoa suunniteltaessa. Testasimme syöpäkasvaimen mikroympäristöä mallintavien, ihmiskudokseen perustuvien menetelmien käyttökelpoisuutta ja luotettavuutta kemosädehoidon vaikutusten arvioimiseen. Testiemme perusteella myoomakudokseen pohjautuvat menetelmät voivat auttaa kemosädehoidon vaikutusten testauksessa. Matriksin metalloproteinaasi (MMP) 9:n on pitkään uskottu olevan yksinomaan syövän etenemistä edesauttava molekyyli. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on myös havaittu, että MMP9:llä voi olla syövältä suojaavia vaikutuksia. Tutkimme MMP9:n vaikutusta kielisyöpäsoluihin ja havaitsimme, että MMP9:llä on myös invaasiota hillitseviä vaikutuksia. Lisäksi MMP9 saattaa toimia verisuonten muodostumista estävän arresten-molekyylin syövältä suojaavien mekanismien välittäjänä.

Abstract Desmoglein 3 (Dsg3) is an adhesion receptor in desmosomes, but relatively little is known about its role in cancer. In this study, the function of Dsg3 was investigated in oral squamous cell carcinoma (SCC) cell lines in vitro using locally established human leiomyoma tumor microenvironment (TME) matrices. Since Dsg3 has been identified as a key regulator in cell adhesion, we hypothesized that it may play a role in oral SCC cells adhesion and motility. Thus, one aim of the study was to explore this hypothesis by both gain and loss of function methods in four human buccal mucosa SCC SqCC/Y1 cell lines: transduction of vector control (Ct), full-length (FL) or two different C-terminally truncated Dsg3 mutants (Δ238 and Δ560). Live cell imaging was performed for 2D migration and 3D sandwich, alongside other assays. In 3D sandwich, we tested the effects of the monoclonal antibody, AK23, targeting the extracellular domain of Dsg3 in SqCC/Y1 cells. Our results showed that loss of Dsg3 disrupted cell adhesion and protein expression. In 2D assays, FL and Dsg3 mutants migrated faster with higher accumulated distances than Ct. In contrast with 2D, mutants showed accelerated invasion over the Ct in 3D models. The AK23 antibody inhibited only the invasion of FL cells. The TME in vivo consists of cellular and matrix elements playing a leading role in carcinoma progression. To study carcinoma cells invasion in vitro, mouse Matrigel® and rat type 1 collagen are the most commonly used matrices in 3D models. Since they are non-human in origin, they do not perfectly mimic human TME. To address this, we have developed a solid organotypic myoma disc model derived from human uterus leiomyoma tumor. Here, we introduce a novel Myogel, prepared from leiomyoma similar to Matrigel®. We validated Myogel for cell-TME interactions in 3D models, using SqCC/Y1 and HSC-3 cell lines. Compared with Matrigel® and type I collagen, oral SCC cell lines invaded more efficiently in Myogel containing matrices. This study describes promising 3D models using human TME mimicking Myogel which is suitable to analyze oral SCC cells both in carcinoma monocultures and in co-cultures, such as with TME fibroblasts. We also introduce a possible novel therapeutic target against Dsg3 to suppress cancer cell invasion. / Tiivistelmä Desmogleiini 3 (Dsg3) on desmosomien adheesioreseptori, jonka merkityksestä syövässä tiedetään vähän. Koska Dsg3 on tärkeä epiteelisolujen välisissä liitoksissa, oletimme sillä olevan vaikutusta myös suun karsinoomasolujen tarttumisessa ja niiden liikkuvuudessa. Testasimme hypoteesiamme muuttamalla Dsg3:n toimintaa ihmisen posken karsinoomasolulinjassa SqCC/Y1, josta oli aiemmin valmistettu neljä erilaista muunnosta: tyhjän vektorin sisältävä kontrollisolulinja (Ct), kokopitkää Dsg3 tuottava solulinja (FL), sekä kaksi Dsg3 C-päästä lyhennettyä mutanttisolulinjaa (Δ238 ja Δ560). Immunofluoresenssi-menetelmää käyttäen analysoimme solulinjoissamme solujen välisiä liitoksia. Lisäksi mittasimme solujen liikkeitä 2D-migraatio- ja 3D-sandwich-kokeissa. Testasimme myös Dsg3:n solunulkoista osaa tunnistavan monoklonaalisen vasta-aineen (AK23) vaikutusta solujen invaasioon. Osoitimme, että Dsg3:n rakenteen muuttaminen ja toiminnan estyminen häiritsi solujen tarttumista. 2D-kokeissa sekä FL että mutanttilinjat (Δ238 ja Δ560) migroivat kontrollisoluja nopeammin ja pidemmälle, mutta 3D-kokeissa vain mutanttilinjat invasoituivat kontrollisoluja tehokkaammin. AK23-vasta-aine esti vain FL-solujen invaasiota. Syöpäsolujen 3D-invaasiota mittaavissa kokeissa käytetään yleensä hiiren kasvaimesta valmistettua kaupallista Matrigeeliä® tai rotan kudoksista eristettyä tyypin I kollageenia. Tutkimusryhmämme on jo aiemmin kehittänyt organotyyppisen myoomamallin, jossa valmistamme myoomakudosnapit ihmisen kohdun leiomyoomakasvaimista. Tässä työssä valmistimme leiomyoomasta Myogeelia, vertasimme sitä Matrigeeliin®, sekä tutkimme tarkemmin Myogeeli-valmisteen soveltuvuutta 3D-tutkimuksiin. Totesimme, että kielen (HSC-3) ja posken (SqCC/Y1) karsinoomasolut invasoituivat tehokkaimmin Myogeeli-pitoisissa matrikseissa kuin Matrigeeliä® tai kollageeniä sisältävissä kasvatusalustoissa. Tutkimustulostemme perusteella Myogeeli-pohjaiset 3D-mallit soveltuvat hyvin sekä syöpäsolulinjojen invaasiotutkimuksiin että yhteisviljelmiin, joissa syöpäsoluja viljellään yhdessä syöpäkasvaimen ympärillä olevien solujen, kuten fibroblastien, kanssa.