Abstract
matriksmetalloproteinase 10 (MMP-10, stromelysin 2) er medlem av en stor familie av strukturelt beslektede matriksmetalloproteinaser, hvorav mange har vært involvert i tumorprogresjon, invasjon og metastasering. Vi har nylig identifisert
Mmp10
som et gen som er sterkt indusert i tumor initiere lunge bronchioalveolar stamceller (BASCs) ved aktivering av onkogene
Kras
i en musemodell for lunge adenokarsinom. Men den potensielle rolle
Mmp10
i lungen tumorigenesis har ikke blitt behandlet. Her viser vi at
Mmp10
er overuttrykt i lungesvulster forårsaket av enten røyken kreftfremkallende uretan eller onkogene
Kras.
I tillegg rapporterer vi en betydelig reduksjon i lungetumor antall og størrelse etter uretan eksponering eller genetisk aktivering av onkogene
Kras
i
Mmp10
null (
Mmp10
– /-
) mus. Denne hemmende effekt gjenspeiles i en defekt i evnen til
Mmp10
-deficient BASCs å utvide og gjennomgå transformasjon som svar på uretan eller onkogene
Kras in vivo Hotell og
in vitro
, viser en rolle for
Mmp10
i svulsten-initiere aktivitet av
Kras
transformerte lunge stamceller. For å bestemme den potensielle relevansen av MMP10 i menneskelig kreft vi analysert Mmp10 uttrykk i offentlig tilgjengelige genuttrykk profiler av kreft hos mennesker. Vår analyse viser at MMP10 er sterkt overuttrykt i humane lungesvulster. Gene sett ekstrautstyr analyse (GSEA) viser at forhøyede
MMP10
uttrykk korrelerer med både kreft stamcelle og tumor metastase genomiske signaturer i menneskelig lungekreft. Endelig er Mmp10 forhøyet i mange humane krefttyper som antyder en rolle for utbredt Mmp10 i human malignitet. Vi konkluderer med at
Mmp10
spiller en viktig rolle i lungestartfasen via opprettholdelse av et høyt tumorigent, kreft-initierende, stem lignende cellepopulasjon, og at Mmp10 uttrykket er assosiert med stilk-lignende, svært metastatisk genotyper i menneskelige lungekreft. Disse resultatene indikerer at Mmp10 kan representere en roman terapeutisk tilnærming for å målrette lungekreftstamceller
Citation. Regala RP, Justilien V, Walsh MP, Weems C, Khoor A, Murray NR, et al. (2011) matriksmetalloproteinase-10 Fremmer
Kras-
mediert Bronchio-Alveolar Stem Cell Utvidelse og Lung Cancer formasjonen. PLoS ONE 6 (10): e26439. doi: 10,1371 /journal.pone.0026439
Redaktør: Hana Algül, Technische Universität München, Tyskland
mottatt: 25 juli 2011; Godkjent: 27 september 2011; Publisert: 17 oktober 2011
Copyright: © 2011 Regala et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet med tilskudd fra National Cancer Institute (R01 CA081436-13 og R21 CA151250-01), V Foundation for kreftforskning, og James og Esther kong Biomedical Research Program (1KG-05-33971) til APF; en Ruth A. Kirschstein postdoktorstipend Award CA115160 fra NCI (RPR); og en NIH forskning Supplement å fremme mangfold i helsefaglig forskning Award fra NCI (VJ). Alan P. Fields er Monica Flynn Jacoby Professor of Cancer Research, en begavelse som gir delvis støtte for sitt forskningsprogram. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) er den vanligste årsaken til kreftdød i USA [1]. Til tross for fremskritt innen behandling, kliniske resultatet av lungekreftpasienter fortsatt dårlig. Derfor er det fortsatt være behov for å identifisere underliggende mekanismene for lunge tumorigenesis som kan føre til mer effektive middel for forebygging, diagnose, prognose og målrettet terapi.
Emerging bevis støtter eksistensen av sjeldne subpopulasjoner av kreftceller med stilk-lignende egenskaper [2], [3], [4]. Disse kreft-initiering av celler eller kreft stamceller (cscs) oppviser selvfornyelse, tumor-initiere aktivitet, og muligheten til å støtte tumor vedlikehold og metastase [2], [4], [5], [6]. Således cscs synes å være kritisk mål for effektiv, potensielt helbredende behandling av kreft. Dessverre, cscs utviser iboende motstand mot kjemoterapi [7], [8], som understreker behovet for å identifisere nye terapeutiske mål å effektivt utrydde cscs. Cscs dele molekylære og genomiske funksjoner med embryonale stamceller, og embryonale stamcelle genomiske signaturer er beriket med sterkt tumorigene kreftstamceller. Slike cscs er blitt beskrevet i leukemi [9], og faste tumorer, inkludert melanom [10], bryst [11], hjerne [12], [13], [14], prostata [15], hode og hals [16] , pankreatiske [17], kolon karsinom [18], [19] og lunge [20], [21].
Vi har nylig vist at Mmp10 er nødvendig for den transformerte vekst og invasjon av humane NSCLC-celler
in vitro product: [22]. Imidlertid har rollen som Mmp10 i lunge tumorigenesis ikke blitt behandlet. Her bruker vi en kombinasjon av muse karsinogenisitetsstudier modeller og analyse av humane tumorer å demonstrere at Mmp10 spiller en roman, uventet rolle i
Kras
formidlet lungekreft initiering, lungekreft stamcelle ekspansjon, og metastasering. Våre data tyder på at Mmp10 er en attraktiv terapeutisk mål for cscs.
Resultater
Mmp10 tap hemmer Kras-mediert lunge tumorigenesis
For å finne ut om
Mmp10
er involvert i lungetumordannelse, ble musene behandlet med røyken kreftfremkallende uretan å indusere lunge adenokarsinom svulster ved hjelp av veletablerte protokoller [23]. Immunhistokjemisk analyse viste at Mmp10 ekspresjon er forhøyet i uretan-induserte tumorer, spesielt ved områdene for kontakt mellom tumoren og det omkringliggende stroma (figur 1A). Disse resultatene er i overensstemmelse med tidligere observasjoner i humane NSCLC-tumorer [22], [24], [25]. Interessant, da Mmp10
–
/
–
mus ble utsatt for uretan, disse musene utviklet seg betydelig færre (figur 1B) og mindre (figur 1C) svulster, og utstilt en mindre total tumorbyrde (figur 1D) enn ikke-transgene (NTG) kullsøsken. Analyse av tumor grad ved å bruke systemet beskrevet av Kelly-Spratt et al. [26] viste at uretan-indusert svulster fra NTG og Mmp10
–
/
–
mus viste en tilsvarende fordeling av svulster langs hyperplasia-adenom-karsinom progresjon ordningen (figur 1E). Disse dataene indikerer at Mmp10 spiller en viktig fremmende rolle i uretan-indusert lunge tumorigenesis primært på svulsten initieringsfasen
Mmp10
-. /-
Mus og NTG kullsøsken ble injisert med uretan og analysert som beskrevet i
Materialer og metoder
. A) H E og immunhistokjemisk farging for Mmp10 i uretan-indusert lungesvulster. Høyere forstørrelse av Mmp10 farging er vist i innfelt. Kvantitativ analyse av tumor nummer B), tumorstørrelsen C) og tumorbelastning D) i uretan-behandlede NTG (n = 7) og
Mmp10
– /-
(n = 12) mus. Mean +/- SEM; p . 0,012 svulst nummer, p 0,019 tumorbelastning; p = 0,034 tumorstørrelse). E) Urethane-induserte svulster fra NTG og Mmp10
–
/
–
mus ble gradert som hyperplasia, adenom eller adenokarsinom hjelp publiserte kriterier [26]. Resultatene er presentert som prosent av totale svulster i hver klasse. Statistisk analyse ved hjelp av Mann-Whitney U test viste ingen statistisk signifikant forskjell i tumor klasse mellom uretan-indusert svulster i NTG og Mmp10
–
/
–
mus (p = 0,39).
Siden uretan-indusert lunge tumorigenesis er tenkt å bli drevet, i hvert fall delvis, gjennom oppkjøpet av
Kras
mutasjoner, vi vurdert om Mmp10 spiller en lignende fremmende rolle i
Kras
formidlet lunge tumorigenesis. For dette formålet, vi krysset Mmp10
–
/
–
mus til
Kras
LA
mus, der spontane rekombinasjon føre til aktivering av en mutant
Kras
G12D
allel i lungen som driver lungetumordannelse [27]. Lungesvulster i
Kras
LA
mus uttrykkelig forhøyet Mmp10 som viser et lignende mønster av uttrykk som i uretan-indusert lungesvulster (Figur 2A). I likhet med vår observasjon i uretan-behandlede mus, bitransgenic
Kras
LA2 Twitter /
Mmp10
– /-
musene færre (figur 2B) og mindre (figur 2C) svulster , og viser lavere totale tumorbelastning (figur 2D) enn
Kras
LA2
mus. Analyse av tumor grad bruker scoring system utviklet av Jackson et al. [28] viste at ~16% av svulster i
Kras
LA
mus var høy klasse adenocaricnomas (grad 3), mens mindre enn 1% av svulstene i
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus var grad 3 (figur 2E). Disse dataene tyder på at Mmp10 i denne modellen er viktig både i tumor initiering og progresjon. Tatt sammen tyder våre data på at
Mmp10
spiller en viktig rolle i flere modeller av lungetumordannelse.
A) Immunhistokjemisk farging av
Kras
LA2
lungetumoren for mus MMP10. Høyere forstørrelse av Mmp10 farging er vist i innfelt. Kvantitativ analyse av B) svulst nummer, C) tumorstørrelse og D) tumorbelastning i
Kras
LA2 Kjøpe og
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus . Kolonner, mener; barer, SEM, n = 13 (*) angir p = 0,04. E) Svulster fra
Kras
LA2 Hotell og
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus ble kategorisert som avansert adenomatøs hyperplasi (AAH), eller klasse 1, 2 eller 3 adenomer ved hjelp av de publiserte scoring kriterier beskrevet av Jackson et al. [28]. Resultatene er presentert som prosent av totale svulster i hver klasse. Statistisk analyse ved hjelp av Mann-Whitney U test viste en signifikant reduksjon i høyere grad svulster i
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus; * P. 0,002
Mmp10 er nødvendig for Kras-mediert bronchio-alveolar stamcelle ekspansjon in vivo
Det faktum at
Mmp10
-deficient mus utvikler færre
Kras
medierte lungesvulster tyder på at
Mmp10
er involvert i initiering trinn på
Kras
formidlet lunge tumorigenesis
in vivo
. Oppstart av
Kras
medierte lungesvulster antas å involvere klonal ekspansjon av
Kras
transformerte bronchio-alveolære stamceller (BASCs), antatte regionale stamceller som befinner seg på terminalen bronkiolene i tilknytning til alveolar plass [29]. Derfor vurderte vi om
Mmp10
-deficiency påvirker utvidelse av BASCs svar på uretan og onkogene
Kras in vivo
. Vi har identifisert og kvantifisert BASCs i parafinsnitt av muselunger ved dobbel immunofluorescens farging for overflateaktivt protein C (SPC) og Clara celle-spesifikt protein (ccsp) som tidligere beskrevet [29], [30]. BASCs er observert på bronchioalveolar kanalkryss på terminal bronkiolene eksempel doble SPC /CCSP positive celler (figur 3A). Enten uretan behandling eller tilstedeværelse av onkogene
Kras
forårsaket en utvidelse av BASCs på terminal bronkiolene (figur 3A). Kvantitativ analyse av lunge vevssnitt fra NTG og
Mmp10
– /-
mus i fravær eller nærvær av uretan viste at uretan-behandlede NTG mus oppviser en betydelig økning i antall BASC per terminal bronchiole ( BASCs /TB) sammenlignet med kontroll NTG mus (figur 3B). Uretan-behandlet
Mmp10
– /-
mus viste en svært betydelig diminiution i BASC ekspansjon, slik at fordelingen og antall BASCs var ikke signifikant forskjellig fra ubehandlede NTG mus (figur 3B). En lignende hemming av onkogen BASC ekspansjon ble observert i
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus
in vivo
sammenlignet med
Kras
LA2
mus (Figur 3C). Derfor, i to uavhengige modeller av
Kras
formidlet lunge tumorigenesis, observerte vi at
Mmp10
mangel fører til betydelig nedgang i lungetumor antall, størrelse og byrde; og i hver modell, den hemmende effekten av
Mmp10
mangel på tumorigenesis ble reflektert i en defekt i onkogene utvidelse av BASCs
in vivo
. Interessant, Mmp10 mangel ikke ut til å ha en effekt på BASC homeostase per se siden BASC antall og utbredelse i Mmp10
–
/
–
mus er ikke vesentlig forskjellig fra at av NTG mus. Snarere synes Mmp10 å være viktig for onkogene utvidelse av BASCs svar på uretan eller
Kras
aktivering.
A) Immunofluorescent analyse av CCSP (grønn) og SPC (rød) to positive BASCs ( hvite piler) i terminal bronkiolene (TB) av kontroll NTG, og uretan-behandlet NTG og
Mmp10
– /-
mus (
øverste panelene
), og fra NTG,
Kras
LA2 Hotell og
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus (
nedre paneler
). B) Kvantitativ analyse av BASCs i kontroll NTG, og uretan behandlet NTG og
Mmp10
– /-
mus. % TB; barer +/- SEM, n = ≥30 TB /genotype. p 0,0005 uretan behandlet NTG vs.
Mmp10
– /-
; p 0,0001 ubehandlet NTG vs. uretan-behandlet NTG; Ingen signifikant forskjell mellom ubehandlede ikke-NTG vs. uretan behandlet
Mmp10
– /-
mus. C) Kvantitativ analyse av BASCs i lunge TB med NTG,
Kras
LA2 Hotell og
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus. Kolonner, prosent av TB; barer = /-SEM, n≥50 TB /genotype; p 0,001 NTG vs
Kras
LA
mus; p 0,003
Kras
LA
mus vs.
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus; Det ble ikke observert noen signifikant forskjell i BASC nummer eller fordeling mellom NTG og
Kras
LA2 /Mmp10
– /- product: (p = 0,76) eller Mmp10
–
/
– product: (p = 0,76) mus
Mmp10 er nødvendig for Kras-mediert BASC transformasjon in vitro
Gitt betydningen av BASCs i tumor. initiering, og den hemmende effekten av
Mmp10
tap på
Kras
formidlet BASC utvidelse
in vivo
, vurdert vi rollen som Mmp10 i
Kras
-mediert BASC utvidelse og transformasjon
in vitro.
For dette formålet, vi utnyttet
LSL-Kras
mus, en modell der en betinget lox-stop-lox (LSL)
Kras
allel kan aktiveres med Cre-formidlet rekombinasjon [31]. BASCs ble isolert fra NTG,
LSL-Kras, etter og
LSL-Kras /MMP-10
– /-
mus og preget for anriking av BASCs benytter to immunfluorescens og flowcytometri. Våre basc forberedelsene besto av 86% SPC /CCSP dobbel positive celler analysert ved flowcytometri bekrefter isolering av en høyanriket BASC befolkningen (figur 4A). Behandling av BASCs fra
LSL-Kras
mus med adenovirus uttrykker Cre-rekombinase (AdCre) for å aktivere onkogene
Kras
allel ført til en betydelig økning i Mmp10 mRNA overflod, mens AdCre behandlet BASCs fra
LSL-Kras /Mmp10
– /-
mus uttrykte ingen påviselig Mmp10 mRNA som forventet (figur 4B). Disse resultatene bekrefter våre tidligere funn at Mmp10 uttrykk blir indusert i BASCs etter uttrykk for onkogene
Kras product: [30]. AdCre behandlet BASCs fra NTG eller
Mmp10
– /-
mus danner små, svært organiserte sfæriske kolonier når belagt i tredimensjonal Matrigel kultur av tilsvarende størrelse og antall (figur 4C). I motsetning AdCre behandlet BASCs fra
LSL-Kras
mus vokse som større amorphic, uorganisert kolonier karakteristisk for
Kras
formidlet transformasjon (figur 4C, midtre panelet; [30]). AdCre behandlet BASCs fra
LSL-Kras /Mmp10
– /-
mus danne kolonier lik i størrelse, antall og morfologi til de fra NTG og Mmp10
–
/
–
mus (Figur 4C). Kvantitativ analyse bekreftet at basc kolonier fra
LSL-Kras
mus er av større diameter enn kolonier fra NTG, Mmp10
–
/
–
eller
LSL-Kras /Mmp10
– /-
BASCs (figur 4D). Dermed
Mmp10
er nødvendig for onkogene
Kras
indusert morfologisk endring og utvidelse av BASCs
in vitro
men ikke har noen merkbar effekt på vedlikehold av ikke-transform BASCs i kultur
BASCs isolert fra NTG,
Mmp10
– /-
,
LSL-Kras
, og
LSL-Kras /Mmp10
-. /-
mus ble behandlet med AdCre og belagt i tre-dimensjonale Matrigel kultur som beskrevet i
eksperimentelle prosedyrer
. A) flowcytometri av isolerte BASCs for SPC og CCSP B) QPCR for Mmp10 i BASCs fra NTG,
LSL-Kras, Kjøpe og
LSL-Kras /Mmp10
– /-
mus . Brett fra NTG + /
–
SEM. n = 3, * p 0,000008. C) Morfologi av basc kolonier fra NTG,
Mmp10
– /-
,
LSL-Kras
, og
LSL-Kras /Mmp10
– /-
mus. D) Analyse av BASC kolonistørrelse. % NTG +/- SEM. n = 85 NTG, 56
Mmp10
– /-
, 30 (
LSL-Kras
) og 80 (
LSL-Kras /Mmp10
– /-
). * P 0,00001 NTG vs,
LSL-Kras,
** p 0,00001
LSL-Kras
vs.
LSL-Kras /Mmp10
– /-
.
Mmp10 uttrykket er assosiert med stamcelle signaturer og metastasering i menneskelig lungekreft
Vi har tidligere vist at Mmp10 er overuttrykt i menneskelig NSCLC og er viktig for forvandlet vekst og invasjon av menneskelig NSCLC celler
in vitro product: [22]. Gitt uventet rolle Mmp10 i utvidelsen av
Kras
transformerte mus lunge BASC og tumor igangsetting av virksomhet, vi beregnings utforsket forholdet mellom Mmp10 uttrykk, kreft stamcelle uttrykk profiler og metastasering i humane lungekrefttilfellene. For dette formål deles vi et offentlig tilgjengelig datasett som består av genom-wide ekspresjon analyse av humane lunge adenokarsinomer (GSE11969) i to like store grupper på 30 prøver bestående av tumorene med høyest (Internett) og lavest (lav) Mmp10 RNA uttrykk, respektivt. Statistisk analyse bekreftet disse to grupper av prøver å uttrykke signifikant forskjellige nivåer av Mmp10 mRNA (figur 5A). Vi deretter utført gen sett berikelse analyse (GSEA) mot genet sett tilgjengelig som en del av Molecular Signaturer Database (MSig) versjon 3.0, som beskrevet i
Materialer og metoder
å måle noen sammenheng mellom Mmp10 og kreft stamcelle genekspresjon profiler. Gensettene identifisert ved å søke på MSig database for genet signaturer som inneholder ordene «kreft» og «stammen» i sine beskrivelser. GSEA avslørte at 37 av de 50 (74%) kreft stamcelle signaturer ble anriket i de høye Mmp10 prøvene, og at 14 underskrifter ble betydelig beriket med en p-verdi 0,05 og FDR 25% (tabell 1). Interessant nok var bare 1/50 stamcelle signatur anriket i de lave Mmp10 prøvene. Denne signaturen rives gener som er nedregulert i glioma stamceller, [32], ytterligere støtte foreningen av høy Mmp10 med kreftstamcelle genotype. En egen GSEA ved hjelp av en uavhengig lunge adenokarsinom genuttrykk datasett (GSE13213) validert vår innledende analyse. 44/50 stamcelle signaturer ble beriket i høye Mmp10 tumorprøver og ingen ble beriket i lav Mmp10 tumorprøver fra dette andre datasett. 10 stamcelle gensettene betydelig beriket med en p-verdi 0,05 (tabell 2), hvorav sju ble også betydelig anriket i adenokarsinom genet sett første lunge. Disse data gir overbevisende bevis for at høy Mmp10 ekspresjon i humane NSCLC-tumorer er forbundet med en stilk kreftlignende genekspresjon profil.
A) genekspresjon data fra primære humane lunge adenokarsinomer ble delt i to grupper på 30 prøver bestående av laveste (lav) og høyest (High) Mmp10 uttrykker lungesvulster. n = 30; * P = 2,8 × 10
-33. B) Mmp10 i normal lunge versus lungesvulster med (
Met.
) Og uten (
Nei Met.
) Benmetastaser. n = 3, normaler, n = 9, No mets, n = 7, Met .; NS = ikke signifikant, * p = 0,008; ** P = 0,04. C) Mmp10 mRNA uttrykk i humane svulster. Data er uttrykt som fold-endring fra matchet normal.
Vi utførte også en objektiv analyse ved hjelp av hvert gen satt i MSig database. I denne analysen, de beste stamcelle signaturer forble signifikant beriket (
data ikke vist
). Tabell 3 viser de mest betydningsfulle genetiske signaturer forbundet med høy Mmp10. Betydelig, tre av de topp 5 gensettene identifisert inneholde Mmp10 som en del av signaturen. Den øverste scoring genet sett beskriver en signatur som består av gener over-uttrykt i tidlige svulster scenen hode og nakke som tyder på en involvering i tidlig tumorigenesis [33]. Blant de gensettene som i vesentlig grad korrelerer med høy Mmp10 uttrykk, mange knyttet til tumorprogresjon, dårlig klinisk utfall og metastatisk potensial. Å spesifikt utforske sammenhengen mellom Mmp10 og lungemetastase, analyserte vi en tredje genekspresjon datasett fra tidlig stadium menneskelige lunge adenokarsinom prøver som hadde produsert en metastase i benvev i forhold til prøvene som hadde ikke [34]. Analyse viste at Mmp10 uttrykk ble signifikant forhøyet i de primære svulster som produseres metastaser sammenlignet med normal lungevevet, men ikke i de som ikke gjorde det, noe som indikerer en sammenheng mellom Mmp10 uttrykk og metastatisk potensial (figur 5B). Interessant, GSEA av metastatisk lungekreft genet sett demonstrert en meget signifikant korrelasjon med 10 stamcelle signaturer (p-verdi 0,05 og FDR 25%), hvorav fire var også blant de mest betydningsfulle gensettene identifisert ved hjelp GSEA av de høye Mmp10 lunge adenokarsinomer (tabell 4). Disse sistnevnte Resultatene viser en sammenheng mellom metastatiske potensial og stem-lignende egenskaper i primære humane lunge adenokarsinomer.
Gitt betydningen av forhøyet Mmp10 uttrykk i menneskelig lungekreft biologi, vi neste vurdert om Mmp10 ekspresjon ble også forhøyet i andre former for kreft hos mennesker. Genuttrykk profilering avslørt at Mmp10 er ofte overuttrykt i mange former for kreft hos mennesker, inkludert lunge, hode og nakke, esophageal, blære, hud, kolorektal, bryst, livmorhalsen, nasofaryngeal, tunge og bukspyttkjertel kreft (figur 5C og tabell 5), noe som tyder en utbredt rolle for Mmp10 i menneskelig malignitet.
Diskusjoner
Økende bevis tyder på at mange kreftformer, blant annet lungekreft, har en liten undergruppe av celler som viser kjennetegn hos de stamceller. Disse «kreftstamceller» er tenkt å være ansvarlig for iverksetting, vedlikehold, progresjon og metastatisk spredning av svulster. De seneste behandlingsmetoder for lungekreft til slutt svikte, kanskje på grunn av indre motstand av cscs til terapi, noe som resulterer i tilbakevendende sykdom og redusert pasientens overlevelse. Derfor kan molekylær karakterisering av mekanismene som styrer overlevelse og vekst av cscs holde en viktig nøkkel for å utvikle mer effektive terapeutiske strategier som vil forbedre den kliniske utfallet av pasienter med lungekreft.
matriksmetalloproteinaser (MMP) har lenge vært implisert i tumorprogresjon og metastase. Vi har nylig vist at Mmp10 er overuttrykt i NSCLC og er en kritisk mål av onkogene
Kras
nødvendig for forvandlet vekst og invasjon av menneskelige NSCLC celler
in vitro product: [22]. Vår nåværende studien gir overbevisende bevis for at Mmp10 utøver sin pro-tumorigene effekter, i hvert fall delvis, ved å opprettholde en befolkning på cscs som driver startfasen og metastasering. Ikke bare er Mmp10 forhøyet i tumorer utviklet i to ulike musemodeller av
Kras
indusert lunge adenokarsinom, genetisk knock out på
Mmp10
fører til dannelsen av betydelig færre svulster, noe som tyder på en effekt av Mmp10 på startfasen. I samsvar med denne konklusjonen, er Mmp10 overflod sterkt forhøyet i BASCs transformert med onkogene
Kras product: [30], og genetisk tap av
Mmp10
fører til en svikt i BASCs uttrykke onkogen
Kras
for å utvide
in vivo, etter og gjennomgå morfologisk transformasjon
in vitro
. Selv om det er fortsatt uklart om BASCs representerer regionale lunge stamceller, indikerer sterke indisier på at de er involvert i startfasen i musen lunge. BASCs gjennomgå utvidelse og transformasjon som svar på
Kras
aktivering [29], og genetisk og /eller farmakologisk avbrudd av flere nøkkel onkogene pathway gener involvert i
Kras
formidlet tumorigenesis, inkludert
Prkci product: [30],
Pik3ca product: [35], og
Bmi1 product: [36], føre til hemming av BASC ekspansjon og
Kras
formidlet tumordannelse
in vivo
. På den annen side, har nyere studier vist at både Sca1
+ (inkludert BASCs) og Sca1
– celler utviser tumor initiere aktivitet i
Kras
mus, viser at BASCs er ikke den eneste kilden av tumor initiere celler i denne modellen [37]. Disse funnene tyder på at tumor genotype er en viktig determinant for tumorceller å initiere. Hos mennesker, lunge adenokarsinomer, som ofte bærer på
Kras
mutasjoner, utvikler ofte på bronchio-alveolar kanal krysset og vise enten luftveier eller alveolar differensiering, eller begge deler [38], noe som tyder på at noen av disse svulstene kan ha sin opprinnelse fra BASC-lignende celler.
Våre data gir bevis for at rollen som
Mmp10
i lunge cscs er celle autonom. Både
Kras
LA2 Hotell og uretan tumormodeller viser Mmp10 flekker i tumorceller, med liten eller ingen flekker i tumorassosierte-stroma eller morfologisk normal lunge epitel. Enda viktigere er tumor hemmende effekter av genetiske tap av Mmp10 reflektert i en defekt i onkogene utvidelse av BASCs
in vivo Hotell og
in vitro
. Således, mens mange MMP produsert av svulsten mikromiljøet spille fremtredende roller i invasive og metastatiske egenskaper lunge kreftceller, våre data viser at Mmp10 fungerer spesielt for å støtte den autonome vekst av cscs. Men ikke våre data ikke utelukke en medvirkende rolle for Mmp10 produsert av og /eller utøve sine effekter på svulsten mikromiljøet. Men våre studier gjør gir ny innsikt i en stor grad verdsatt rolle for Mmp10 i reguleringen av CSC atferd. Interessant, MMP har vært implisert i regulering av tumorcellevekst gjennom spalting og aktivering av celleoverflateproteiner som er involvert i cellevekst reguleringen slik Notch [39], [40], og gjennom proteolytiske frigjøring av aktive vekstfaktorer så som TGFp, IGF og TNFa fra latente ekstracellulære butikker [41]. Fremtidige studier vil fokusere på å bestemme de spesifikke molekylære mekanismer som bidrar til Mmp10-mediert CSC spredning.
kreft stamceller (cscs) er definert av deres evne til å clonally utvide, initiere svulster, vedlikeholde tumorprogresjon og delta i tumor metastasering. Fenotypen til disse cellene er forbundet med en genotype forbindelse med den i embryonale stamceller. Våre funn som Mmp10 uttrykket er assosiert med CSC genotyper i humane lungesvulster gir overbevisende indisier på at Mmp10 spiller en avgjørende rolle i opprettholdelsen av cscs innenfor menneskelungesvulster. I denne forbindelse er det interessant å merke seg at Mmp10 ekspresjon har blitt observert å være forhøyet i tumor initiere stilk-liknende celler isolert fra human småcellet lungecancer-cellelinjer [42], som tyder på at Mmp10 kan også fungere i vedlikehold av disse cscs.
Den største årsaken til kreft-relaterte dødsfall i lungekreftpasienter er metastatisk spredning. Cscs er antatt å være de celler i en tumor som har evnen til metastasering til fjerne områder. Våre funn at Mmp10 er sterkt uttrykt i lungekreft initiere BASCs, og er forbundet med den CSC genotype i humane lungetumorer antyder at Mmp10 kan fremme både CSC vedlikehold og metastatisk potensial gjennom sin rolle i CSC proliferasjon og metastatiske adferd. Våre funn som Mmp10 er forhøyet i menneskelige cscs og at Mmp10 er sterkt uttrykt i grenseflaten mellom muselungesvulster og omkringliggende vev, noe som tyder på en rolle for Mmp10 i tumorinvasjon, og er i tråd med vår forrige finansiering som Mmp10 er nødvendig for invasjonen av humane NSCLC celler
in vitro product: [22]. Disse områdene med økt Mmp10 flekker kan representere bosatt cscs. Det faktum at Mmp10 er mer høyt uttrykt i tumorer med høy metastatisk potensial, og i de metastatiske lesjoner av disse tumorene er konsistent med den foreslåtte rolle CSC i metastatisk spredning. Men vi kan ikke formelt utelukke en ekstra rolle for Mmp10 i bulk kreftceller som bidrar til metastatisk potensial av svulster. Våre uttrykk profilering data på menneske svulster viser en nær funksjonell sammenheng mellom CSC, Mmp10 uttrykk og metastatisk potensial, noe som tyder på at Mmp10 spiller en tilsvarende rolle i human lunge adenokarsinom CSC invasjon og metastasering. Våre resultater viser også at MMP10 er sterkt uttrykt i mange humane krefttyper, og er assosiert med dårlig resultat, metastatisk potensiale og kreft stamcelle signaturer. Disse funnene tyder på en utbredt rolle for Mmp10 i menneskelig malignitet og identifisere Mmp10 som en roman terapeutisk mål i kreftstamceller.
Materialer og metoder
Mus Urethane- og Kras
LA2-mediert Lung tumorigenesis studier
Nullizygous
Mmp10 product: (
Mmp10
– /-
) mus ble oppnådd fra National Cancer Institute Mutant Mouse Regional Resource (MMRRC) Center. Musene ble samlet på en blandet 129 /C57BL /6J bakgrunn og havn en målrettet avbrytelse av exoner 1-3 av musen
Mmp10
genet. Musene ble avlet på en ren C57BL /6J bakgrunn gjennom 10 generasjoner. Genotyping ble utført ved PCR ved bruk av primere som anbefales av MMRRC.
Mmp10
– /-
mus og ikke-transgene søsken ble injisert intraperitonealt med uretan på 1 mg /kg kroppsvekt hver uke i seks uker for å indusere lungesvulster. Kontroll mus ble injisert med saltvann. Mus ble analysert tolv uker etter den første injeksjon for tilstedeværelse av pulmonære lesjoner.
Kras
LA2
mus generert som tidligere beskrevet [27], ble parret med
Mmp10
– /-
mus til å generere bitransgenic
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus.
Kras
LA2 Hotell og
Kras
LA2 /Mmp10
– /-
mus ble høstet på tidspunkter som er angitt til å vurderes svulst nummer, tumorstørrelse, tumorbelastning og patologisk klassifisering av en bord-sertifisert patologen (AK).
Mmp10
– /- Hotell og ikke-transgene mus tjente som negative kontroller.
