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蛍光活性化細胞選別によるヒト肉腫患者由来異種移植片からの腫瘍開始細胞の単離に関する詳細なプロトコルを説明し、ヒト白血病抗原-1(HLA-1)を陰性マーカーとして用い、さらなる検証を行う。これらのHLA-1陰性腫瘍始発細胞の特徴付け。
腫瘍始動細胞(TIC)の存在と重要性は、過去10年間に証拠を増やすことによって支えられてきました。これらのTICは、腫瘍の開始、転移、および薬剤耐性の原因であることが示されている。したがって、現在の化学療法戦略に加えて、特異的なTICターゲティング療法を開発することが重要であり、主に非TICの大部分に焦点を当てています。チークの悪性腫瘍の背後にあるメカニズムをさらに理解するために、ヒト肉腫のCIを分離し、特徴付ける方法を説明する。本明細書では、ヒト肉腫の患者由来異種移植片(PDX)を生成し、ヒト白血病抗原クラスI(HLA-1)を陰性マーカーとして用いる蛍光活性化細胞選別(FACS)によりICを単離する詳細なプロトコルを示す。また、球体形成アッセイや腫瘍形成アッセイを含むこれらのICを機能的に特徴付け、間葉系経路に沿って分化を誘導する方法についても述べている。PDX TICの分離と特性特性は、潜在的な標的治療試薬の発見の手がかりを提供します。さらに、証拠の増加は、このプロトコルが他のタイプのヒト癌からTICを分離し、特徴付けるためにさらに拡張される可能性があることを示唆している。
ヒト癌の腫瘍内細胞の不均一性は、過去10年間の証拠の増加によって支持されてきた1.正常な組織と同様に、癌組織は、腫瘍形成能力を示すTIC(癌幹細胞とも呼ばれる)の小さなサブ集団で構成されています。一方、癌細胞の大部分は、分化された型2を示す。これらのティックは、幹細胞マーカーの発現および自己再生および非対称細胞分裂の両方の能力を含む幹細胞様特性を示し、したがって、細胞の異種腫瘍3の形成を開始することができる。最近の研究では、TICが腫瘍開始の原因であるだけでなく、腫瘍の攻撃性4、転移5、および薬剤耐性6にも関連していることが明らかになった。したがって、チークの生物学を理解し、これらのTICを対象とした特定の治療戦略を策定することが重要です。
FACS ベースのメソッドは、CD133、CD24、および CD441を含む TIC マーカーを使用して TIC を識別するために使用されています。これらのマーカーのほとんどは、正常な幹細胞7でも発現される。ただし、これらのマーカーのいずれも、単に TIC をマークしません。これらの分子がCIの悪性腫瘍に果たす役割は、まだ明らかではない。例えば、CD133はDNAメチル化によって頻繁に不活性化され、したがって、この腫瘍間不均一性は、これらのマーカー8の精度をレンダリングし得る。ALDH1は、チーク9のステムを維持するためにも機能するマーカーです。乳がんのNCを同定する上でより効果的であるようだが、他の腫瘍タイプ9では依然として疑わしい。いくつかのシグナル伝達経路は、Wnt(翼のない関連統合部位)、TGF-β(変換成長因子ベータ)、およびヘッジホッグ1を含む幹細胞生物学において重要な役割を果たす。しかし、これらの経路がTIC特異的であることを証明し、これらの経路の活性を使用して、チクシーを原発性腫瘍から分離することは困難です。したがって、信頼性の高い新規TICマーカーが緊急に必要とされる。
ヒトMHCクラスIは、HLA-1とも呼ばれ、ほぼすべての核細胞10で発現する細胞表面タンパク質である。HLA-1は、CD8T細胞10によって特異的に認識される分子を提示する抗原として機能する。CD8 T細胞の細胞傷害作用は、癌細胞がHLA-1によって腫瘍抗原を提示すると活性化することができる。したがって、癌細胞の細胞表面にHLA-1を欠いていると、細胞傷害性CD8 T細胞からの免疫脱出につながる可能性がある。HLA-1のダウンレギュレーションは、異なるタイプのヒト癌に記載されており、予後不良、転移、および薬剤耐性11と相関している。我々は、細胞表面上のHLA-1発現の損失が肉腫、ならびに前立腺癌6、12におけるICを同定するために使用できることを示した。
ここでは、FACSによってヒト肉腫PDXからICを分離し、負のマーカーとしてHLA-1を用いて、これらのHLA-1陰性ICをさらに検証し、特徴付ける詳細なプロトコルについて説明する。
ここで議論されたマウス実験のためのすべてのプロトコルは、機関ガイドラインに従って、マウントシナイ医療センター機関人間研究倫理委員会と動物ケアと使用委員会によって承認されました。
1. 肉腫組織試料の処理とPDX形成
2. PDXからのFACSによる腫瘍始動細胞の分離
3. 腫瘍始発細胞の特性
ヒト肉腫PDXが生成され、染色された。腫瘍内不均一性はHLA-1抗体を用いた免疫組織化学によって示された。異種移植片は、HLA-1陽性および陰性(図1A)12という2つの異なる亜集団から構成された。肉腫PDXは、親原発性腫瘍と組織学的類似性を示した(図1A)。肉腫PDX TICはFACSによって分離された。二重選別法を用いて、HLA-1陰性細胞は、親細胞集団から非常に濃縮された(図1B)12。
幹細胞で発現した遺伝子(例えば、Oct4、Nanog、およびMyc)は、HLA-1陽性の細胞と比較した場合、単離されたHLA-1陰性細胞において高発現していることがわかった(図1C)。Sox-9は、乳癌などの他の癌幹細胞において重要な役割を果たしていると報告された発達遺伝子を、HLA-1陰性細胞で特異的に発現した(図1D)。
単離されたHLA-1陰性サブ集団を検証するために、細胞の自己再生能を調べるためにサルコシュフェア形成アッセイを行った。HLA-1陰性細胞は、わずか10セル(図1E)12の初期入力で球を形成することができた。腫瘍形成能を調べるために、シリアル希釈腫瘍形成アッセイが行われた。同じ数のHLA-1陰性および-陽性細胞を、同じマウスの各側面に皮下に注入した。HLA-1陰性細胞は有意に高い腫瘍形成能を示した(図1F)12、一方、HLA-1陰性および-陽性亜集団の両方によって形成された異種移植片は細胞細胞不均一腫瘍であった(図1H)。
単離されたHLA-1陰性TIC12の遺伝子発現解析を行った。正常間葉系細胞分化に関連する遺伝子は、TIC12において上昇した。そこで、HLA-1チークが末端分化に誘導され、腫瘍形成能力が低下するかどうかも試験した。結果は、HLA-1陰性細胞がリポゲン性および骨元経路の両方に沿って分化し、強いオイルレッドOおよびアリザリンレッドS染色を示すために誘導されうることを示した(図1G)。対照的に、HLA-1陽性細胞は同じ条件下で分化しない。したがって、これらの結果は、肉腫のTICを標的にするために使用されうる有望な分化療法戦略を示す。
図1:腫瘍内異種肉腫PDXからのHLA-1陰性細胞の単離(A) HLA-1陰性細胞(矢印)は、免疫組織化学(IHC)によりヒト肉腫の異なるサブタイプで見出された。(a と b)細胞肉腫をクリアします。(c および d)多形性脂肪肉腫。(e および f)レイモミオ肉腫(g および h)悪性末梢神経鞘腫瘍。(i および j)脂肪肉腫、特に指定されていません。(k および l)脂肪肉腫を分解した。スケールバー= 100 μm. (B) 肉腫PDXは親腫瘍(ヘマトキシリンおよびエオシン[H&E]染色)と組織学的に類似しており、IHCによるHLA-1発現において細胞の不均一性を示した。ここでは、透明細胞肉腫(CCS)、脱分化軟骨肉腫(DCS)、および脱分化脂肪肉腫(DDL)を含む肉腫PDXの代表的な写真を示しています。スケールバー = 100 μm. (C) HLA-1陰性細胞のサブ集団を二重ソート法でフローサイトメトリーにより単離した。上から下へ:最初のソート、2番目のソート、および純度チェック。単離されたHLA-1陰性およびHLA-1陽性細胞は、腫瘍形成アッセイを含むその後の機能分析を行った。この図の結果は、前のパブリケーション12からのものです。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:機能アッセイによるHLA-1陰性ICの特徴付け(A) 球体形成アッセイは、わずか10個のHLA-1陰性細胞が肉腫球を形成できることを示した。左:肉腫球の代表的な写真。右: 球体形成周波数;平均±SD.スケールバー=100μm(B)肉腫PDXから単離されたHLA-1陰性細胞は、高い腫瘍原性であった。以下は、DDL由来のHLA-1陰性および-陽性細胞によって形成された腫瘍の代表的な写真である。HLA-1陰性およびHLA-1陽性DDL細胞の千細胞を、同じマウスの別々の側面に注入した。(C) 幹細胞遺伝子のmRNAレベルOct4、Nanog、およびMycはHLA-1陽性細胞と比較してHLA-1陰性細胞において高いレベルで発現した。 データは平均±SD(n=5)を表す。(D)オイルレッドOおよびアリザリンレッドSの強い陽性染色は、肉腫のICから誘導されるリポ原性および骨因性経路に沿った末端分化を示す。(E) HLA-1陽性(左)および-陰性(右)亜集団によって形成されるPDXのHLA-1免疫染色。スケールバー = 100 μm。この図の結果は、前のパブリケーション12からのものです。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
このプロトコルの成功を制限するいくつかの重要なステップは、ヒト肉腫PDXから腫瘍を起こし始める細胞を分離し、特徴付ける。我々は、PDX形成が肉腫のサブタイプに大きく依存することを観察した。組織学的に未分化性の表現型を持つ臨床的積極的な肉腫(例えば、多形非分化肉腫[成功率100%、n=2]、脱分化脂肪肉腫[成功率100%、n=2]、およびシノバル肉腫[ 成功率100%、n=3])はPDX形成の成功率が高い。 一方、分化表現型を持つ肉腫(例えば、十分に分化した脂肪肉腫[成功率0%,n=3])は、より低いPDX形成率を示す。 腫瘍を起用する細胞は、悪性の少ない分化サブタイプよりも高い割合で、より悪性のサブタイプに存在する可能性があります。さらに、細胞の生存率の損失を最小限に抑えるために、腫瘍を起点にする細胞単離手順を1日以内に停止することなく終了することをお勧めします。
我々は、HLA-1陰性細胞がヒト肉腫に広く存在することを同定した。しかし、HLA-1陰性細胞の割合は、異なる患者からのサンプル間で異なる場合があります。この方法により、0.5%未満から30%12以上の範囲のHLA-1陰性細胞を有するサンプルから腫瘍始発細胞を単離することに成功した。単離されたHLA-1陰性細胞の腫瘍始まり細胞同一性を確認するためには、球形成および腫瘍形成アッセイによってHLA-1陰性細胞を機能的に特徴付ける必要がある。
ただし、ここで説明するプロトコルにも制限があります。以前のデータは、HLA-1発現がエピジェネティックに調節され、同じ腫瘍12内におけるHLA-1発現の細胞不均一性の観察と一致することを示した。HLA-1ゲノム変異は肉腫および他の癌タイプで検出された。HLA-1遺伝子の突然変異は、腫瘍全体の細胞表面におけるHLA-1の完全な喪失、または非機能的変異HLA-1を発現させる可能性がある。いずれの場合も、HLA-1否定性は腫瘍内のICを同定するために使用することはできません。
HLA-1をネガティブマーカーとして用いることで、様々なヒト肉腫亜型からチークを分離し、機能解析により結果を検証することに成功しました。そこで、これらのTICを標的とした特異的な治療法を開発するために、TIC上の遺伝子発現解析を含む分子研究を行うことができました。
著者は何も開示していない。
この研究はNCI-P01-CA087497(C.C.C.に)によって支持された。 そして、D.H.とNIH-U 54-0OD020353(C.C.C.、D.H.、およびJ.D.D.)、アジレント思考リーダー賞(C.C.C.C.)、およびマーテル財団(C.C.C.およびJ.D.D.)。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 μm cell culture filter | ThermoFisher | 450-0020 | |
100 mm Petri dish | Falcon | 353003 | |
15 mL conical tube | Falcon | 352196 | |
35 μm cell strainer | Falcon | 352340 | |
50 mL polystyrene tube | Falcon | 352070 | |
96-well ultra-low attachment cell culture plate | Corning | 7007 | |
Alizarin Red S | Sigma-Aldrich | A5533 | |
B-27 | Gibco | 08-0085SA | |
bFGF | Invitrogen | PHG0021 | |
dexamethasone | Sigma-Aldrich | D4902 | |
EGF | Invitrogen | PHG0311 | |
HLA-1-PE antibody | Abcam | ab43545 | |
hMSC growth medium | ATCC | PCS-500-030 | |
indomethacin | Sigma-Aldrich | I7378 | |
isobutylmethylxanthine | Sigma-Aldrich | I5879 | |
isopropanol | Sigma-Aldrich | W292907 | |
Isotype Control Antibody | Abcam | ab103534 | |
L-ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A5960 | |
lithium chloride | Sigma-Aldrich | 62476 | |
Matrigel basement membrane matrix | Corning | 354230 | |
MEM Alpha | Gibco | 12571-063 | |
N2 | Gibco | 17502-048 | |
NSG mice | The Jackson Lab | 005557 | |
Oil Red O | Sigma-Aldrich | O0625 | |
PBS | Corning | 21-040-CM | |
penicillin/streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
RPMI 1640 | Gibco | 11875-093 | |
Syringe with needle | BD | 309626 | |
β-glycerophosphate | Sigma-Aldrich | G9422 |
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