Abstract
kreft stamcelle (CSC) modell viser at svulster er hierarkisk organisert og vedlikeholdes av cscs liggende på toppen. Cscs er blitt «funnet» i en rekke forskjellige tumorer gjennom tumordannende assay, hvor tumorceller utmerker seg ved en viss celleoverflate markør (kjent som en markør CSC) ble separat transplantert inn i mus med immunsvikt. I slike analyser, tumorceller positiv, men ikke negativ for CSC markør (heretter definert som CSC
+ og CSC
– celler, respektivt) har evne til tumor-forming og generering av begge progenies. Men her viser vi at CSC
+ og CSC
– celler utøver tilsvarende spredning i de opprinnelige statene. Ved hjelp av en celle sporing metode, viser vi at CSC
– celler viser lignende tumorigenesis og spredning som CSC
+ celler når de var co-transplantert inn immunsvikt mus. Gjennom serie encellede avledet underlinjen konstruksjon, vi videre vist at CSC
+ og CSC
– celler fra CSC markør uttrykke svulster kan alltid generere både progenies, og deres egenskaper opprettholdes mellom ulike generasjoner uavhengig av opprinnelse (CSC
+ – avledet eller CSC
– avledet). Disse funnene viser at tumorigene celler ikke kan være preget av vanlige CSC markører alene, og vi foreslår at advarsler bør tas når du bruker disse markørene uavhengig for å identifisere kreftstamceller på grunn av fenotypisk plastisitet av tumorceller
Citation. Huang SD, Yuan Y, Tang H, Liu XH, Fu CG, Cheng HZ, et al. (2013) tumorceller positive og negative for Common Cancer Stem Cell Markers Er stand til å initiere tumorvekst og generere Begge progenies. PLoS ONE 8 (1): e54579. doi: 10,1371 /journal.pone.0054579
Redaktør: Daotai Nie, Southern Illinois University School of Medicine, USA
mottatt: 03.11.2011; Godkjent: 13 desember 2012; Publisert: 21 januar 2013
Copyright: © 2013 Huang 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
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av Natural Science Foundation National of China (tilskudd 30471718, 30801094, og 30872552) og Shanghai Municipal Natural Science Foundation (tilskudd 10140902300). 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
Et grunnleggende spørsmål innen svulsten forskning er som cellene kan initiere svulster. To modeller har blitt lagt frem for å forklare initiering av svulster [1], [2]. Den klonal evolusjon modell (også kjent som den stokastiske modellen) impliserer at tumorer omfatter celler med lik karsinogent potensial, og at hvilken som helst funksjonell heterogenitet skyldes tilfeldige eller stokastiske påvirkninger (indre eller ytre) som kan endre oppførselen til individuelle celler i tumoren. I motsetning til kreft stamcelle (CSC) modell (også kjent som hierarkiet modell) hevder at, i likhet med normale vev, som er cellulære hierarkier opprettholdes av stamceller, kan svulster forklares med hierarkiske organisasjoner hvori cscs som ligger ved spissen holde kapasiteten for startfasen, selvfornyelse, og generering av fenotypisk forskjellige celler med ingen eller begrenset proliferativ kapasitet. Talsmenn for CSC modellen foreslår at cscs kan forklare tumor adferd, slik som metastase [3], [4] og resistens mot kjemoterapi eller radioterapi [5] – [9]. Derfor kan CSC-rettet behandling være den fremtidige retningen for svulst behandling [10] – [13].
Gjennom svulst dannende analyse hvor fenotypisk ulike celler ble separat transplantert inn immunsvikt mus, CSC var første «identifisert «in human akutt myeloid leukemi (AML), siden bare CD34
+ CD38
– celler ble funnet å ha evnen til startfasen, selvfornyelse, og generering av celler av andre undergrupper under slike forhold [14]. Siden den gang har xenotransplantasjon eksperimentelle modellen blitt mye brukt i CSC studier. Ved hjelp av forskjellige celleoverflatemarkører, har en stor mengde litteratur blitt publisert som tyder på eksistensen av cscs i en rekke forskjellige tumorer, slik som kronisk myelogen leukemi (CML) [15], [16], akutt promyelocytisk leukemi (APL) [17], [18], brystkreft [19], glioblastom [20] – [23], tykktarmskreft [24] – [26] og melanom [27] -. [30]
det er imidlertid uenighet uavklart med hensyn til hvorvidt tumoren dannende kapasitet av humane tumorceller ble fullstendig reflektert i tidligere studier [31], [32]. Siden effektiviteten av xenotransplantasjon i de fleste tilfeller er vesentlig lavere enn den for syngeniske transplantasjoner, Kelly et al. antydet at tumor-dannende kapasitet av humane tumorceller kan bli alvorlig svekket hos mus miljøet som følge av artsspesifikke forskjeller i affinitet (eller gjenkjennelse) cytokin og vekstfaktorreseptorer for sine beslektede ligander [33]. Dessuten Quintana et al. anvendes et mer sterkt redusert immunforsvar musestamme (NOD /SCID interleukin-2-reseptor gamma-kjeden null [ll2rg – /-]) for xenotransplantasjon analyse og funnet at dette kan dramatisk øke den detekterbare hyppigheten av celler med karsinogent potensial i human melanoma, noe som tyder på at den tumor dannende kapasitet på humane tumorceller kan bli sterkt svekket på grunn av immun innflytelse i det utenlandske miljøet [34]. Disse førte oss til å stille spørsmål om den proliferative og tumorigent kapasitet på humane tumorceller, spesielt at av «non-cscs» kunne ha vært undervurdert i tidligere studier.
I denne studien har vi evaluert spredning og apoptose av de antatte cscs (CSC
+ -celler) og ikke-cscs (CSC
– celler) i primære tumorer, samt tumorcellelinjer ved flowcytometri. I motsetning til de tidligere rapportene fra konvensjonelle xenotransplantasjon analyser (transplantere CSC
+ og CSC
– celler separat), hvor CSC
– celler ble vist å ha ingen eller begrenset proliferativ kapasitet [1], [35] [36], fant vi ingen signifikante forskjeller i spredning og apoptose mellom de to undergrupper i naturlig tilstand. Vi ansatt ytterligere en celle tracing teknikk for å følge spredning, tumorigenitet av CSC
+ og CSC
– celler. Vi valgte å studere celler fra flere tumorcellelinjer i stedet for primære svulster, noe som kanskje omfatter genetisk forskjellige celler [27], [37]. Det ble funnet at CSC
– celler utstilt lignende proliferativ og tumorigene kapasiteter som CSC
+ celler når de to undergrupper coexisted. Videre kan begge undergrupper gi opphav til CSC
+ samt CSC
– progenies, mens egenskapene til CSC
+ (eller CSC
-) celler ble opprettholdt mellom forskjellige generasjoner uavhengig av sin opprinnelse (CSC
+ – avledet eller CSC
– avledet). Våre resultater tyder på at CSC markører bør brukes judiciously å skille kreftstamceller fra andre kreftceller på grunn av deres fenotypisk plastisitet.
Resultater
Uttrykk for CSC markører varierer enormt i humane primære svulster og tumorcellelinjer
Tidligere studier antydet at leukemogent /tumorigent celler ble begrenset til en sjelden populasjon av tumorceller som uttrykker visse CSC markører [35], [36]. Ved hjelp av en trypsin-free dissosiasjon protokollen (for å opprettholde epitop integritet), vi har oppdaget at prosentandelen av CSC markør positive celler (f.eks CD34
+ CD38
– for AML, APL, og CML, CD44
+ CD24
– for brystkreft, CD133
+ for glioblastom og tykktarmskreft, og CD271
+ for melanom) i humane primære svulster samt tumorcellelinjer ved flowcytometrisk analyse. Vi har funnet at et betydelig antall av primære tumorer eller tumorcellelinjer ikke uttrykker disse CSC markører (figur 1A), som er forenlig med noen andre rapporter [38], [39]. I tillegg utførte vi kvantitativ RT-PCR og funnet at celler (både CSC
+ og CSC
-) fra CSC markør uttrykke svulster, men ikke celler fra CSC markør ikke-uttrykk svulster, uttrykker CSC markør mRNA (Tall 1B-F og fig S1), noe som tyder på at den CSC markør som uttrykker og ikke-uttrykkende tumorer kan stamme fra forskjellige typer av tumorceller. I primære svulster og kreftcellelinjer som uttrykker disse CSC markører, prosentandelen av CSC markør positive celler variert enormt, fra 0,4% i en AML til så høyt som 82,7% i et tykktarmskreft (figur 1A).
(A) prosent~~POS=TRUNC CSC markør-positive celler fra humane primære tumorer (n = 10 for hver type) og tumorcellelinjer. Enkeltcellesuspensjoner ble fremstilt, fulgt av strømningscytometrisk analyse. Prikker representerer prosentandelen av CD34
+ CD38
– celler i AML, APL, og CML, CD44
+ CD24
– celler i brystkreft, CD133
+ celler i glioblastom og tykktarmskreft og CD271
+ celler i melanom prøver. (B-F) CSC markør mRNA ekspresjonsnivå av celler (CSC
+ og CSC
– celler fra CSC markør uttrykkende tumorcellelinjer og celler fra ikke-uttrykk tumorcellelinjer) ble analysert ved QRT-PCR og normalisert til
GAPDH
. Nivået på CD34 mRNA i KG-1 CSC
+ celler, CD44 mRNA i MCF-7 CSC
+ celler, CD133 mRNA i SHG-44 og Caco-2 CSC
+ celler, CD271 mRNA i A375 CSC
+ celler, ble vilkårlig betegnet som 1,0 for leukemi, brystkreft, glioblastom, tykktarmskreft, melanom prøver, henholdsvis. Fotografier viser RT-PCR produktene og histogrammer viser CSC markør mRNA-ekspresjonsnivået av celler fra leukemi (B), brystkreft (C), glioblastom (D), tarmkreft (E), og melanom (F) cellelinjer. Merk at celler fra CSC markør non-uttrykke tumorcellelinjer (U37, U81, COLO320, LoVo, LS174T) uttrykker ikke CSC markør mRNA
CSC
-. Kreftceller viser lignende spredning som CSC
+ kreftceller i de innfødte statlige
for å undersøke spredning av de antatte cscs (CSC
+ celler) og ikke-cscs (CSC
– celler) i naturlig tilstand, vi målte prosentandelen av prolifererende og apoptotiske celler av de to undergrupper i CSC markør som uttrykker primære tumorer (f.eks AML, APL, CML, brystkreft, glioblastom, tykktarmskreft og melanom) ved strømningscytometri. Som vist på figurene 2A og 2B, er prosentandelen av Ki-67 positive celler, og prosentandelen av Annexin V
+ 7-AAD
– celler avvek ikke signifikant mellom de to undergrupper. Lignende resultater ble oppnådd i
in vitro plakater (figur 2C og 2D) og
in vivo plakater (figur 2E og 2F) studier av CSC markør uttrykker human tumorcellelinjer. Disse resultater antyder at den proliferative kapasiteten til CSC
– celler som er lik den for CSC
+ celler i nativ tilstand
(A, B) CSC markør som uttrykker primære prøven ble valgt til å gjennomgå. Ki-67 uttrykk og apoptose analyse. Data representerer gjennomsnitt ± SEM; n = 10 for hver type av leukemi, n = 8 for glioblastom og for tykktarmskreft, n = 9 for brystkreft og til melanom. (A) Ki-67 uttrykk for CSC
+ og CSC
– celler fra humane primære svulster. Enkeltcellesuspensjoner av humane primære tumorer ble farget med antistoffer som er spesifikke til de CSC markører og Ki-67-FITC, etterfulgt av strømningscytometrisk analyse. (B) apoptose analyse av CSC
+ og CSC
– celler fra humane primære svulster. Enkelt celle suspensjoner av humane primære svulster ble farget med antistoffer spesifikke for CSC markører og Annexin V-FITC /7-ADD, etterfulgt av flowcytometrisk analyse. (C-D) Ki-67 uttrykket (C) og apoptose (D) assay av CSC
+ og CSC
– celler fra humane tumorcellelinjer dyrket i serumholdig medium. Data representerer gjennomsnitt ± SEM fra 3 uavhengige eksperimenter. (E-F) Ki-67 uttrykket (E) og apoptose (F) assay av CSC
+ og CSC
– celler av xenotransplantater avledet fra humane tumorcellelinjer. Data representerer gjennomsnitt ± SEM fra 3 uavhengige eksperimenter. (G) DsRed-merket CSC
+ og EGFP-merket CSC
– celler som stammer fra samme tumor-cellelinjer ble blandet i henhold til de opprinnelige forhold og ko-dyrket i serumholdig medium i 20 passasjer. Dots viser forholdet mellom CSC
+ – avledet til CSC
– avledet (DsRed: EGFP) celler på ulike passasjer. Data representerer gjennomsnitt ± SEM fra 3 uavhengige eksperimenter
For å følge spredning av CSC
+ og CSC
-. Celler, vi ansatt en celle tracing teknikk utviklet for å simulere den videre
in situ
miljø der begge undergrupper sameksistere. DsRed-merket CSC
+ og EGFP-merket CSC
– celler som stammer fra samme tumor-cellelinjer ble blandet i henhold til de opprinnelige forhold og ko-dyrket i serumholdig medium for 20 passasjer (se eksperimentelle prosedyrer for detaljer ). Flowcytometri analyse viste at forholdet mellom CSC
+ – avledet til CSC
– avledet (DsRed: EGFP) cellene forble stort sett uendret gjennom hele prosessen (figur 2G). Disse dataene tyder på at både CSC
+ og CSC
– celler kan forplante omfattende
CSC
-. Kreftceller vises lignende svulst dannende kapasitet som CSC
+ kreftceller ved co -transplantation
i lys av ovennevnte funn, undersøkte vi svulsten dannende kapasitet på CSC
+ og CSC
– celler ved co-transplantasjon samt konvensjonell xenotransplantasjon (transplantere CSC
+ og CSC
– celler separat). DsRed-merket CSC
+ og EGFP-merket CSC
– celler stammer fra de samme kreftcellelinjer ble blandet i sin opprinnelige forholdet. Forskjellig antall CSC
+, CSC
– eller blandede celler ble injisert under nyrekapselen av sublethally bestrålte NOD-SCID-mus, henholdsvis. Det ble funnet at begge CSC
+ og CSC
– celler kunne initiere tumordannelse når transplanterte separat, selv om frekvensen av tumordannelse ved CSC
– celler var signifikant lavere enn det i CSC
+ -celler (tabell S1). Når CSC
+ og CSC
– celler ble ko-transplantert, de xenotransplantater var sammensatt av både CSC
+ – avledet (DsRed) og CSC
– avledede (EGFP) celler, som vist i figurene 3A og 3B. Viktigere, strømningscytometri-analyse viste at forholdene mellom CSC
+ – avledes til CSC
– avledede (DsRed: EGFP) celler i xenotransplantater var ikke signifikant forskjellige fra forholdene mellom CSC
+ til CSC
– (DsRed: EGFP) celler i blandingene som hadde blitt injisert (figurene 3C og 3D, tabell 1). Vi utførte xenotransplantasjon ned til den tredje passasje. Flowcytometri analyse viste at forholdene mellom CSC
+ – avledet til CSC
– avledet (DsRed: EGFP) celler i xenografter forble stort sett uendret mellom de ulike passasjene (tabell 1). Disse dataene tyder på at selv om CSC
+ celler kan være mer tumorigent når studeres separat, pre-isolerte CSC
– celler kan opprettholdes i co-transplatation modell. Studiene innebærer også at svulsten dannende kapasitet på CSC
-. Celler kan bli undervurdert hvis de er studert separat i et fremmed miljø
(A og B) DsRed-merket CSC
+ og EGFP-merket CSC
– celler som stammer fra de samme kreftcellelinjer ble blandet til sin opprinnelige forholdet og co-transplantert inn sublethally bestrålte NOD-SCID mus. Fotografier representerer fluorescerende bilder (A) og hematoxylin og eosin-farging (B) av seriesnitt av xenotransplantater avledet fra KG-1, MCF-7, SHG44, Caco-2 og A375. Scale bar = 100 mikrometer. (C) strømningscytometrisk kontur plott viser prosentandelen av DsRed og EGFP celler i xenotransplantater. (D) histogrammer viser forholdet mellom CSC
+ til CSC
– (DsRed: EGFP) celler i injeksjoner og forholdet mellom CSC
+ – avledes til CSC
– avledet (DsRed: EGFP ) celler i xenografter. Data representerer gjennomsnitt ± SEM fra 3 uavhengige eksperimenter.
plastisitet CSC markør basert hierarki i CSC markør uttrykke svulster
Uventet, vi fant ut at et betydelig antall CSC
+ celler var tilstede i CSC
– avledet populasjoner både
in vitro Hotell og
in vivo Hotell og prosentandelen av CSC
+ celler i CSC
+ – og CSC
– avledet populasjoner var sammenlign etter kultivert (eller xenotransplanted) i flere passasjer (Tabell S2), noe som tyder på at CSC
– celler i CSC markør uttrykker svulster kan gi opphav til CSC
+ celler . For å bekrefte at CSC
+ celler i CSC
– avledet befolkning var faktisk progenies av CSC
– celler og ikke et resultat av celle forurensning introdusert i løpet celle sortering [40], vi målt (i CSC markør uttrykker tumorcellelinjer, ved hjelp av flowcytometri) prosentandelen av CSC markør positive celler i single CSC
+ – avledet eller CSC
– avledet underlinjer. Som vist i Figur 4 og Figur S2, både CSC
+ og CSC
– celler var i stand til å generere enkeltcelleavledet underlinjer og gir opphav til de to undergrupper. I utgangspunktet prosentandelen av CSC markør positive celler i enkelt CSC
– avledet underlinjer var betydelig lavere enn i single CSC
+ – avledet underlinjer. Imidlertid, over en forlenget periode av kulturen (omtrent 20 passasjer, se eksperimentelle prosedyrer for detaljer), prosentandelen av CSC markør-positive celler i hver sublinje ble statistisk lik den til den opprinnelige tumorcellelinjer. I tillegg fant vi at klonen forming effektiviteten av CSC
– celler varierte fra 36,1% i Caco-2 til 70,3% i THP-1 (figur S3). Spesielt andelen klone danner CSC
– er celler langt høyere enn frekvensen av forurensning av CSC
+ celler (falske negative celler, vanligvis lavere enn 0,1%) i CSC
– befolkningen sortert etter FACS. Disse resultatene indikerer at CSC
– celler kan gi opphav til CSC
+ celler i CSC markør uttrykker humane tumorer
(A-E) CSC
+ og CSC
-. Celler fra den opprinnelige tumorcellelinjer ble valgt for å generere én-celle avledet underlinjer (SCDSLs). Prosentandelen av CSC markør positive celler i den opprinnelige tumorcellelinjer eller SCDSLs (passasje 1 og passasjen 20) i KG-1 (A), MCF-7 (B), SHG44 (C), HT-29 (D), og A375 (E) ble analysert ved flow-cytometri. Boksplott viser prosentandelen av CSC markør positive celler i SCDSLs, med kinnskjegg som representerer minimums- og maksimumsverdier, de sentrale linjene representerer medianverdien, og bokser som representerer den 25. og 75. persentil. Histogrammene viser prosentandelen av CSC markør positive celler i opprinnelige tumorcellelinjer og SCDSLs. Data over SCDSLs representerer gjennomsnitt ± SEM fra 100 prøver; Data over opprinnelig tumorcellelinjer representerer gjennomsnitt ± SEM fra 3 uavhengige eksperimenter; **
P
0,01 av uavhengige
t
-test
Vi har gjennomført den encellede avledet underlinjen konstruksjonen ned til tredje generasjon (figur 5A. ). Uavhengig av generasjoner eller opprinnelse (CSC
+ – avledet eller CSC
– avledet), inneholdt hver og underlinjen et betydelig antall CSC
+ celler (figur 5B og 5C, figurene S4A og S4B) , og andelen av CSC markør positive celler i enkelt CSC
+ – avledet (eller CSC
– avledet) underlinjer var sammenlignbar i alle generasjoner (Tall 5D og 5E, figurene S4C og S4D). Spesielt kan begge undergrupper alltid generere CSC
+ og CSC
– progenies i alle generasjoner, og ingen underlinjer besto utelukkende av CSC
+ eller CSC
– celler. Videre studerte vi spredning og tumorigenesis av CSC
+ (eller CSC
-) celler fra forskjellige generasjoner (figur 6A). Som vist i figur 6B, 6C og figur S5, prosentandel av Ki-67 positive celler, prosentandel av Annexin V
+ 7-AAD
– celler, og hyppigheten av tumorigene celler var statistisk lik på tvers av generasjoner tross av opprinnelsen. Disse resultatene viser at CSC
-. Celler er i stand til å generere CSC
+ celler og foreslå at det er stor plastisitet av disse vanlige CSC markører i disse svulstene
(A) Prinsippskisse viser konstruksjon av serie encellede avledet underlinjer (SCDSLs). CSC
+ og CSC
– celler fra den opprinnelige tumorcellelinjer ble valgt til å generere SCDSLs og vilkårlig klassifisert som generasjon 1 SCDSLs (herunder G
1
+ og G
1
-). CSC
+ og CSC
– celler fra G
1 SCDSLs ble valgt til å generere G
2 SCDSLs (herunder G
1
+ G
2
+, G
1
-G
2
+, G
1
+ G
2
– og G
1
-G
2
-). Vi gjentok prosedyren til G
3 SCDSLs ble oppnådd. (B-E) Prosentandelen av CSC markør positive celler i SCDSLs fra KG-1, MCF-7, SHG44, Caco-2 og A375 ble analysert ved hjelp av strømningscytometri når cellen mengde nådde ca. 1 x 10
6. Boksplott viser prosentandelen av CSC markør positive celler i single CSC
+ – avledet (B) og CSC
– avledet (C) underlinjer fra forskjellige generasjoner, med kinnskjegg som representerer minimum og maksimum verdier, sentral linjer som representerer medianverdien, og boksene som representerer den 25. og 75. persentil. Histogrammene viser prosentandelen av CSC markør positive celler i enkelt CSC
+ – avledet (D) og CSC
– avledet (E) underlinjer fra forskjellige generasjoner. Data representerer gjennomsnitt ± SEM fra 100 prøver, hver fra en uavhengig serie SCDSL konstruksjon.
(A) Prinsippskisse viser cellen klassifikasjon basert på generasjon og CSC markør uttrykk. Celler fra de opprinnelige tumorcellelinjer ble vilkårlig klassifisert som generasjon 1 (G
1) celler og sortert i CSC markør positive (G
1
+) og negative (G
1
– ) -celler. G
1
+ og G
1
– Cellene ble deretter spredte (fra 1 × 10
2 til ca 1 × 10
8) til å generere G
2 ( inkludert G
1
+ G
2
+, G
1
+ G
2
-, G
1
-G
2
+ og G
1
-G
2
-) celler. Vi gjentok prosedyren til G
3 celler ble oppnådd. (B og C) CSC
+ og CSC
– celler fra forskjellige generasjoner ble anvendt for proliferative og tumorigene analyser. Histogrammene viser prosentandelen av Ki-67-positive celler, hvor mange prosent av Annexin V
+ 7-AAD
– celler, og hyppigheten av tumorigene celler av CSC
+ celler (B) og CSC
–celler (C) fra forskjellige generasjoner i KG-1, MCF7, SHG44, Caco-2 og A375. Frekvens av tumorigene celler ble beregnet ved hjelp Extreme begrensende fortynning Analysis programvare. Andre data er uttrykt som gjennomsnitt ± SEM fra 3 uavhengige eksperimenter.
Diskusjoner
Spørsmålet om hvilken kreftceller bidrar til tumorprogresjon har grunnleggende betydning for terapi. Hovedsakelig basert på funnene at bare kreftceller som uttrykker visse celleoverflatemarkører kunne initiere tumorvekst når transplantert inn immunsvikt mus, talsmenn for CSC-modellen foreslår at svulster er hierarkisk organisert og dermed svulst behandling bør være rettet mot å eliminere tumorigene celler (dvs. cscs) [2], [41], [42]. Men her viser vi at tidligere identifiserte CSC markører (f.eks CD34
+ CD38
– for AML, APL, og CML, CD44
+ CD24
– for brystkreft, CD133
+ for glioblastom og tykktarmskreft, CD271
+ for melanom) trenger ikke nødvendigvis å filtrere ut tumorigene celler i disse tumorene, fordi begge CSC
+ og CSC
– celler kan initiere tumorvekst og gi opphav til begge progenies ( dvs. CSC
+ og CSC
– celler). Våre data heve interessante spørsmål om plastisitet av svulsten hierarkiet.
CSC-modellen tar for gitt at oppstart av tumordannelse er drevet av cscs mens den ikke-cscs, som komponerer det meste av celler i en svulst, har ingen eller begrenset kapasitet for initiering av tumordannelse [1], [35], [36]. På den annen side ble cscs rapportert å være mer hvilende enn ikke-cscs [41], [43]. Hvis grunnleggende forskjeller i proliferativ potensialet eksisterer mellom cscs og ikke-cscs, bør slike forskjeller lett oppdages ved immunhistokjemisk eller flowcytometrisk analyse av celleproliferasjon. Men her viste vi at proliferasjon og apoptose av de antatte cscs (CSC
+ celler) og ikke-cscs (CSC
– celler) var bemerkelsesverdig lik i primære tumorer og tumorcellelinjer, noe som tyder på at den proliferative kapasitet av CSC
– celler kan ha blitt alvorlig undervurdert i tidligere studier hvor CSC
+ og CSC
– celler ble separat transplantert inn dyrene. Derfor etablerte vi en celle sporing metode utviklet for å simulere
in situ
miljø hvor CSC
+ og CSC
– celler eksistere. I motsetning til tidligere rapporter som CSC
– cellene hadde ingen eller begrenset evne til spredning og dermed ikke starte tumorvekst [35], [36], viste vi at CSC
– celler utstilt lignende spredning eller bærekraft som CSC
+ celler når begge undergrupper var co-kultivert
in vitro
eller co-transplantert inn dyrene i henhold til de opprinnelige forhold. Disse dataene antyder sterkt at, i tillegg til CSC
+ celler, CSC
-. Celler også er i stand til spredning og tumorigenesis
CSC-modellen viser en svulst som en mobil hierarki der bare cscs ligge ved toppunktet har evnen til selvfornyelse og generere celler av resten. Tilgjengelige bevis som støtter CSC modell for det meste kommer fra svulstdannende studier. Som tidligere nevnt, kan den tumor-dannende analysen ikke være tilstrekkelig til å demonstrere en hierarkisk organisasjon, siden de tumor-dannende kapasitet av tumorceller kan bli dramatisk påvirket av de indre og ytre faktorer [33], [34], spesielt når forskjellige undergrupper av tumorceller er studert hver for seg i et fremmed miljø. På den annen side, selv om noen studier viste at CSC
– (CD133
-) celler i glioblastom [38] og tykktarmskreft [39] kan initiere tumorvekst, uansett om det er et CSC markør basert hierarki disse svulstene ble ikke undersøkt grundig. I denne studien undersøkte vi skjebnen til celler avledet fra antatte cscs (CSC
+ celler) og ikke-cscs (CSC
– celler) ved celle tracing under forutsetning der de to undergrupper coexisted. Vi fant både CSC
+ og CSC
– celler kunne påvises i progenies avledet fra CSC
+ (eller CSC
-) celler både
in vitro Hotell og
i vivo
. Gjennom serie enkelt-celle avledet sublinje konstruksjonen med celler fra tumorcellelinjer, vi videre demonstrert at CSC
– så vel som CSC
+ -celler fra CSC markør som uttrykker tumor kan alltid gi opphav til både progenies, og den proliferative eller tumorigent kapasitet på CSC
+ (eller CSC
-) celler ble opprettholdt mellom ulike generasjoner, uavhengig av opprinnelse (CSC
+ – avledet eller CSC
– avledet). Disse dataene gir sterke bevis på at det ikke er vanlig CSC markør basert hierarki i disse svulstene.
Cell overflatemarkører har vært mye brukt for å skille cscs fra ikke-cscs og de fleste av de tidligere studier antydet at cscs var begrenset til en sjelden populasjon av tumorceller [35], [36]. Men våre data tyder på at uttrykket av celleoverflatemarkører er mer kompleks enn tidligere anerkjent. I overensstemmelse med noen andre rapporter [38], [39], viste vi ved flowcytometrisk analyse at prosentandelen av CSC markør-positive celler varierte enormt (som varierer fra 0,4% i en AML til så høyt som 82,7% i en tykktarmskreft) i CSC markør som uttrykker tumor og at et betydelig antall av primære tumorer eller tumorcellelinjer som ikke uttrykte disse CSC markører. Gjennom kvantitativ RT-PCR, vi videre avdekket at celler (både CSC
+ og CSC
-) fra CSC markør uttrykke svulster, men ikke celler fra CSC markør ikke-uttrykk svulster uttrykt CSC markør mRNA, noe som tyder på at CSC markør uttrykkende og ikke-uttrykkende tumorer kan stamme fra forskjellige typer av tumorceller. Spesielt, i motsetning til både CSC modellen og klonal evolusjon modell, der den fenotypiske heterogenitet skyldes epigenetiske og genetiske endringer, henholdsvis, viser vi at ekspresjonen av CSC markører på celler fra CSC markør uttrykkende tumorcellelinjer kan være dynamisk. Et slikt fenomen ble også nevnt av andre i noen menneskelige primærsvulster [44] – [46] og tumorcellelinjer [45], [46]. . Enten slike fenomen eksisterer i andre primære svulster garanterer videre etterforskning
De foreliggende data viser at både CSC
+ og CSC
– celler har evnen til tumorigenesis og at uttrykket av CSC markører er reversibel . Men vi utelukker ikke funksjonell heterogenitet mellom de to undergrupper som CSC
+ celler utstilt høyere tumorigenicity enn CSC
– cellene når de ble transplantert separat i mus. Tidligere ble CSC
+ celler rapportert å vise større immuntoleranse (f.eks CD271
+ humane melanomceller [29]) og høyere utskillelse av vekstfaktorer (f.eks CD133
+ menneske glioblastom celler [47] ) enn CSC
– celler. Dermed kan høyere tumorigenisitet av CSC
+ -celler i xenotransplantasjon enten være på grunn av deres bedre tilpasning til den utenlandske miljøet og /eller deres evne til å utskille vekstfaktorer som er kritiske for celle overlevelse og proliferasjon. Hvorvidt CSC
+ og CSC
– celler kan vise utilslørt forskjeller i startfasen, metastase, og resistens mot kjemoterapi eller strålebehandling i den menneskelige miljøet gjenstår å bli ytterligere undersøkt. En bedre forståelse av de underliggende mekanismene for den funksjonelle heterogenitet kan gi viktige ledetråder for utvikling og evaluering av nye kreftbehandlinger.
Konklusjoner
Den nåværende Undersøkelsen viser begrensningen av å bruke vanlige CSC markører for å identifisere en cellepopulasjon (dvs. cscs) som er
utelukkende
stand til prolifererende og initiering av tumorvekst i tumorcellelinjer vi studert. Våre data er mer støttende av klonal evolusjon modell hvor de fleste av tumorcellene er i stand til proliferasjon og tumorigenesis og funksjonell heterogenitet av tumorceller skyldes tilfeldige eller stokastiske påvirkninger (indre eller ytre). Denne konklusjonen er basert på funnene som kjøl antatte cscs (CSC
+ celler) og ikke-cscs (CSC
– celler) viste tilsvarende kapasitet for spredning og tumordannelse og at begge undergrupper kan gi opphav til CSC
+ og CSC
– progenies. Våre resultater tyder på begrensningene ved bruk av disse markørene selvstendig å skille kreftstamceller fra ikke-tumorigene celler på grunn av fenotypisk plastisitet av tumorceller.
Materialer og metoder
Etikk uttalelse
<
