Method Article
Nós descrevemos um protocolo detalhado para a isolação de pilhas tumor-iniciando dos xenoenxertos paciente-derivados do sarcoma humano pela seleção fluorescência-ativada da pilha, usando o antígeno-1 humano da leucócito (HLA-1) como um marcador negativo, e para a validação mais adicional e caracterização destas pilhas tumor-iniciando HLA-1-Negative.
A existência e a importância de pilhas tumor-iniciando (TICs) foram apoiadas aumentando a evidência durante a década passada. Estes TICs foram mostrados para ser responsáveis para a iniciação do tumor, a metástase, e a resistência da droga. Conseqüentemente, é importante desenvolver a terapia específica do TIC-alvejante além do que as estratégias atuais da quimioterapia, que focalizam na maior parte no volume de non-TICs. A fim compreender mais mais o mecanismo atrás da malignidade dos tiques, nós descrevemos um método para isolar e caracterizar tiques em sarcomas humanos. Nisto, nós mostramos um protocolo detalhado para gerar xenoenxertos paciente-derivados (PDXs) de sarcomas humanos e para isolar o TICs pela seleção fluorescência-ativada da pilha (FACS) usando a classe humana I do antígeno da leucócito (HLA-1) como um marcador negativo. Também, nós descrevemos como caracterizar funcionalmente estes tiques, incluindo um ensaio da formação da esfera e um ensaio da formação do tumor, e para induzir a diferenciação ao longo das vias mesenquimais. O isolamento e a caracterização de PDX TICs fornecem pistas para a descoberta de potenciais reagentes terapêuticos de direcionamento. Além disso, o aumento da evidência sugere que este protocolo pode ser ampliado para isolar e caracterizar tiques de outros tipos de cânceres humanos.
A heterogeneidade celular intratumoral de cancros humanos foi apoiada aumentando a evidência durante a década passada1. Similar ao tecido normal, o tecido do cancro consiste em uma subpopulação pequena dos tiques (igualmente chamadas pilhas de haste do cancro), que exibem a habilidade tumor-dando forma; Enquanto isso, a maior parte das células cancerosas exibem fenótipos diferenciados2. Estes tiques mostram Propriedades tipo células-tronco, incluindo a expressão de um marcador de células-tronco e a capacidade de autorenovação e divisão celular assimétrica, podendo, assim, iniciar a formação de um tumor celular heterogêneo3. Estudos recentes revelaram que os tiques não são apenas responsáveis pela iniciação tumoral, mas também estão associados à agressividade tumoral4, metástase5e resistência a fármacos6. Portanto, é importante compreender a biologia dos tiques e, assim, desenvolver uma estratégia específica de tratamento visando esses tiques.
Os métodos baseados em FACS têm sido usados para identificar tiques usando marcadores TICs, incluindo CD133, CD24 e CD441. A maioria desses marcadores também são expressos em células-tronco normais7. No entanto, nenhum desses marcadores marca apenas tiques. Os papéis que essas moléculas desempenham na malignidade dos tiques ainda não estão claros. Por exemplo, CD133 pode ser freqüentemente inativado por metilação de DNA, e assim, essa heterogeneidade intertumoral pode tornar a acurácia desses marcadores8. ALDH1 é um marcador que também funciona para manter o células de TICs9. Parece ser mais eficaz na identificação de tiques de câncer de mama, mas ainda é questionável em outros tipos de tumores9. Algumas vias de sinalização desempenham papéis importantes na biologia das células-tronco, incluindo WNT (site de integração relacionada à wingless), TGF-β (fator de crescimento transformador beta) e Hedgehog1. Mas é difícil provar que estes caminhos são TIC-específicos e usar a atividade destas vias para isolar tiques de tumores primários. Assim, um marcador de TIC novela confiável é urgentemente necessário.
A classe humana de MHC I, igualmente chamada HLA-1, é uma proteína de superfície da pilha expressada em quase todas as pilhas nucleadas10. HLA-1 funciona como um antígeno que apresenta uma molécula que seja reconhecida especificamente por pilhas de T CD810. O efeito citotóxico das células T CD8 pode ser ativado quando as células cancerosas apresentam um antígeno tumoral por HLA-1. Portanto, a falta de HLA-1 na superfície celular das células cancerosas pode levar a um escape imune das células T citotóxicas CD8. O downregulation de HLA-1 foi descrito em tipos diferentes de cancro humano e é correlacionado com o prognóstico pobre, a metástase, e a resistência de droga11. Nós mostramos que a perda da expressão de HLA-1 na superfície da pilha pode ser usada para identificar tiques nos sarcomas, assim como no cancer de próstata6,12.
Aqui, nós descrevemos um protocolo detalhado para isolar tiques do sarcoma humano PDXs por FACS, usando HLA-1 como um marcador negativo, e para validar mais e caracterizar estes TICs HLA-1-Negative.
Todos os protocolos para experimentos de mouse discutidos aqui foram de acordo com as diretrizes institucionais e aprovados pelo Comitê de ética em pesquisa humana do Mount Sinai Medical Center e pelo Comitê de cuidados e uso de animais.
1. processamento da amostra de tecido do sarcoma, e formação de PDX
2. isolamento do tumor-iniciando células por FACS a partir do PDX
3. caracterização de células iniciantes tumorais
Um sarcoma humano PDX foi gerado e manchado. A heterogeneidade de intratumoral foi mostrada por immunohistochemistry usando o anticorpo de HLA-1. O Xenoenxerto consistiu de duas subpopulações distintas, a saber, HLA-1 positivas e negativas (Figura 1a)12. O sarcoma PDX mostrou semelhanças histológicas com o tumor primário parental (Figura 1a). O sarcoma PDX TICs foi isolado por FACS. Usando um método de triagem dupla, as células HLA-1-negativas foram altamente enriquecidas a partir da população de células parentais (Figura 1b)12.
Genes expressos em células-tronco (por exemplo, Oct4, NANOG e Myc) foram altamente expressos em células HLA-1-negativas isoladas quando comparados aos seus homólogo HLA-1-positivo (Figura 1C). Sox-9, um gene desenvolvente relatado para jogar papéis importantes em outras pilhas de haste do cancro, como na carcinoma do peito, foi expressado especificamente em pilhas de HLA-1-Negative (Figura 1D).
Para validar a subpopulação isolada de HLA-1-Negative, um ensaio da formação do sarcosphere foi executado para examinar a habilidade da Self-renovação das pilhas. As células HLA-1-negativas foram capazes de formar esferas com uma entrada inicial de tão pouco quanto 10 células (Figura 1e)12. A fim examinar a habilidade tumor-dando forma, um ensaio da tumor-formação da diluição da série foi executado. Os mesmos números de pilhas HLA-1-Negative e-positivas foram injetados por via subcutânea em cada flanco do mesmo rato. As células HLA-1-negativas mostraram uma capacidade de formação tumoral significativamente maior (Figura 1F)12, enquanto os xenoenxertos formados por subpopulações HLA-1-negativas e positivas foram tumores celulares heterogêneos (Figura 1h).
Nós executamos uma análise da expressão de gene do TICs isolado HLA-1-Negative12. Os genes associados com a diferenciação de pilha mesenquimais normal eram elevados nos tiques12. Assim, nós igualmente testamos se os tiques HLA-1 podem ser induzidos à diferenciação terminal e resultam em uma habilidade diminuída da formação do tumor. Os resultados mostraram que as células HLA-1-negativas podem ser induzidas para diferenciar-se ao longo das vias lipogênicas e osteogênicas e mostrar coloração vermelha O e alizarin Red S de óleo forte (Figura 1G). Por outro lado, as células HLA-1-positivas não se diferenciam nas mesmas condições. Assim, esses resultados indicam uma estratégia de terapia diferenciada e promissora que pode ser usada para segmentar os tiques do sarcoma.
Figura 1: isolação de pilhas de HLA-1-Negative do sarcoma heterogêneo intratumoral PDXs. (A) células HLA-1-negativas (setas) foram encontradas em diferentes subtipos de sarcomas humanos por imuno-histoquímica (IHC). (a e b) Sarcoma desobstruído da pilha. (c e d) Lipossarcoma pleomórfico. (e e f) Leiomyosarcoma. (g e h) Tumor periférico maligno da bainha do nervo. (i e j) LIPOSSARCOMA, não especificado de outra forma. (k e l) Lipossarcoma desdiferenciado. Barra de escala = 100 μm. (B) o sarcoma pdxs foi histologicamente semelhante ao tumor parental (hematoxilina e eosina [H & e] mancha) e mostrou heterogeneidade celular na expressão HLA-1 por IHC. Aqui são mostrados retratos representativos do sarcoma PDXs, incluindo um sarcoma desobstruído da pilha (CCS), um chondrosarcoma desdiferenciado (DCS), e um liposarcoma desdiferenciado (DDL). Barra de escala = 100 μm. (C) a subpopulação de células HLA-1-negativas foi isolada por citometria de fluxo com método de dupla ordenação. De cima para baixo: primeira ordenação, segunda ordenação e verificação de pureza. As pilhas HLA-1-Negative isoladas e HLA-1-positive foram submetidas a uma análise funcional subseqüente, incluindo um ensaio da formação do tumor. Os resultados dessa figura são de uma publicação anterior12. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: caracterização de tiques HLA-1-negativos por ensaios funcionais. (A) um ensaio de formação de esfera mostrou que apenas 10 células HLA-1-negativas foram capazes de formar esferas de sarcoma. Esquerda: retratos representativos de esferas do sarcoma. Direita: frequência de formação de esferas; média ± DP. barra de escala = 100 μm. (B) as células HLA-1-negativas isoladas do sarcoma PDX foram altamente tumorigenic. São mostrados aqui retratos representativos do tumor dado forma por pilhas HLA-1-Negative e-positivas do DDL. Mil pilhas de pilhas de HLA-1-Negative e de HLA-1-positive DDL foram injetadas em flancos separados do mesmo rato. (C) os níveis de mRNA de genes de células estaminais Oct4, NANOGe Myc foram expressos em níveis mais elevados em células HLA-1-negativas em comparação com células HLA-1-positivas. Os dados representam a média ± DP (n = 5). (D) forte coloração positiva de óleo vermelho O e alizarin Red S mostra uma diferenciação terminal ao longo de vias lipogênicas e osteogênicas que são induzidas a partir de sarcoma TICs. (E) imunocoloração HLA-1 de pdxs formados por SUBPOPULAÇÕES HLA-1-positivas (esquerda) e-negativas (direita). Barra de escala = 100 μm. Os resultados dessa figura são de uma publicação anterior12. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Há diversas etapas críticas que limitam o sucesso deste protocolo para isolar e caracterizar pilhas tumor-iniciando do sarcoma humano PDXs. o sarcoma humano inclui muitos subtypes diferentes. Observamos que a formação de PDX é altamente dependente de subtipos de sarcoma. Sarcomas agressivos clínicos com um phenotype histològica indiferenciado (por exemplo, sarcomas indiferenciados pleomórficos [taxa de sucesso 100%, n = 2], liposarcomas desdiferenciados [taxa de sucesso 100%, n = 2], e sarcomas sinovial [ taxa de sucesso 100%, n = 3]) têm uma alta taxa de sucesso da formação PDX. Entretanto, os sarcomas com fenótipos diferenciados (por exemplo, liposarcomas bem diferenciados [taxa de sucesso 0%, n = 3]) mostram umas mais baixas taxas da formação de PDX. É possível que as pilhas tumor-iniciando estejam atuais em uns subtipos mais malignos em uma porcentagem mais elevada do que em subtipos menos malignos, diferenciados. Além, nós recomendamos terminar o tumor-iniciando o procedimento da isolação da pilha dentro de um dia sem nenhuma parada para minimizar toda a perda de viabilidade da pilha.
Nós identificamos que as pilhas HLA-1-Negative existem extensamente em sarcomas humanos. Mas a percentagem de células HLA-1-negativas pode variar entre amostras de diferentes pacientes. Por este método, Nós isolamos com sucesso pilhas tumor-iniciando das amostras que têm as pilhas HLA-1-Negative que variam de menos de 0,5% a mais de 30%12. É importante caracterizar as pilhas HLA-1-Negative funcionalmente pela formação da esfera e pelos ensaios da formação do tumor para confirmar a identidade tumor-iniciando da pilha de pilhas HLA-1-negativas isoladas.
No entanto, o protocolo aqui apresentado também tem limitações. Os dados precedentes mostraram que a expressão de HLA-1 é regulada epigeneticamente, que é consistente com a observação da heterogeneidade celular da expressão de HLA-1 dentro do mesmo tumor12. As mutações genomic de HLA-1 foram detectadas nos sarcomas e em outros tipos do cancro. As mutações em genes HLA-1 podem conduzir à perda completa de HLA-1 na superfície da pilha no tumor inteiro ou a expressar HLA-1 mutado não funcionais. Em ambos os casos, a negatividade de HLA-1 não pode ser usada para identificar tiques dentro do tumor.
Usando HLA-1 como um marcador negativo, Nós isolamos com sucesso TICs de uma variedade de subtipos humanos do sarcoma e validamos nossos resultados pela análise funcional. Assim, pudemos realizar estudos moleculares, incluindo a análise da expressão gênica sobre os tiques, a fim de desenvolver tratamento específico visando esses tiques.
Os autores não têm nada a revelar.
Esta pesquisa foi apoiada por NCI-P01-CA087497 (a C.C.-C. e DH) e NIH-U 54-0OD020353 (a C.C.-C., DH, e J.D.-D.), o prêmio de líder do pensamento de Agilent (a C.C.-C.), e a Fundação de Martel (a C.C.-C. e a 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 |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados