АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

In vitro spheres assays are commonly used to identify cancer stem cells. Here we compare single with multi cell-based spheres assays. The more laborious single cell-based assays or methylcellulose supplementation give more accurate results while multi cell-based assays performed in liquid medium can be highly influenced by cell density.

Аннотация

Years of research indicates that ovarian cancers harbor a heterogeneous mixture of cells including a subpopulation of so-called “cancer stem cells” (CSCs) responsible for tumor initiation, maintenance and relapse following conventional chemotherapies. Identification of ovarian CSCs is therefore an important goal. A commonly used method to assess CSC potential in vitro is the spheres assay in which cells are plated under non-adherent culture conditions in serum-free medium supplemented with growth factors and sphere formation is scored after a few days. Here, we review currently available protocols for human ovarian cancer spheres assays and perform a side-by-side analysis between commonly used multi cell-based assays and a more accurate system based on single cell plating. Our results indicate that both multi cell-based as well as single cell-based spheres assays can be used to investigate sphere formation in vitro. The more laborious and expensive single cell-based assays are more suitable for functional assessment of individual cells and lead to overall more accurate results while multi cell-based assays can be strongly influenced by the density of plated cells and require titration experiments upfront. Methylcellulose supplementation to multi cell-based assays can be effectively used to reduce mechanical artifacts.

Введение

There is increasing evidence that ovarian carcinomas are comprised of heterogeneous mixtures of cells and harbor so-called “cancer stem cells” (CSCs) responsible for disease initiation, maintenance and relapse after conventional cytotoxic therapies1-3. Therefore, the development of molecular strategies targeting ovarian CSCs is an important goal and promises to improve the therapy of ovarian cancer patients.

A pre-requisite for the understanding of the molecular features of CSCs is their reliable isolation from the non-CSCs. However, identification of ovarian CSCs appears challenging. While CD133 expression and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity4,5 have been reported to mark ovarian CSCs, some data indicate that these markers are unstable6. Consistently, in ovarian cancer, other than for example in breast carcinoma7, expression of ALDH1 associates with favorable outcome8 and expression of the proposed stem cell marker CD44 variant has no prognostic value9. More recently, we have shown that expression of the embryonic stem cell protein SOX2 confers stemness to ovarian carcinoma cells10 and high SOX2 expression associates with clinically aggressive ovarian and breast carcinomas11,12. Therefore, in this report we use a lentiviral reporter construct containing a red fluorescence protein (RFP) whose expression is controlled by a SOX2 regulatory region, as a method to isolate putative ovarian CSCs.

By definition, CSCs can both self-renew and differentiate, giving rise to all tumor cell types. Putative CSC populations need to be analyzed in functional assays performed in vivo. For obvious reasons, in human cells such functional tests are confined to xenograft assays, comprising mostly transplantation of human tumor cells into immuno-compromised mice10,13.

An alternative in vitro method was offered by Brent Reynolds and Sam Weiss who firstly reported the so-called neurosphere assay as a surrogate assay evaluating stem potential in neural cells14. Dontu and colleagues later confirmed the use of this assay for evaluation of stem cell potential in breast cells15,16. Here, human mammary cells were plated in different numbers in serum-free medium supplemented with epidermal growth factor (EGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), B-27 and heparin and cultured under non-adherent conditions for seven to ten days before sphere formation was scored by microscopy. Following this protocol with some adjustments in cell numbers, growth medium and supplements, several groups have explored in vitro stem cell potential from several cancer types such as breast17, brain18, pancreas19 and colon20 tumors. In ovarian carcinoma, we have recently reported feasibility of the spheres assay and compared its results to those collected in in vivo murine xenograft models10. We found that overexpression of the stem cell protein SOX2 enhanced both in vitro sphere formation as well as in vivo tumorigenicity of human ovarian carcinoma cells10. However, the frequency of sphere-initiating cells was higher than the frequency of tumor-initiating cells measured in vivo10 suggesting that either the sphere assay may lead to false positive results due to technical reasons or, alternatively, the in vivo assay may be inefficient and result in false negative results.

In this report, we analyze multi cell-based ovarian spheres assays in more detail, review the different protocols available in the literature and compare them to a single cell-based assay. We show that the single cell-based assay provides more accurate and reproducible results than multi cell-based assays, which can be highly influenced by the density of plated cells unless methylcellulose is added to the cultures to immobilize cells. However, also in single cell-based assays, in vitro sphere-initiating potential is observed at higher frequency than in vivo tumor-initiating potential.

протокол

1. Генерация OVCAR-3 человека рак яичников клеток, стабильно трансдуцированную Лентивирусов Содержащие SOX2 регуляторной области Reporter Construct

  1. Создание лентивирусные частиц от трансфекции HEK 293T-упаковочную линию клеток с корреспондентом конструкции признании нормативно область Sox2, как описано 10,21.
    ПРИМЕЧАНИЕ: репортер построить дополнительно содержит дестабилизации домен ProteoTuner Shield System вперед белка флуоресценции tdTomato. Shield1 связывается с доменом дестабилизации тем самым предотвращая протеасомы ухудшить флуоресценции белка 22.
  2. Трансдукции OVCAR-3 клетки с лентивирусов частиц в течение периода времени от 24 ч. После удаления вируса супернатант и промыть клетки забуференным фосфатом физиологическим раствором (PBS) и культивировали в полной среде (RPMI, дополненной 10% FBS, 100 ед / мл пенициллина, 100 мкг / мл стрептомицина).
  3. 48 ч позже, 10 мкг / мл PuroMYCIN добавляли к культурам и выдерживали в течение 5 дней, чтобы позволить выбор правильной трансдуцированных клеток.

2. Подготовка сортировки клеток и покрытия

  1. Добавить Shield1 1: 1000 разбавление 24 ч до сортировки клеток. Используйте стабильно трансдуцированные OVCAR-3 клетки без лечения Shield1 в качестве отрицательного контроля (рисунок 1). Аспирируйте носитель из колбы, промыть клетки 1х PBS и Trypsinize клетки с 0,05% трипсин-ЭДТА в течение 3 мин.
  2. Остановка с помощью трипсина полную среду (смотри выше), рассчитывать количество клеток, центрифуги клетки при 300 мкг при комнатной температуре (15 - 25 ° С) в течение 5 мин.
  3. Слить супернатант и ресуспендирования клеток тщательно 0,5 - 1 мл стерильной PBS.
  4. Используйте ячейки фильтра крышку фильтра 40 мкм для получения одного суспензии клеток.
  5. Отрегулируйте количество клеток до 5 миллионов клеток на мл.
  6. Подготовка сверхнизкой крепления 96-луночных планшетах с 100 мкл сфер средний (MEGM с добавлением факторов роста, цитокинов и дополнений,B-27, гепарин натрия; или DMEM / F12, дополненной факторами роста, цитокины, и добавки, В-27, гепарина-натри с добавлением или без добавления 1% метилцеллюлозы, смотри также таблицу 1). При желании добавить антибиотики в среде в концентрации 100 U / мл пенициллина и 100 мкг / мл стрептомицина, чтобы свести к минимуму риск возможного загрязнения.
  7. Сортировка ППП + и RFP- клетки в подготовленные 96-луночных планшетах сверху, 1 клетка на лунку (одна ячейка на основе анализа сферы) и 100 клеток на лунку (мульти сферы клеток основе анализов), соответственно. Выполните сортировку по коммерчески доступного клеточного сортера (см Материалы), используя режим Single Cell, отсортируйте установки: 100 μ сопла, давление оболочка 20 фунтов на квадратный дюйм, и выход маски 0, маски чистота 32, фазовой маски 16.
  8. Оценка эффективности нанесения покрытия путем микроскопом совершение лунки, содержащие клетки (для одной ячейки на основе анализа) и подсчетом числа клеток в отдельных лунках (для нескольких клеток на основе анализа; фиг.2 ).
  9. Инкубируйте клетки при стандартных условиях в сферах среднего (для состава увидеть шаг 2,6) при 37 ° С и 5% СО 2. Дополнение ежедневно bFGF (20 нг / мл) и EGF (20 нг / мл).
  10. После одной недели, рассчитывать количество новых сфер опухолевые с помощью стандартного микроскопа с 4-кратным или 10-кратным увеличением и флуоресцентным микроскопом для обнаружения сигнала флуоресценции от интегрированной системы репортера. Граф сферы с диаметром, превышающим 100 мкм, как «больших» сфер и сферы диаметром 50 - 100 мкм, как «малых» сфер (рис 3). Будьте уверены, что вы считаете реальные сферы, а не кластеры клеток.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В отдельных клеточных анализов сфера образования легче забить микроскопически после 10 (по сравнению с 7) дней культуры.
  11. Рассчитать долю сферы формирования клеток в RFP + и соответственно RFP- клеток в отдельных анализов на основе клеток (один 96-луночный планшет для каждого отдельного эксперимента) или нескольких клеток-баSED сферы анализы (одна скважина для каждого отдельного эксперимента), представленные Шоу и др. 16
    Примечание: Доля сферы образования клеток (%) = (число сфер) / (количество посеянных клеток) × 100

3. Серийные пассажи сфер

  1. Поместите содержимое каждой лунки в соответствующей стерильную пробирку и центрифуги при 300 х г в течение 10 мин при комнатной температуре. Для многоуровневая ячейка на основе сфер анализов, собрать воедино сферы из одной ямы. Вымойте хорошо 3 - 5 раз PBS и центрифуга 2 мин дольше. Для одиночных клеток на основе сфер анализов, собирать отдельные сферы. Из-за низкой числа клеток, используют 1,5 мл пробирки для центрифугирования и промывки этапов.
  2. Удалить супернатант и ресуспендируют осадок в 200 мкл 0,05% трипсина-ЭДТА.
  3. Для достижения оптимального разделения клеток, инкубировать клеточную суспензию при 37 ° С в течение 5 мин в мягкую шейкере. Оптимизация трипсинизации время для вашего клеточной линии к более низкой ставке гибели клеток: если нет большойсферы видна растирают мягко, используя наконечник пипетки на 100 мкл. В случае крупные шарики по-прежнему присутствуют, инкубировать с трипсином еще 3 мин, а затем переходите к шагу тритурационного. В случае одного анализы на основе клеток убедитесь, оптимизировать время для оптимального выхода клеток живых клеток во время стадии обработки трипсином.
  4. Для инактивации трипсина, добавляют 500 мкл полной среды и центрифуге при 300 х г в течение 10 мин, в случае отдельных анализов клеток, центрифуги в течение дополнительных 2 мин.
  5. Удалить супернатант и ресуспендирования клеток тщательно сферах среде.
  6. Используйте ячейки фильтра крышку фильтра 40 мкм, чтобы получить один-клеточной суспензии.
  7. В случае использования RFP + и RFP- клеток в нескольких клеточных bassed анализов, оценить процент флуоресцирующих клеток в каждую лунку после ресуспендирования с помощью проточной цитометрии анализа.
  8. Для последовательных replating анализов отдельных клеток, семян 1 клеток на лунку в новый ультра низкой крепления 96-луночного планшета, полученных, как описано выше, С одной отдельной сфере, семян около 20 отдельных скважин. Для replating анализов на основе клеток нескольких первичных сфер, семена клеток, полученных из одной скважины первичных сфер в новый 96-луночного планшета и подсчитать число клеток на следующий день с помощью микроскопа.
  9. Оценка доли сферы клеток, образующих в средних сфер анализов, используя формулу, описанную в шаге 2.11.

4. Результат анализа

  1. Анализ результатов экспериментов, проведенных в независимых трижды и использовать T-Test Двусторонние Студенческая проанализировать нормально распределенных значений и иным Манна-Уитни тесты для статистического анализа.

Результаты

В обычных сфер анализов, почти 40% ЗП + OVCAR-3 клеток против 20% RFP- клеток привело к индивидуальной сфере опухоли в первичных сфер анализа (рис 4а). Кроме того, сферы, образованные ППП + клеток были больше по размеру, чем те, которые образованы путем RFP- клеток.

При посеве ?...

Обсуждение

Сферы культуры являются широко используемый метод для анализа стволовых клеток рака потенциал и обогащения стволовых клеток, как в широком диапазоне человеческих опухолевых клетках 15,25,26. В этих условиях культивирования, раковые клетки, которые не имеют самообновления, как ожид...

Раскрытие информации

The authors have nothing to disclose.

Благодарности

This study was supported by a grant from the Baden-Württemberg Stiftung (Adult Stem Cells Program II) awarded to C.L. We thank Dr. Martina Konantz for critical input and review of the manuscript. We thank Emmanuel Traunecker and Toni Krebs from the DBM FACS Facility (University Hospital Basel) for assistance with FACS sorting.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
Name of Material/ EquipmentCompanyCatalog NumberComments/Description
low-Attachment-plate Corning3474
MEGMLonzaCC-3151
InsulinLonzaCC-4136SingleQuots™ Kit
HydrocortisonLonzaCC-4136SingleQuots™ Kit
EGFLonzaCC-4136SingleQuots™ Kit
EGFSigmaE9644end concentration: 20 ng/ml
FGFPeproTech100-18Bend concentration: 20 ng/ml
B-27Invitrogen/ Gibco17504-044end concentration: 1x
Heparin-Natrium-25000 IERatiopharmN68542.02dilution 1:1000
Pen/StrepGibco15140-122
FCS Gibco10500-064
RPMI 1640Gibco21875-034
Trypsin-EDTA Gibco25300-054
Dulbecco’s PBS (1x)Gibco14190-094
Shield1 Clontech632189dilution 1:1000
DMEM/F12Gibco21041-025
DMEM/F12 (powder)Gibco42400-010
Methyl celluloseSigmaM0387
Puromycin dihydrochlorideapplichemA2856
cell sorter BDAria III cell sorter 
FACS analyserBDaccuri c6 flow cytometer
microscopeOlympus IX50 Osiris

Ссылки

  1. Pardal, R., Clarke, M. F., Morrison, S. J. Applying the principles of stem-cell biology to cancer. Nat Rev Cancer. 3 (12), 895-902 (2003).
  2. Reya, T., Morrison, S. J., Clarke, M. F., Weissman, I. L. Stem cells, cancer, and cancer stem cells. Nature. 414 (6859), 105-111 (2001).
  3. Ahmed, N., Abubaker, K., Findlay, J. K. Ovarian cancer stem cells: Molecular concepts and relevance as therapeutic targets. Mol Aspects Med. 39, 110-125 (2014).
  4. Silva, I. A., et al. Aldehyde dehydrogenase in combination with CD133 defines angiogenic ovarian cancer stem cells that portend poor patient survival. Cancer Res. 71 (11), 3991-4001 (2011).
  5. Kryczek, I., et al. Expression of aldehyde dehydrogenase and CD133 defines ovarian cancer stem cells. Int J Cancer. 130 (1), 29-39 (2012).
  6. Stewart, J. M., et al. Phenotypic heterogeneity and instability of human ovarian tumor-initiating cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (16), 6468-6473 (2011).
  7. Ginestier, C., et al. ALDH1 is a marker of normal and malignant human mammary stem cells and a predictor of poor clinical outcome. Cell Stem Cell. 1 (5), 555-567 (2007).
  8. Chang, B., et al. ALDH1 expression correlates with favorable prognosis in ovarian cancers. Mod Pathol. 22 (6), 817-823 (2009).
  9. Cannistra, S. A., et al. CD44 variant expression is a common feature of epithelial ovarian cancer: lack of association with standard prognostic factors. J Clin Oncol. 13 (8), 1912-1921 (1995).
  10. Bareiss, P. M., et al. SOX2 expression associates with stem cell state in human ovarian carcinoma. Cancer Res. 73 (17), 5544-5555 (2013).
  11. Pham, D. L., et al. SOX2 expression and prognostic significance in ovarian carcinoma. Int J Gynecol Pathol. 32 (4), 358-367 (2013).
  12. Lengerke, C., et al. Expression of the embryonic stem cell marker SOX2 in early-stage breast carcinoma. BMC Cancer. 11, 42 (2011).
  13. Lapidot, T., et al. A cell initiating human acute myeloid leukaemia after transplantation into SCID mice. Nature. 367 (6464), 645-648 (1994).
  14. Reynolds, B. A., Weiss, S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system. Science. 255 (5052), 1707-1710 (1992).
  15. Dontu, G., et al. In vitro propagation and transcriptional profiling of human mammary stem/progenitor cells. Genes Dev. 17 (10), 1253-1270 (2003).
  16. Shaw, F. L., et al. A detailed mammosphere assay protocol for the quantification of breast stem cell activity. J Mammary Gland Biol Neoplasia. 17 (2), 111-117 (2012).
  17. Leis, O., et al. Sox2 expression in breast tumours and activation in breast cancer stem cells. Oncogene. 31 (11), 1354-1365 (2012).
  18. Higgins, D. M., et al. Brain tumor stem cell multipotency correlates with nanog expression and extent of passaging in human glioblastoma xenografts. Oncotarget. 4 (5), 792-801 (2013).
  19. Wang, Y. J., Bailey, J. M., Rovira, M., Leach, S. D. Sphere-forming assays for assessment of benign and malignant pancreatic stem cells. Methods Mol Biol. 980, 281-290 (2013).
  20. Li, Y. F., Xiao, B., Tu, S. F., Wang, Y. Y., Zhang, X. L. Cultivation and identification of colon cancer stem cell-derived spheres from the Colo205 cell line. Braz J Med Biol Res. 45 (3), 197-204 (2012).
  21. Wu, F., et al. Identification of two novel phenotypically distinct breast cancer cell subsets based on Sox2 transcription activity. Cell Signal. 24 (11), 1989-1998 (2012).
  22. Banaszynski, L. A., Chen, L. C., Maynard-Smith, L. A., Ooi, A. G., Wandless, T. J. A rapid, reversible, and tunable method to regulate protein function in living cells using synthetic small molecules. Cell. 126 (5), 995-1004 (2006).
  23. Kawase, Y., Yanagi, Y., Takato, T., Fujimoto, M., Okochi, H. Characterization of multipotent adult stem cells from the skin: transforming growth factor-beta (TGF-beta) facilitates cell growth. Exp Cell Res. 295 (1), 194-203 (2004).
  24. Walia, V., et al. Loss of breast epithelial marker hCLCA2 promotes epithelial-to-mesenchymal transition and indicates higher risk of metastasis. Oncogene. 31 (17), 2237-2246 (2012).
  25. Leung, E. L., et al. Non-small cell lung cancer cells expressing CD44 are enriched for stem cell-like properties. PLoS One. 5 (11), e14062 (2010).
  26. Bertolini, G., et al. Highly tumorigenic lung cancer CD133+ cells display stem-like features and are spared by cisplatin treatment. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (38), 16281-16286 (2009).
  27. Ma, L., Lai, D., Liu, T., Cheng, W., Guo, L. Cancer stem-like cells can be isolated with drug selection in human ovarian cancer cell line SKOV3. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 42 (9), 593-602 (2010).
  28. Wang, H., Zhang, Y., Du, Y. Ovarian and breast cancer spheres are similar in transcriptomic features and sensitive to fenretinide). Biomed Res Int. 2013, 510905 (2013).
  29. Du, Y. R., et al. Effects and mechanisms of anti-CD44 monoclonal antibody A3D8 on proliferation and apoptosis of sphere-forming cells with stemness from human ovarian cancer. Int J Gynecol Cancer. 23 (8), 1367-1375 (2013).
  30. Xiang, T., et al. Interleukin-17 produced by tumor microenvironment promotes self-renewal of CD133 cancer stem-like cells in ovarian cancer. Oncogene. , (2013).
  31. Liu, T., Cheng, W., Lai, D., Huang, Y., Guo, L. Characterization of primary ovarian cancer cells in different culture systems. Oncol Rep. 23 (5), 1277-1284 (2010).
  32. Soritau, O., et al. Enhanced chemoresistance and tumor sphere formation as a laboratory model for peritoneal micrometastasis in epithelial ovarian cancer. Rom J Morphol Embryol. 51 (2), 259-264 (2010).
  33. Shi, M. F., et al. Identification of cancer stem cell-like cells from human epithelial ovarian carcinoma cell line. Cell Mol Life Sci. 67 (22), 3915-3925 (2010).
  34. Zhang, S., et al. Identification and characterization of ovarian cancer-initiating cells from primary human tumors. Cancer Res. 68 (11), 4311-4320 (2008).
  35. Liang, D., et al. The hypoxic microenvironment upgrades stem-like properties of ovarian cancer cells. BMC Cancer. 12, 201 (2012).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

95SOX2

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены