Interactions of cancer cells and macrophages on the EGF-EGFR axis: Chemotaxis, haptotaxis or direct contact?

Abstract

Breast cancer cells (BCC) and macrophages are known to interact via epidermal growth factor (EGF) produced by macrophages and colony stimulating factor-1 (CSF-1) produced by BCC. Despite contradictory findings, this interaction is perceived as a paracrine loop. Yet, the underlying mechanism of interaction remains unclear. Here, we investigated interactions of BCC with macrophages in 2D and 3D. BCC did not show chemotaxis to macrophages in custom designed 3D cell-on-a-chip devices, which was in agreement with ELISA results showing that macrophage-derived-EGF was not secreted into macrophage-conditioned-medium. Live cell imaging of BCC in the presence and absence of iressa showed that macrophages but not macrophage-derivedmatrix modulated adhesion and motility of BCC in 2D. 3D co-culture experiments in matrigel and collagen showed that BCC changed their multicellular organization in the presence of macrophages. In custom designed 3D co-culture cell-on-a-chip devices, macrophages reduced and promoted migration of BCC in matrigel and collagen, respectively. Furthermore, adherent but not suspended BCC endocytosed EGFR when in contact with macrophages. Collectively, our data revealed that macrophages showed chemotaxis towards BCC-derived-CSF-1 whereas BCC required direct contact to interact with macrophage-derived-EGF. We propose that the interaction between cancer cells and macrophages is a paracrine-juxtacrine loop of CSF-1 and EGF, respectively.

Meme kanseri hücreleri (MKH) ve makrofajların, makrofajlar tarafından üretilen epidermal büyüme faktörü (EBF) ve MKH tarafından üretilen koloni uyarıcı faktör-1 (KUF-1) aracılığıyla etkileşime girdiği bilinmektedir. Çelişkili bulgulara rağmen, bu etkileşim parakrin döngü olarak algılanır. Bununla birlikte, etkileşimin altında yatan mekanizma belirsizliğini koruyor. Burada, MKH’nin makrofajlarla etkileşimlerini 2 boyutta (2B) ve 3 boyutta (3B) araştırdık. MKH, makrofaj türevli EBF’nin makrofajkoşullandılmış- ortama salgılanmadığını gösteren ELISA sonuçlarına uygun olarak, özel olarak tasarlanmış 3B yonga-üstü-hücre cihazlarında makrofajlara kemotaksis göstermedi. Iressa varlığında ve yokluğunda MKH’nin canlı hücre görüntülemesi, makrofajların MKH’nin adezyon ve motilitesini modüle ettiğini, makrofaj türevli matriksin ise etmediğini gösterdi. Matrigel ve kollajendeki 3B ortak kültür deneyleri, makrofajların varlığında, MKH’nin çok hücreli organizasyonunu değiştirdiğini gösterdi. Özel olarak tasarlanmış 3B yonga-üstü-hücre ortak kültür cihazlarında, makrofajlar sırasıyla matrigel ve kollajendeki MKH’nin migrasyonunu azalttı ve yükseltti. Ayrıca, makrofajlarla temas halinde, asılı MKH etmezken yapışık MKH EBF reseptörünü endositize etti. Toplu olarak, verilerimiz makrofajların MKH türevli KUF-1'e karşı kemotaksis gösterdiğini, buna karşılık MKH'nin makrofaj kaynaklı EBF ile etkileşime girmesi için doğrudan temasa ihtiyaç duyduğunu ortaya koydu. Kanser hücreleri ile makrofajlar arasındaki etkileşimin sırasıyla KUF-1 ve EBF'nin bir parakrin-jukstakrin halkası olduğunu önermekteyiz.