Un modèle Enzyme et sans sérum Neural Culture de cellules souches pour EMT enquête Adaptés pour la découverte de médicaments
Özet
Epithelial to mesenchymal transition (EMT) allows cancers to become invasive. To investigate EMT, a neural stem cell (NSC)-based in vitro model devoid of serum and enzymes is described. This standardized system allows quantitative and qualitative assessment of cell migration, gene and protein expression. The model is suited for drug discovery.
Abstract
Épithéliale de transition mésenchymateuses (EMT) décrit le processus de l'épithélium transdifferentiating en mésenchyme. EMT est un processus fondamental au cours du développement embryonnaire qui se produit également souvent dans le glioblastome, la tumeur la plus fréquente du cerveau maligne. EMT a également été observé dans de nombreux cancers, y compris en dehors du cerveau cancer du sein, le cancer du poumon, le cancer du côlon, le cancer gastrique. EMT est lié au centre de malignité en favorisant la migration, l'invasion et la formation de métastases. Les mécanismes de EMT induction ne sont pas pleinement compris. Nous décrivons ici un système in vitro pour isoler des cellules corticales normalisé souches neurales (NSC) et l' induction subséquente EMT. Ce système offre la possibilité d'utiliser soit des cellules simples ou explant. Dans ce système, un rat ou la souris NNC prosencéphale embryonnaires sont mises en culture dans un milieu défini, dépourvu de sérum et les enzymes. Les NSCs exprimés Olig2 et Sox10, deux facteurs de transcription observée dans oligodendrocles cellules précurseurs yte (OPC). En utilisant ce système, les interactions entre les FGF, TGF et BMP signalisation impliquant ZEB1, ZEB2 et Twist2 ont été observées lorsque la TGFß activation améliorée de manière significative la migration des cellules, ce qui suggère une BMP / TGF-interaction synergique. Les résultats indiquent un réseau de FGF, BMP et TGF-signalisation d'être impliqués dans EMT induction et l'entretien. Ce système de modèle est utile pour étudier EMT in vitro. Il est rentable et présente une forte reproductibilité. Il permet également la comparaison des différents composés par rapport à leurs réponses de migration (de mesure de distance quantitative), et le criblage à haut débit de composés à inhiber ou amplifier EMT (mesure qualitative). Le modèle est donc bien adapté pour tester les bibliothèques de médicaments pour les substances affectant EMT.
Introduction
Pendant plusieurs stades du développement embryonnaire, les cellules épithéliales perdent leur forte adhérence à l'autre (par exemple, les jonctions serrées) et d' acquérir un phénotype migratoire dans un processus appelé transition épithélio mésenchymateuse (EMT) 1. EMT est requis pour la formation d' autres types de cellules, telles que les cellules de la crête neurale mésenchymateuses, une population qui se sépare de la neuroepithelium 2. EMT est essentielle non seulement au cours des stades embryonnaires , mais aussi nécessaire à des étapes ultérieures de la vie adulte pour maintenir les processus physiologiques dans l'organisme adulte, comme la cicatrisation 3 et le système nerveux central (SNC) dans la régénération des lésions démyélinisantes 4.
Les tumeurs épithéliales sont connus pour réactiver EMT comme une étape d'initiation pour la migration, l' invasion et les métastases, conduisant finalement à la progression du cancer 1,3. EMT est en effet lié au centre de la forte 1,3 de migration. Les étapes cellulaires de conditioning, initier, subissant et maintenir EMT ne sont pas pleinement compris et ont besoin d'une enquête plus approfondie.
Ici, un système in vitro de modèle normalisé basé sur EMT NNC, des facteurs de croissance définis et des milieux (sans sérum et sans l' utilisation de l' enzyme) est présentée. Ce système modèle est pertinent pour les scientifiques travaillant sur EMT. Les escargots, Zeb et Twist familles de protéines se sont avérés être critique pour EMT tant dans le développement et la maladie 1. Les escargots, Zeb et Twist familles sont également impliqués dans le système présenté. Le système est basé sur une région spécifique du cerveau antérieur qui, normalement, ne subit pas de EMT fournir un avantage particulier pour l'étude des premiers événements au cours EMT induction.
Le système de modèle pourrait être appliquée à l'étude EMT dans les épithéliums en dehors du système nerveux central, depuis inducteurs EMT clés, tels que l'escargot, Zeb et les protéines Twist, sont également présents au cours EMT dans les systèmes de tissus en dehors du système nerveux central. Ce modèle système permet l'isolement normalisé de NNC du cortex en développement pour étudier les caractéristiques de cellules souches en général et EMT en particulier. Grâce à ce système, nous avons isolé NSCs, EMT induite et étudié la migration ultérieure sous l'effet de FGF2 et BMP4. Nous avons observé que interagit FGF et BMP-signalisation avec TGF-signalisation pour promouvoir la migration cellulaire, validant ainsi le système modèle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude , un système standardisé pour EMT analyse NSCs utilisant est décrite (résumé dans la figure complémentaire 3). La normalisation permet la reproductibilité (Tableau 1 et 2). Les NNC sont dérivées du cortex développement, un tissu qui, normalement, ne subit pas EMT. Ceci est avantageux pour l'analyse des premières étapes de l'EMT. Les premières étapes dans EMT ne peuvent pas être étudiés de manière adéquate dans les cellules tumorales qui ont a…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L'étude a été soutenue par la Fondation Université de Bâle des sciences et de la Fondation nationale suisse par une subvention à MHS et AG (SNF IZLIZ3_157230). Nous remercions: Dr Tania Rinaldi Burkat pour fournir généreusement l'infrastructure; tous les membres du groupe Bettler pour des discussions et des commentaires. Nous remercions Gerhard Dorne (Leica Microsystems, Suisse) pour une installation professionnelle et compétente de la caméra vidéo HD complet MC170 (Leica Microsystems, Suisse).
Materials
| BMP4, rhBMP4 | RnD Systems | 314-BP-01M | |
| Bovine pancreas insulin | Sigma | I1882 | |
| Boyden chamber, CytoSelect cell invasion assay | Cell Biolabs | CBA-110 | 24 well plate system |
| Cell culture dish with grid | Ibidi 500 mm dish, 35 mm | 80156 | |
| CellMask Orange | Life Technologies | C10045 | Plasma membrane dye, use at 1:1000 . |
| DAPI | LifeTechnologies | D1306 | Stock at 5mg/ml. Use at 1:10000. Cancerogenic. Appropriate protection (gloves, coat, goggles) required. |
| DMEM/F12 1:1 medium bottle | Gibco Invitrogen | 21331-020 | |
| FGF2, rhFGF2 | RnD Systems | 233-FB-01M | |
| Fibronectine, bovine | Sigma | F4759 | |
| Glutamax supplement | Gibco Invitrogen | 35050-061 | |
| Graphics software with pixel measurement feature | Fiji | fiji.sc/Fiji | version 2.0.0-rc-30/1.49s |
| HBSS media | Sigma | H9394 | |
| Human apo-Transferrin | Sigma | T1147 | Possible lung irritant. Avoid inhalation. Use appropriate protection. |
| L-glutamine | Gibco Invitrogen | 25030-024 | |
| Nestin, Mouse anti Nestin antibody | Genetex | GTX26142 | Use at 1:100, 4% PFA fixation, Triton X100 at 0.1% |
| Olig2, Rabbit anti Olig2 antibody | Provided by Hirohide Takebayash | Personal stock | Use at 1:2000, 4% PFA fixation, Triton X100 at 0.1% |
| Penicillin/Streptomycin/Fungizone | Gibco Invitrogen | 15240-062 | |
| Podoplanin, Mouse anti Podoplanin antibody | Acris | DM3614P | Use at 1:250, 4% PFA fixation, avoid Triton X100 |
| Poly-L-ornithine | Sigma | P3655 | |
| Putrescine | Sigma | P5780 | Skin and eye irritant. Appropriate protection required. |
| Sodium selenite | Sigma | S5261 | |
| Sox10, Rabbit anti Sox10 antibody | Millipore Chemicon | AB5774 | Use at 1:200, 4% PFA fixation, Triton X100 at 0.1% |
| TGFb1, rhTGFb1 | RnD Systems | 240-B-010 | |
| Uncoated Petri dishes | Falcon Corning | 351029 |
Referanslar
- Nieto, M. A. Epithelial-Mesenchymal Transitions in development and disease: old views and new perspectives. Int J Dev Biol. 53, 1541-1547 (2009).
- Sauka-Spengler, T., Bronner-Fraser, M. A gene regulatory network orchestrates neural crest formation. Nat Rev Mol Cell Biol. 9, 557-568 (2008).
- Barriere, G., Fici, P., Gallerani, G., Rigaud, M. Mesenchymal Transition: a double-edged sword. Clin Transl Med. 4, 14 (2015).
- Zawadzka, M., et al. CNS-resident glial progenitor/stem cells produce Schwann cells as well as oligodendrocytes during repair of CNS demyelination. Cell Stem Cell. 6, 578-590 (2010).
- Paxinos, G., Ashwell, K. W. S., Törk, I. . Atlas of the developing rat nervous system. , (1994).
- O’Leary, D. D., Chou, S. J., Sahara, S. Area patterning of the mammalian cortex. Neuron. 56, 252-269 (2007).
- O’Leary, D. D., Sahara, S. Genetic regulation of arealization of the neocortex. Curr Opin Neurobiol. 18, 90-100 (2008).
- Sailer, M. H., et al. Non-invasive neural stem cells become invasive in vitro by combined FGF2 and BMP4 signaling. J Cell Sci. 126, 3533-3540 (2013).
- Sailer, M. H., et al. BMP2 and FGF2 cooperate to induce neural-crest-like fates from fetal and adult CNS stem cells. J Cell Sci. 118, 5849-5860 (2005).
- Sailer, M., Oppitz, M., Drews, U. Induction of cellular contractions in the human melanoma cell line SK-mel 28 after muscarinic cholinergic stimulation. Anat Embryol (Berl). 201, 27-37 (2000).
- Wicki, A., Christofori, G. The potential role of podoplanin in tumour invasion. Br J Cancer. 96, 1-5 (2007).
- Wicki, A., et al. Tumor invasion in the absence of epithelial-mesenchymal transition: podoplanin-mediated remodeling of the actin cytoskeleton. Cancer Cell. 9, 261-272 (2006).
- Mishima, K., et al. Increased expression of podoplanin in malignant astrocytic tumors as a novel molecular marker of malignant progression. Acta Neuropathol. 111, 483-488 (2006).
- Motomura, K., et al. Immunohistochemical analysis-based proteomic subclassification of newly diagnosed glioblastomas. Cancer Science. 103, 1871-1879 (2012).
- Kono, T., et al. Immunohistochemical detection of the lymphatic marker podoplanin in diverse types of human cancer cells using a novel antibody. Int J Oncol. 31, 501-508 (2007).
- Raica, M., Cimpean, A. M., Ribatti, D. The role of podoplanin in tumor progression and metastasis. Anticancer Res. 28, 2997-3006 (2008).
- Panchision, D. M., McKay, R. D. The control of neural stem cells by morphogenic signals. Curr Opin Genet Dev. 12, 478-487 (2002).
- Lamouille, S., Xu, J., Derynck, R. Molecular mechanisms of epithelial-mesenchymal transition. Nat Rev Mol Cell Biol. 15, 178-196 (2014).
- Gonzalez-Perez, O., Alvarez-Buylla, A. Oligodendrogenesis in the subventricular zone and the role of epidermal growth factor. Brain Res Rev. 67, 147-156 (2011).
- Hu, J. G., et al. PDGF-AA mediates B104CM-induced oligodendrocyte precursor cell differentiation of embryonic neural stem cells through Erk, PI3K, and p38 signaling. J Mol Neurosci. 46, 644-653 (2012).
- Galvao, R. P., et al. Transformation of quiescent adult oligodendrocyte precursor cells into malignant glioma through a multistep reactivation process. Proc Natl Acad Sci U S A. 111, E4214-E4223 (2014).
- Liu, C., et al. Mosaic analysis with double markers reveals tumor cell of origin in glioma. Cell. 146, 209-221 (2011).
- Das, S., Srikanth, M., Kessler, J. A. Cancer stem cells and glioma. Nat Clin Pract Neurol. 4, 427-435 (2008).
- Modrek, A. S., Bayin, N. S., Placantonakis, D. G. Brain stem cells as the cell of origin in glioma. World J Stem Cells. 6, 43-52 (2014).
- Sampetrean, O., et al. Invasion precedes tumor mass formation in a malignant brain tumor model of genetically modified neural stem cells. Neoplasia. 13, 784-791 (2011).
- McNeill, R. S., et al. Modeling astrocytoma pathogenesis in vitro and in vivo using cortical astrocytes or neural stem cells from conditional, genetically engineered mice. JoVE. , e51763 (2014).
- Lara-Padilla, E., Caceres-Cortes, J. R. On the nature of the tumor-initiating cell. Curr Stem Cell Res Ther. 7, 26-35 (2012).
- Busch, C., et al. BMP-2-dependent integration of adult mouse subventricular stem cells into the neural crest of chick and quail embryos. J Cell Sci. 119, 4467-4474 (2006).
- Thiery, J. P., Acloque, H., Huang, R. Y., Nieto, M. A. Epithelial-mesenchymal transitions in development and disease. Cell. 139, 871-890 (2009).
- McDonald, O. G., Wu, H., Timp, W., Doi, A., Feinberg, A. P. Genome-scale epigenetic reprogramming during epithelial-to-mesenchymal transition. Nat Struct Mol Biol. 18, 867-874 (2011).
- Rahimi, R. A., Leof, E. B. TGF-beta signaling: a tale of two responses. J Cell Biochem. 102, 593-608 (2007).
- Xu, J., Lamouille, S., Derynck, R. TGF-beta-induced epithelial to mesenchymal transition. Cell Res. 19, 156-172 (2009).
- Suva, M. L., Riggi, N., Bernstein, B. E. Epigenetic reprogramming in cancer. Science. 339, 1567-1570 (2013).
- Sullivan, R., et al. A possible new focus for stroke treatment – migrating stem cells. Expert Opin Biol Ther. , 1-10 (2015).
