Abstract
Den gjensidige samspillet mellom kreftceller og vev-spesifikk stroma den er kritisk for primær og metastatisk tumorvekst progresjon. Prostatakreftceller kolonfortrinnsvis bein (osteotropism), hvor de endrer den fysiologiske balansen mellom osteoblastformidlet beindannelse og osteoklastmediert benresorpsjon, og lokke fram prevalently en osteoblastisk respons (osteoinduction). De molekylære signaler gitt av osteoblaster for overlevelse og vekst av bein metastatiske prostatakreftceller er i stor grad ukjent. Vi utnyttet tilstrekkelig divergens mellom menneskelige og mus RNA-sekvenser sammen med omdefinering av høyt artsspesifikke genet arrays av dataassistert og eksperimentell utelukkelse av kryss-hybridiser oligonukleotidprober. Denne strategien tillot disseksjon av stroma (mus) fra kreftcellen (human) transkriptomet i bein metastase xenograft modeller av menneske osteoinduktive prostata kreft celler (Vcap og C4-2B). Som et resultat av dette genereres vi den osteoblastiske beinmetastase-assosierte stroma transkriptomet (OB-BMST). Subtraksjon av gener som deles av betennelser, sårheling og desmoplastic svar, og av vevstype uavhengig stroma svar på en rekke ikke-osteotropic og osteotropic primære kreft generert et kuratert gen signatur ( «kjerne» OB-BMST) putatively representerer beinet marg /benspesifikk respons stroma til prostatakreft-indusert, osteoblastisk bein metastasering. Uttrykket mønster av tre representative Kjerne OB-BMST gener (PTN, EPHA3 og FSCN1) synes å bekrefte beinet spesifisitet dette svaret. En robust induksjon av gener involvert i osteogenesis og angiogenese dominerer både OB-BMST og Core OB-BMST. Dette betyr i en forsterkning av blodkreft og bemerkelsesverdig, prostata epitel stamcellenisje komponenter som kan fungere som en selvforsterkende beinmetastatisk nisje som gir en vekst støtte spesifikk for osteoinduktive prostatakreftceller. Induksjon av denne kombistamcelle nisje er en ny mekanisme som også kan forklare kreftcelle osteotropism og lokal interferens med hematopoiesis (myelophthisis). Følgelig kan disse stamcellenisje komponenter representerer innovative terapeutiske mål og /eller serum biomarkører i osteoblastisk bein metastase
Citation. Özdemir BC, Hensel J, Secondini C, Wetterwald A, Schwaninger R, Fleischmann A, et al . (2014) The Molecular Underskrift av Stroma Response i prostatakreft-Induced osteoblastisk benmetastaser Høydepunkter Utvidelse av blodkreft og prostata epithelial Stem Cell nisjer. PLoS ONE 9 (12): e114530. doi: 10,1371 /journal.pone.0114530
Redaktør: Adriano Angelucci, University of L’Aquila, Italia
mottatt: 20 juni 2014; Godkjent: 10 november 2014; Publisert: 08.12.2014
Copyright: © 2014 Özdemir et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet:. Den forfatterne bekrefter at alle data som underbygger funnene er fullt tilgjengelig uten restriksjoner. Alle relevante data er innenfor det papir og dets støtte-filer. Den rå uttrykket data er tilgjengelige på GEO (www.ncbi.nlm.nih.gov/geo) som GSE22813
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet med tilskudd fra EU-kommisjonen (CANCURE-2006-020970 og FP7 Marie Curie ITN PRO-NEST-238278) og fra den sveitsiske National Foundation (3100A0-116237). B.C.Ö. mottatt støtte fra OncoSuisse MD /PhD Scholarship (323630-128865 /1). En del av kostnadene for microarray hybridisering ble støttet av Institutt for klinisk forskning ved Universitetet i Bern, Sveits. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Prostatakreft (PCA) er den vanligste solide kreft hos menn i den vestlige verden. Til tross for tidlig diagnose og kirurgisk behandling av svulsten, 10-20% av PCA pasienter viser skjelettmetastaser på diagnose [1] og 80% av avanserte PCA pasienter har skjelettmetastaser ved obduksjon [2]. Skjelettmetastaser er den viktigste årsaken til sykelighet hos disse pasientene, og en gang utviklet, er uhelbredelig.
I grunnskolen og metastatisk kreft neoplastiske celler tett samhandle med ulike celletyper og ekstracellulære matrix (ECM) som utgjør stroma rommet . Dette fører til aktivering av stroma og, i sin tur, til sekresjon av andre vekstfaktorer, matriksproteiner og proteaser, noe som ytterligere begunstige cancer celleproliferasjon og invasjon. Disse heterogene og toveis interaksjoner i svulstvevet er grunnleggende for tumorvekst progresjon [3]. Derfor er belysning av mekanismen (e) bestemmelse av initiering og progresjon av metastatisk vekst vesentlig for identifisering av nye terapeutiske mål for forebyggelse og /eller behandling av kreftmetastaser.
I beinmetastaser aktivering av benmargen /bein (BM /B) stroma av kreftceller endrer den fysiologiske balansen mellom osteoblast (OB) -mediert beindannelse og osteoklastene (OC) -mediert benresorpsjon, og forstyrrer hematopoiesis (myelophthisis). PCa utløser hovedsakelig en OB respons, med en påfølgende økning i beindannelse (osteoinduction) og generering av osteosclerotic lesjoner [4]. I stedet mammary kreft (MCa) utløser fortrinnsvis en OC reaksjon, noe som resulterer i overdreven benresorpsjon og dannelse av osteolytiske lesjoner [5]. Disse motsatte stromal reaksjoner kan ligge til grunn for ulike vekst støtte krav mellom pro-osteolytiske og osteoinduktive kreftceller.
Faktorer løslatt fra beinet matrise under OC benresorpsjon drivstoff spredning av kreftceller, som stimulerer ytterligere benresorpsjon, og dermed føre til en selvforsterkende, positiv feedback loop. Denne mekanismen, kjent som «Vicious Cycle» hypotesen om benresorpsjon og tumorvekst i osteolytiske benmetastaser er et paradigmatisk eksempel på kreftcelle-stroma interaksjoner og har gitt begrunnelsen for å forstyrre bein stroma støtte ved hemming av benresorpsjon [6 ]. Imidlertid har de molekylære signaler gitt av ONS for overlevelse og vekst av osteoinduktive kreftceller holdt seg stort sett unnvikende [4]
Pagets «Seed Jord «hypotesen [7] postulerer at kreftceller (den» frø «) fra den primære svulsten kan spre til ulike vev, men lykkes i å etablere sekundær vekst bare i de som er ettergivende for deres overlevelse og /eller proliferativ ekspansjon (den» frukt jord ») [8]. Dermed blir «Seed Jord «hypotesen uttrykker tilbøyelighet for visse kreftformer for å metastasere til spesifikke vev (vev tropisme). Paget var også den første til å erkjenne at MCa metastasizes nesten utelukkende til det aksiale skjelettet, stedet for den rød marg [7]. Denne observasjonen tyder på at aktiv hematopoiesis kan representere grobunn for seeding av kreftceller, som kan derfor etterligne blodkreft stamceller (HSCs) for homing, overlevelse og /eller utvidelse i BM /B [9]. Denne hypotesen, noe som tyder på at BM /B metastaserende nisje kan matche med HSC nisje, har blitt eksperimentelt validert ved å vise at PCA celler kapre HSC nisje (er) for homing i BM /B [10].
de fleste forsøk på å tyde kreft genet signaturer som tydelig signalveier kritiske for kreft progresjon eller forutsi pasientens utfallet har blitt utført av genuttrykk profilering i kliniske prøver av bulk svulstvev. Selvsagt kan denne strategien ikke diskriminere mellom kreft og stroma-avledet genuttrykk. NAEF og Huelsken [11] har utviklet en metode for «tissue kupé-spesifikke transcriptional profilering» (TCTP), som tillater samtidig analyse av genuttrykk spesifikke for kreftcellen og stromal rommet
in situ
, uten forutgående celleseparasjons. Denne tilnærmingen utnytter forskjeller mellom mennesker og mus RNA-sekvenser og velger den mest artsspesifikke oligonukleotid sonder av en beregnings maske. Ved en lignende strategi vi genererte osteoblastiske bein metastaseassosierte stroma transkriptomet (OB-BMST) definerer for første gang den globale stroma responsen i beinet xenograft modeller av osteoinduktive PCA celler.
Resultater
osteoinduktivt PCA celler endre BM /B stroma transkriptomet
strategien vedtatt å undersøke transkriptom endringene som skjer spesielt i stroma rommet bein xenopodet med menneske osteoinduktive prostata kreft celler er skissert i fig. 1A.
A. Flytdiagram som beskriver eksperimentell (blå) og bioinformatikk (grå) trinn vedtatt å definere en komplett (OB-BMST) og en kuratert ( «kjerne» OB-BMST) stroma respons signatur (oransje). De to første eksperimentelle trinn utgjør den omliggende vevet spesifikke transkripsjonen profilering (TCTP). B. Heatmap viser forskjellig uttrykt probe-sett mellom xenopodet (C4-2B og Vcap) og kontroll (Ep156T, intakte og humbug) bein. Ekspresjonsnivået er fargekodet: lav ekspresjon er vist i blått, mens høy ekspresjon er vist i rødt. C. Venn-diagram som viser antall overlappende og unike gener forskjellig uttrykt i C4-2B (FDR = 1E-05) og Vcap (FDR = 3E-05) xenopodet bein. Summen av differensielt uttrykte gener blir referert til som den OB-BMST. D. Scatter plot som viser log
2 ganger endring av forskjellig uttrykt gener i C4-2B og Vcap xenografter. E. Topp 30 oppregulert gener fra OB-BMST avledet fra C4-2B (svarte striper) og Vcap (grå søyler) xenopodet bein.
uttrykt forskjellig probe setter tydelig atskilt kreftcelle xenopodet bein fra kontroll bein, som fremhevet av hierarkisk clustering (fig. 1B). Heatmap viser homogen gruppering innenfor xenografter, men dendrogram fortsatt indikerer at C4-2B og Vcap xenografter skille i to grener. Alle kontrollprøver også klynge sammen, noe som tyder på at kirurgisk inngrep og inokulering av ikke-tumorigene, normale menneskelige prostata epitelceller (Ep156T) ikke medføre store endringer i genuttrykk. I tillegg indikerer heatmap at i xenografter utbredt del av gener (64%) ble oppregulert.
Når sammenlignet med humbug-opererte bein, er 654 gener forskjellig uttrykt i C4-2B xenografter (false oppdagelse rate, FDR≤1E-05) og 583 gener i Vcap xenografter (FDR≤3E-05) (fig. 1C, S1 tabell). Summen av disse differensielt uttrykte genene vil bli referert til som den OB-BMST.
Til sammen 321 genene fra OB-BMST er felles for begge C4-2B og VCap xenotransplantater (fig. 1C, S1 Tabell ). Den punktplott av log
2 ganger endring for begge xenografter viser en signifikant korrelasjon (R
2 = 0,96) (fig. 1 D), som indikerer en fullstendig samstemmighet av genregulering for begge modellene av osteoblastisk bein metastasering. Men innenfor den OB-BMST, 333 og 262 gener er unike for C4-2B og VCap, respektivt. Forskjeller i osteoinduktivt potensial (VCap C4-2B) og /eller i vekstkinetikk (C4-2B VCap) kan forklare denne delvise mangfoldet av stroma reaksjon indusert av de to cellelinjene. Likevel, blant de topp 30 mest up-regulerte gener 18 deles av C4-2B og Vcap xenografter (Fig. 1E, S1 tabell), noe som indikerer at begge cellelinjene er sammenlignbare i å indusere den dominerende stroma reaksjon.
OB-BMST forbinder med korg /myofibroblast signatur
å identifisere celletype hovedansvarlig for OB-BMST uttrykk, sammenlignet vi oppregulert gener fra OB-BMST med genet signaturer tidligere avledet fra spesifikke stroma cellepopulasjoner i brystsvulster [12]. Denne analysen viser at OB-BMST overlapper hovedsakelig med korg /myofibroblast signatur og, i mindre grad, med det fibroblast og EC-signaturer (S1 figur).
En brøkdel av OB-BMST er ikke spesielt for BM /B respons på osteoinduktive PCA celler
analysen av uttrykk for en 7-genet sett høyt oppregulert OB-BMST gener, nemlig periostin (
Postn
), asporin (
Aspn
), SPARC-lignende en (
Sparcl1
), melanom celle adhesjon molekyl (
Mcam
), blodplate avledet vekstfaktorreseptor beta (
Pdgfrb
), fascin homolog 1 (
Fscn1
) og prostata trans protein, androgen induserte en (
Pmepa1
) viste at disse genene ikke bare indusert i stroma av bein xenopodet med C4 -2b og Vcap celler (S2A figur), men også i ortotopiske Vcap xenografter (S2B figur) og i ektopiske (S2C figur) xenografter av både C4-2B og Vcap celler. I tillegg er ekspresjonen av 7-genet satt indusert også i ben xenopodet med pro-osteolytisk PCa cellelinje PC-3 (S2D figur). Videre ASPN og POSTN uttrykk er ikke bare øket i stroma av beinmetastatisk human PCa, men også av primær PCa og av beinmetastatisk human MCa (S3 figur).
Sett under ett viser resultatene ovenfor antyder at en brøkdel av OB-BMST er ikke spesifikt for BM /B respons på osteoinduktive PCA celler. Men funn at proteiner kodet av gener fra OB-BMST er overexpressed også i stroma av humane primære og beinmetastatiske svulster understreker overføringsverdi av OB-BMST.
En brøkdel av OB-BMST er spesifikk for BM /B respons på osteoinduktive PCA celler
for å identifisere OB-BMST komponent spesifikke for osteoblastiske skjelettmetastaser, vi trukket fra OB-BMST stroma gen signaturer avledet fra inflammatorisk /sårtilheling og desmoplastic . svar, og fra ikke-osteotropic og osteotropic kreft (fig. 1A)
Denne strategien, referert til, etterpå, som «konservering», har ført til identifisering av 4 store komponenter innenfor OB-BMST:
1)
en komponent putatively spesifikt for BM /B stroma svar på osteoinduktive PCA celler, fra nå av referert til som «Kjerne OB-BMST»,
2)
en komponent som deles med » inflammatorisk /sårtilheling /desmoplastic «respons signaturer,
3)
en komponent muligens representerer en» universell «respons på kreftceller og
4)
en kandidat» osteotropic «signatur.
The Core OB-BMST, som dekker 72,6% av OB-BMST, består av 336 oppregulert og 298 nedregulert gener. Av disse, 109 og 93, henholdsvis, er felles for både C4-2B og VCap xenotransplantater (fig. 2A, S2 tabell). Disse gener er sannsynlig å være begrenset til den BM /B stroma reaksjon på osteoinduktivt kreftcellevekst. Imidlertid bør spesifisitet av Core OB-BMST vurderes med forsiktighet siden vår subtraktiv strategi var begrenset til offentlig tilgjengelig gen signaturer og ikke vurdere studier om enkelt gen og /eller protein uttrykk i en rekke kreftformer.
A. Fire-set Venn-diagram som viser sammenligning av primær MCa, PCa med OB-BMST etter subtraksjon av gene signaturer avledet fra desmoplastic, sårhelende, inflammatorisk og ikke-osteotropic kreft (= «Curated 2» OB-BMST, sum av grå og røde områder). Den røde skraverte området er referert til som «Core-OB-BMST» (fullstendig liste rapportert i S2 tabell), gener av det grå området representerer en potensiell osteotropic signatur (fullstendig liste rapportert i S6 tabell). B. Topp 30 oppregulert gener av Core OB-BMST avledet fra C4-2B (svarte striper) og Vcap (grå søyler) xenopodet bein.
De 10 beste genene av kjerne observert BMST liste (fig. 2B, S2 Table) er bevart fra de beste 30 mest up-regulerte gener fra OB-BMST (fig. 1E, S1 tabell). Blant de 30 beste gener Core OB-BMST, 12 er felles for C4-2B og Vcap xenografter, mens 13 og 5 er unike for Vcap og C4-2B hhv. Således, i motsetning til den OB-BMST topp 30-genet listen, Core OB-BMST primært indusert av VCap-celler. Mest sannsynlig er dette konsekvens av den mer robuste OB respons indusert av disse cellene, sammenlignet med C4-2B (Fig. 1A).
Angiogenese og osteogenesis er de viktigste prosessene er representert i OB-BMST og kjerne OB-BMST
GO vilkår analysen viser at oppregulert gener i både OB-BMST og Core OB-BMST vanlig å Vcap og C4-2B ( «vanlige» OB-BMST /kjerne OB-BMST) er sterkt forbundet (FDR 0,05) med merknader vilkår knyttet til angiogenese, skjelettsystemet utvikling og enzymbundet reseptor protein signalveien (figur 3 A og B).. ECM organisasjon og celle adhesjon er også sterkt representert i OB-BMST, mens TGFfi reseptor signalisering ser ut som ekstra begrep i Core OB-BMST. Nedregulert gener er i hovedsak gruppert i GO vilkår knyttet til cellesyklusen (Fig. 3A og B). Mest sannsynlig fullstendig mangel på hematopoiesis i BM områder invadert av kreftceller (myelophthisis) er ansvarlig for dette fenomenet.
GO vilkår beriket i «vanlige» OB-BMST (FDR≤5.50E-03) (A) og i «vanlig» Kjerne OB-BMST (FDR≤5.0E-01) (B). Protein interaksjons nettverk av STRING analyse i «vanlige» OB-BMST (C) og i «vanlige» Kjerne OB-BMST (D). Tykkelsen av linjer korrelerer positivt med den konfidensverdi som ble oppnådd for hvert protein interaksjon. Forkortelse:. FDR, falske funnraten
Proteinnettverksanalyse avdekker fibronektin 1 (fn1) som sentral node av OB-BMST, med 31 interaksjonspartnere involvert i ECM ombygging (f.eks BGN, Fbln1 , Fmod, Adamts4, Timp1, Postn, Mmp14), skjelettsystemet utvikling (Sparc, Col1a1, Mmp13, Serpinh1), Wnt signal (Sdc1, Ryk, Jup), celle adhesjon (Mcam, Thbs2, Itgb5), angiogenese (jun, Nos3 ), sårheling (GFAP, Lox) og epitelial til mesenchymale overgang (Tgfβ3, Snai1). En annen fremtredende nettverk består av 10 kollagen familiemedlemmer og er knyttet til fn1 ved Sdc1 og 2 (fig. 3C). Analyse av protein interaksjonsnettverk i Core OB-BMST peker på TGFB reseptor og Efrin signalering (Fig. 3D).
Blant de 67 aktiverte oppstrøms regulatorer identifisert for den «vanlige» OB-BMST, 15 representerer vekstfaktorer (Tgfβ1, Ctgf, FGF2, Agt, IGF, Gdf2, Vegfa, BNIP2, Tgfβ3, Bmp4, IGF1, Jag1, Lep, Pdgfb, Inhba) og 6 representerer cytokiner (PRL, Idn1, Il17a, Csf1, Osm, Wnt1) (S3 Bord). For «vanlige» Kjerne OB-BMST, er antallet aktiverte biologiske oppstrøms regulatorer betydelig innskrenket (Tgfβ1, Ephb4, Kdm5b, Nupr1, Igfr1 og FGF2). Bare Tgfβ1 og FGF2 er beholdt fra OB-BMST, og Ephb4 fremstår som en aktivator av den kanoniske TGFB pathway (tabell 1). Tgfβ1 har høyest aktivering score, stringens og største antall spådd målmolekyler for både transcriptomes (tabell 1 og S3 Table).
Analysen av over-representert sekvensmotiver i arrangører av gener Core OB-BMST viser at bare de oppregulert gener har betydelig motiv overrepresentasjon, nemlig for Foxo4, Meis1 og Maz (tabell 2). Prosessene knyttet til Foxo4-, Meis1- og Maz-koblede gener er angiogenese og vaskulogenese (
P
= 10E-09), celle krysset montering og organisasjon (
P
= 10E-05 ) og kollagen fibrillforskningen organisasjon og ekstracellulære matrise organisasjon (
P
= 10E-03).
Sammen funnene ovenfor sterkt at angiogenese og osteogenesis som viktige biologiske prosesser og TGFB som stor signalveien involvert i osteoblastisk beinmetastaser.
OB-BMST og Core OB-BMST delvis overlapper med «stilk cellen nisje» signaturer
litteraturstudie for 96 av de mest up-regulerte gener av Core OB-BMST viser at 32 gener (33,3%) er involvert i OB rekruttering /funksjon, 6 gener (6,3%) i OC rekruttering /funksjon, 34 gener (35,4%) i EF-rekruttering /funksjon og 13 gener ( 13,5%) i MSC differensiering /funksjon. Spesielt, er 10 gener (10,4%) dokumentert HSC nisje komponenter og 9 gener (9,4%) kreftcelle nisje komponenter. Det må tas i betraktning at enkeltgener kan være tilordnet mer enn en kategori. Førti-en gener (42,7%) er relatert til noen av kategoriene ovenfor (tabell 3, S4 tabell).
For ytterligere å underbygge bidraget fra SC nisje relaterte gener til osteoblastiske respons, vi sammenlignet både OB-BMST og Core OB-BMST med to SC nisje underskrifter offentlig tilgjengelige for HSC [13] og for utvikling av prostata (uro-genital mesenchyme, UGM) [14]. OB-BMST inneholder 14 gener (45%) av 31 HSC-genet signatur [13] og 208 gener (14,8%) av 1405 UGM-genet signatur (Fig. 4A og B). Som en effekt av bevaring, 5 (16%) av HSC gener og 141 (11%) av UGM gener blir holdt tilbake i kjerne OB-BMST (Fig.4C og D, tabell 4 og tabell S5). Viktigere, 37% og 42% av oppregulert gener av OB-BMST og Core OB-BMST henholdsvis representerer gener oppregulert også i UGM signatur.
Venn-diagrammer som viser antall overlappende OB -BMST (A og B) og kjerne OB-BMST (C og D) gener med genet signaturer avledet fra det hematopoetiske (A og C) og utvikling av prostata (B og D) stamcelle nisjer. Relativ uttrykk nivåer av
PTN
,
Epha3
,
CD109 Hotell og
Slit3
. E. Vcap (grå,
n
= 3) og C4-2B (svart,
n
= 4) intra-ossøs xenografter; Verdiene er vist som fold endring (gjennomsnitt ± SD) i forhold til kontralaterale og humbug-opererte ben. F. Vcap (grå,
n
= 5) ortotopiske xenografter; Verdiene er vist som fold endring (gjennomsnitt ± SD) i forhold til intakt og humbug-opererte prostata. G. Vcap (grå,
n
= 3) og C4-2B (svart,
n
= 5) subkutane xenografter; Verdiene er vist som fold endring (gjennomsnitt ± SD) i forhold til intakt hud. H. PC-3 (lys grå,
n
= 6) intra-ossøs xenografter; Verdiene er vist som fold endring (gjennomsnitt ± SD) i forhold til kontralaterale og humbug-opererte bein (
n
= 3-4). *,
P
0,01; **
P
0,001; ***,
P
0,0001; ****,
P
0,0001. Forkortelser: HSCs, blodkreft stamceller; UGM urogenitale mesenchyme;
PTN
, pleiotrofinprotein;
Epha3
, Ef reseptor a3;
Slit3
, slit homolog 3.
The Core OB-BMST SC nisje genet
Epha3
er spesifikk for BM /B stroma reaksjon i osteoblastisk bein metastase
oppregulering av 4 representative SC nisje gener, nemlig pleiotrofinprotein (
PTN
), Ef reseptor a3 (
Epha3
),
CD109
og Slit homolog 3 (
Slit3
) i Vcap og C4-2B bein xenografter bekreftes av RT-qPCR analyse (fig. 4E).
Slit3 Hotell og, i mindre grad,
CD109
, er betydelig oppregulert også i stroma av orthothopic Vcap (Fig. 4F).
PTN Hotell og
CD109
er betydelig oppregulert også i stroma av subkutane C4-2B xenografter (Fig. 4G). I kontrast er ingen av de fire SC nisje gener betydelig indusert i stroma av subkutane Vcap xenografter (Fig. 4G). En signifikant induksjon av disse genene er også vist i stroma av bein xenografter for de pro-osteolytisk PC-3-celler (fig. 4 H), men dette er ubetydelig sammenlignet med induksjonen i stroma av bein xenopodet med osteoinduktivt C4-2B og Vcap celler. Disse resultatene indikerer at, i hvert fall i kreftcelletransplantater, induksjon av
Epha3
uttrykk er den mest spesifikke for osteoblastiske respons.
Uttrykk for Core OB-BMST proteiner PTN, EPHA3 og FSCN1 er begrenset til menneskelig PCa bein metastase
for å verifisere overføringsverdi av Core-OB-BMST gener, undersøkte vi protein uttrykk for to SC-nisje komponenter PTN og EPHA3, og av de mest oppregulert gen FSCN1 i normal prostata og bein, og i grunnskolen og beinmetastatisk PCa.
Normal bein og blodkreft marg (fig. 5A) er blottet for PTN immunoreaktivitets. I skjelettmetastaser (fig. 5D), OBS og nylig innleiret osteocytter er PTN-positive, men bare i områder av kreftcelleinfiltrasjon. Kreftceller er stort sett negative, bortsett fra noen få celler i nærhet av bein forming Obs. Ved normal prostata (fig. 5G) isolerte klynger av luminal celler av enkelte acini er PTN-positive, mens de fleste av acini er blottet for PTN immunreaktivitet. Deler av PCa (fig. 5J) er for det meste negativ, med unntak av noen kreftceller i områder med høy Gleason grad (ikke vist).
Immunohistokjemisk påvisning av PTN (A, D, G og J), EPHA3 (B, E, H og K) og FSCN1 (C, F, i og L) i normal ben (A, B og C), i osteoblastisk PCa benmetastase (D, E og F), i normal prostata (G , H og i) og i primær PCa (J, K og L). Innfellinger representerer en høyere forstørrelse på utvalgte områder. Scale bar = 50
μ
m. Forkortelser: PTN, pleiotrofinprotein; EPHA3, Ef reseptor A3; FSCN1, fascin homolog 1.
Sterkt EPHA3-immunoreactive stellignende celler er funnet spredt innenfor normal BM (Fig. 5B), og med økt tetthet i tumor stroma av skjelettmetastaser (Fig. 5E). OBS, osteocytter og p-piller er negative, så vel som de fleste kreftceller. I normal prostata omtrent halvparten av acini er EPHA3 negativ, mens i den andre halvparten diskrete partier av basallaget er positivt (fig. 5H). Positiv farging er også funnet i sjeldne myofibroblasts. I motsetning til dette, i primær PCa, kreftceller i alle neoplastiske acini er alltid EPHA3 negativ, uten modifikasjon av fargemønster i stroma rommet (fig. 5 K).
I normale ben stel celler i hematopoetiske marg er sterkt FSCN1-positive (fig. 5C), men OBS, fôr celler, osteocytter og p-piller er FSCN1-negative. I motsetning til dette, i PCa beinmetastaser (fig. 5F), aktive OBS, osteocytter og fibroblast-lignende stromale celler omkringliggende områder av kreftcellevekst er FSCN1-positive, mens kreftceller er negative. I normal prostata, (Fig. 5I) FSCN1 immunoreaktivitets er oppdaget i egenkapitalbevis for små fartøy og spredte, fibroblast-lignende celler. Ved PCA (Fig. 5L) uttrykket mønster av FSCN1 er lik normal prostata vev.
støtter overføringsverdi av OB-BMST Disse funnene videre og vise at Core OB-BMST inneholder gener som er spesifikt indusert i stroma av bein metastatisk, men ikke av primær PCa.
OB-BMST inneholder også gen signaturer ikke unike for osteoblastisk bein metastase
Som beskrevet ovenfor, konservering strategien har ført til definisjonen av 3 flere komponenter i OB-BMST
en komponent, som dekker 8,7% av OB-BMST gener, stemmer overens med tidligere generert, inflammatoriske, sårheling og desmoplastic respons signaturer [15] -. [19 ] (S6 tabell).
en annen komponent dekker 8,8% av OB-BMST og aksjer gener med underskrifter hentet tidligere fra ikke-osteotropic kreftformer som mage [20], bukspyttkjertel [21], [22], kolorektal [23] og esophageal [24], [25] (S6 tabell).
den siste komponenten dekker 9,9% av OB-BMST og aksjer 88 gener med underskrifter fra primær MCa [12], [ ,,,0],26] – [29] og PCa [29] – [33], som er kjent for sin høye tilbøyelighet til å metastasere til ben (osteotropism) [4], [5] (fig. 2A og S6 tabell). Denne komponenten kan representere en signatur forutsi sykdomsutvikling som bein metastasering. Dessverre er denne muligheten kunne ikke valideres ved PCA siden ingen genuttrykk datasett for metastatisk utfallet av primær PCa er offentlig tilgjengelig.
Diskusjoner
Dette er den første omfattende transkriptomet analyse definere BM /B stroma reaksjon i xenograft modeller PCa-indusert osteoblastisk bein metastasering. Stroma Spesifisiteten av denne transkriptomet, betegnet som OB-BMST, har blitt gitt av den TCTP [11], en fremgangsmåte som tillater den analytiske disseksjon av tumor stromaceller og cancercelle transcriptomes
in situ
, uten fysisk separasjon av to avdelinger.
Osteogenesis og angiogenese er de viktigste prosessene i OB-BMST og Core OB-BMST
GO vilkår, de viktigste oppstrøms- regulatorer og de store effektorceller av OB-BMST og Core OB-BMST sterkt indikerer at osteogenesis og angiogenese er de dominerende prosesser i BM /B stroma reaksjon PCa-indusert, osteoblastisk bein metastasering. Mangelen av gener knyttet til p-piller (4 gener som koder hemmere av OC rekruttering /aktivitet og bare to gener som fremmer OC rekruttering) i Core OB-BMST og mangel på gener som koder for mester faktorer stimulerende OC rekruttering (Rankl, Csf-1 og IL -8) i OB-BMST støtte videre oppfatningen at i osteoblastiske skjelettmetastaser, er det ingen økning i OC rekruttering [34].
osteogenesis.
bidraget av osteogenesis til OB-BMST /Core-OB-BMST kunne forventet og bekrefter robusthet av de to musemodeller av osteoblastisk bein metastase vedtatt i denne studien.
Markører og /eller effektorer av MSC og OB rekruttering og funksjon er høyanriket i Core OB-BMST, hvor de representerer 40% av de 96 mest up-regulerte gener. Dette indikerer at kjerne OB-BMST bedre illustrerer ben kontekstspesifikk, stromal respons på osteoinduktive kreftceller enn den opprinnelige OB-BMST. Videre funn at Osteogensesis relaterte gener blant de beste 30 Kjerne OB-BMST gener er hovedsakelig forårsaket av Vcap celler synes å understreke den høyere osteoinduktivt potensialet i disse cellene, sammenlignet med C4-2B.
Kreft -associated fibroblaster (kafeer) er en ekstra cellepopulasjon bidra til OB-BMST som indikert av:
a)
foreningen med tidligere hentede myofibroblasts /fibroblaster gen signatur [12],
b)
anriking av CAF markører (dvs. Pdgfrb og Sparc) og rekruttering faktorer (Tgfβ1, Tgfβ3, FGF2 og Pdgfbb) [35],
c)
den sentrale plasseringen av CAF-avledet ECM proteiner (fn1 og kollagen) [36] i protein-nettverket og
d)
uttrykk for ASPN og POSTN av myofibroblasts i grunnskolen og beinmetastatisk PCa. Dette funnet er i samsvar med en tidligere studie rapporterer at en CAF signatur er overrepresentert i skjelettmetastaser, sammenlignet med lunge, lever og hjernemetastaser [37].
kafeer og OBS deler en felles celle-of-opprinnelse (MSC /pericyte) og en viss grad av markør uttrykk, og deres rekruttering indusert av identiske vekstfaktorer. Derfor er det fristende å spekulere i at ONS er en ekstra, benspesifikk befolkning på kafeer og at osteoblastiske responsen er en vev-spesifikk manifestasjon av desmoplastic respons på kreftcelle invasjon.
Fscn1
, en av de syv-genet sett, er den øverste oppregulert gen av Core OB-BMST. Dets kodede protein er kritisk for celle-matrise-adhesjon, celle interaksjoner og celle motilitet. I normalt voksent vev, er det uttrykkes utelukkende av dendrittiske celler [38]. I solide kreftformer har FSCN1 i hovedsak vært knyttet til kreftceller og dens stromal uttrykk er generelt oversett [39]. Her viser vi for første gang at i beinmetastaser, er uttrykk for dette proteinet indusert
de novo
i obs og osteocytter, og i kafeer.
