Tumor-initiating cells (TICs) may represent a viable therapeutic target for the treatment of ovarian cancer, a highly recurrent and fatal disease. We present a protocol for culture conditions that enrich for this highly tumorigenic population of cells.
Evidence suggests that small subpopulations of tumor cells maintain a unique self-renewing and differentiation capacity and may be responsible for tumor initiation and/or relapse. Clarifying the mechanisms by which these tumor-initiating cells (TICs) support tumor formation and progression could lead to the development of clinically favorable therapies. Ovarian cancer is a heterogeneous and highly recurrent disease. Recent studies suggest TICs may play an important role in disease biology. We have identified culture conditions that enrich for TICs from ovarian cancer cell lines. Growing either adherent cells or non-adherent ‘floater’ cells in a low attachment plate with serum free media in the presence of growth factors supports the propagation of ovarian cancer TICs with stem cell markers (CD133 and ALDH activity) and increased tumorigenicity without the need to physically separate the TICs from other cell types within the culture. Although the presence of floater cells is not common for all cell lines, this population of cells with innate low adherence may have high tumorigenic potential.Compared to adherent cells grown in the presence of serum, TICs readily form spheres, are significantly more tumorigenic in mice, and express putative stem cell markers. The conditions are easy to establish in a timely manner and can be used to study signaling pathways important for maintaining stem characteristics, and to identify drugs or combinations of drugs targeting TICs. The culture conditions described herein are applicable for a variety of ovarian cancer cells of epithelial origin and will be critical in providing new information about the role of TICs in tumor initiation, progression, and relapse.
卵巣癌は、罹患率および死亡率の主な原因は、この疾患の高度に再発性、化学療法抵抗性の特徴であると、米国で最も致死的な婦人科悪性腫瘍である。ネオアジュバント療法は、いくつかのケース1に有益であるかもしれないことを示唆するいくつかの証拠があるが、一次治療は、通常、最大の腫瘍縮小手術とその後の白金系療法を含む。大多数の患者は、一次治療に良好に反応するが、残念ながら半分は18ヶ月2以内に再発します。
ほとんどの卵巣の悪性腫瘍は、上皮癌であると卵巣や卵管3,4の表面上皮に由来することがあります。いくつかの研究は、おそらく排卵5,6以下に必要とされる組織の修復を支援する女性生殖器系における体性幹細胞の存在をサポートしています。 ovul中の卵巣と卵管の両方で高い増殖活性ationが卵巣癌の開発における重要な要因であるかもしれません(Gharwan ら提出された原稿)。腫瘍形成細胞の誘導は不明であるが、それらは分裂または運命を調節することができ、それらをレンダリングする突然変異を通して正常な幹細胞、前駆細胞、または分化細胞から生じ得る。これらの細胞はまた、「癌開始細胞」、「癌幹細胞」、またはと呼ばれており、低接着条件下での腫瘍形成、多細胞スフェロイドへと成長することができる。 TIC開発の階層モデルは、動的であってもよいが、のTICは、静止、化学療法に対する耐性、長期自己再生および様々な細胞系統7,8に分化する能力を含め正常な幹細胞と同じ特徴の多くを共有しない。
いくつかの研究は、卵巣癌でのTICの存在を支持し、現在の努力は、これらの細胞が腫瘍形成9-11をサポートする機構(単数または複数)を明確にするために進行中である。各マーカーの正確な寄与は不明であり、11〜16の特定の細胞型であってもよいが、いくつかのマーカーは、CD133、ALDH1A1、CD117、CD44、およびMyD88を含む強化された腫瘍形成性卵巣のTICを識別するために提案されている。ユニバーサルマーカーまたはマーカーセットが明確に卵巣のTICのために確立されていないが、別のグループは、高いアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ALDH)活性13,17-21でCD44 +、のためにCD133 +および/ または細胞を選択することによって、より一般的に卵巣のTICを単離した。 CD44は、ヒアルロン酸の受容体として作用し、接着、増殖、遊走、血管新生および分化22を含む、腫瘍の進行に重要ないくつかのプロセスを調節する膜貫通糖タンパク質である。 CD133は、その機能はまだ不明であるが、研究では、それは形質膜トポロジー23を編成を示唆している膜貫通糖タンパク質である。 ALDH、アルデヒドの酸化を触媒する細胞内酵素は、ほとんどのユニバースとすることができる高活性としてのTICの他のマーカーは、正常な幹細胞とのTIC 24をサポートするALDHに起因している組織および複数の役割の多様から単離された幹細胞で同定されている。今のところ、CD133とALDH1は、卵巣のTIC 13,21の最も再現性のマーカーであると思われる。
のTICの特性を理解することに加えて、特にこの亜集団を標的とする薬剤を同定するために大きな努力もある。卵巣癌に伴う高い再発率は正常に目盛りを根絶するための現行の化学療法の失敗に起因する可能性がある。腫瘍の大部分は、既存の治療に感受性であるが、のTICは、抵抗性の標準的な方法により検出できない濃度であると考えられる。治療抵抗性及び腫瘍再発のメカニズムの解明は、応答および卵巣癌患者の全生存率を改善することが不可欠である。
ここで、培養技術は、目に記載されている確立からのTICおよび原発性卵巣癌細胞株についてエンリッチた。本明細書に記載の培養条件は、幹細胞の性質11,12,14,16,20でのTICまたはスフェロイド細胞の増殖を誘導するために、いくつかのグループによって使用されてきた。一般のTIC /スフェロイドを濃縮するために使用されるいくつかの幹細胞培養のマスコミとサプリメントがあるが、我々はEGFとFGFとの無血清培地式を用いたが、B27またはN-2補充物を添加しない。これらのサプリメントは、一般に幹細胞の神経細胞培養および富化のために使用間葉表現型25,26を促進することが示されており、フィールドのいくつかの不確実性は、間葉または上皮表現型を有するのTICは27-29、より腫瘍形成性であるか否かが依然として存在する。不確実性と変数を最小限に抑えるために、我々は、上皮性卵巣癌細胞を扱っているため、最も一般的な計算式を使用することにしました。
低付着フラスコ中の無血清培地中で細胞を維持する回転楕円体の形成を促進し、CD133の発現と高いALDH活性を有する細胞の増殖をサポートしています。私たちの仕事は、さらに通常の接着性の条件下では、浮遊細胞はまた、より多くの腫瘍形成TIC集団を表現できることを示したている。無胸腺ヌードマウスにこれらの条件下で増殖した細胞の注入は、血清の存在下で結合条件で培養した細胞と比較して、より高い腫瘍形成能をもたらす。卵巣癌の開始、進行、治療応答、及び疾患再発中のTICの役割に関する多くの情報は、これらの技術を用いて得ることができる。
ここで説明するプロトコルは、確立された卵巣癌細胞株由来の幹細胞の特徴を有する細胞を培養液を濃縮するための効率的かつ一貫した方法を提供し、一次患者試料に適用可能である。このメソッドは、成功した種々の細胞株全体でのTICのために豊かにします。これは、物理的に集団内の非のTICからのTICのソートに時間をかけずに、TICおよび/または腫瘍形成表現型を濃縮するための条件を適時に同定を可能にする。このようにして、異なるシグナル伝達経路の相対的レベルは、機能的な種々のアッセイを用いてTIC培養物に従来の付着培養物を比較することによって、TICの表現型への寄与について評価することができる。純粋TIC集団が所望される場合、単離が容易にプロトコル、フローサイトメトリーで蛍光アシストや磁気選別工程を組み込むことによって達成することができる。
しかし、心に留めておくことが重要であるTICマーカーの発現そのようなCD133、CD44、またはALDHなどsは、細胞株または同じ腫瘍タイプの患者サンプル間で変化してもよい。例えば、我々は逆ACI-23についても同様であるのに対し、OVCAR-5細胞は、CD133へのCD44の相対的な高い発現を持っていることがわかった。これは、マウスでの腫瘍の開始に依存しており、TICの存在の決定的なようにフローサイトメトリー分析することが適切である。卵巣癌細胞、幹細胞条件で成長させた場合に、このプロトコルに従って、高いALDH活性が一貫して観察された。 ALDHはフローターTIC条件で最高であるのに対して、興味深いことには、CD133の発現は、伝統的なTIC培養条件下で増殖したACI-23細胞において一貫して高い。これとは対照的にTGS-3主要腹水細胞はフローターTICの条件でCD133陽性のわずかな増加が、従来のTIC条件下でのALDH活性の著しい増加を表示する。これらの知見は、卵巣癌細胞の不均一性と一般のTICに関連した可塑性を強調表示します。さらにCLAをサポートするために、これらの方法はのTICを高めるイムは、TRA-1-60陽性細胞の富化はまた、観察された。 TRA-1-60多能性のマーカーであり、胚性卵巣および精巣の癌、ならびに前立腺癌TICS 30-32を識別するために使用されている。我々の方法は、多数の細胞株を用いて成功しているが、それは修正されたフローター条件が良い他の卵巣癌細胞集団でのTICを富化しながら、標準TIC条件は、いくつかの卵巣癌細胞に対してより適しているかもしれない可能性がある。これは再び患者由来の両方の卵巣癌細胞株を確立中で予想される不均一性を強調している。
細胞表面マーカーに加えて、これらのマーカーは、卵巣癌のTICに固有のものではなく、むしろ、胚性幹細胞の多能性のための重要な要素を表しているが、Nanog遺伝子、Sox2が、Oct-4の11を含む卵巣癌のTICを特徴付けることが示されているいくつかの転写因子であるとDIFferentiation 33,34。我々は、これらの因子のタンパク質レベルの変化を調べ、Nanogのレベルは、他13,35並びにCD133、TRA-1-60、およびCD117と一致して、TIC培養条件下で増加することを見出した。ヒト幹細胞マーカーのcDNA配列はさらに、伝統的な付着条件と比較してTIC条件におけるCD133、Nanogは、メルク、及びPODXL遺伝子の増加を示した。重要なことには、細胞表面マーカーと同様に、卵巣のTICに関連付けられた転写因子は、細胞株および患者サンプル間で変化してもよいことに留意すべきである。
我々は、in vitroで本質的に非接着性である場合、細胞がより腫瘍形成性であること、および幹細胞マーカーの高いレベルを発現することができることを観察した( すなわち、容易に接着性プレートに付着しない浮遊細胞)。培養中に、そのようなACI-23のような細胞株は、通常、従来の培養コンディット下スタッキング方式で垂直に成長し、多くの実行可能な浮遊細胞および/または細胞を有するイオン。浮遊細胞凝集体からのTICの成功した濃縮が本研究とOVCAR-3 12を含め、比較的少数の細胞株に適用できるかもしれないが、我々の調査結果がこの腫瘍形成性集団である可能性が示唆された。したがって、商業幹細胞培地にあまり適応細胞を、TIC濃縮の代替方法として機能することができる標準的な組織培養プレートおよび培地で増殖させた細胞の「浮動」集団を採取する。
この原稿で提示異なる培養方法の使用はTIC集団の迅速な濃縮および異なる細胞におけるこの表現型をサポートしてどのような要因をより良く理解できるようになります。この方法の現在のアプリケーションは、シグナル伝達経路は、細胞のこのユニークな人口の伝播をサポートするために不可欠な特徴があります。これらの研究からの結果は、腫瘍の進行および再発のメカニズムを解明するのに役立つ。
The authors have nothing to disclose.
We thank Dr. John Risinger and Memorial Health University Medical Center, Inc. for generously providing the ACI-23 cell line. The authors acknowledge financial support through the Postdoctoral Research Training (PRAT) Award to C. House from The National Institute for General Medical Sciences.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
75 cm2 Ultra – Low Attachment Flask | Corning | 3814 | |
75 cm2 Tissue Culture Flask | Sarstedt | 83.1813.002 | |
Aldefluor Kit | Stemcell Technologies | 1700 | |
CD133-APC | Miltenyi Biotec Inc. | 130-090-826 | |
Fibroblast Growth Factor – Basic human recombinant | Sigma-Aldrich | F0291 | Prepared according to manufacturer's instructions |
Epidermal Growth Factor – human recombinant | Sigma-Aldrich | E9644 | Prepared by Dissolving 0.2 mg with 1 ml sterile PBS |
DMEM:F12 (+L-Glutamine, +5 mM HEPES) | Gibco | 11330-032 | |
1X Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (Without Calcium and Magnesium) | Corning cellgro | 21-031-CV | |
0.25% Trypsin-EDTA (1X) | Gibco | 25200-056 | |
Cellstripper Non-enzymatic Cell Dissociation Solution | Corning cellgro | 25-056-CI | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A9418-10G | |
Insulin-Transferrin-Selenium | Gibco | 51500-056 | |
KnockOut Serum Replacement | Gibco | 10828010 | |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
Fetal Bovine Serum (Heat Inactivated) | Gemini | 100-106 | |
Rapid-Flow Sterile Dsiposable Filter Units with CN Membrane (0.45 micron) | Nalgene | 450-0045 | |
15 ml Sterile Polypropylene Centrifuge Tube | Corning | 430052 | |
50 ml Sterile Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352098 | |
Trypan Blue 0.4% solution in 0.85% NaCl | Lonza | 17-942E |