Abstract
Medlemmer av BMP og Wnt protein familier spille en relevant rolle i fysiologisk og patologisk bein omsetning. Ekstracellulære antagonister er avgjørende for modulering av deres aktivitet. Manglende uttrykk for BMP antagonist noggin av osteoinduktive, karsinom-avledet cellelinjer er en determinant av osteoblast respons indusert av sine benmetastaser. I motsetning til dette, osteolytisk, carcinoma-avledede cellelinjer som uttrykker noggin konstitutivt. Vi antok at kreftcelle-avledet noggin kan bidra til patogenesen av osteolytiske metastaser av faste kreftformer ved å undertrykke bendannelse. Intra-benaktige xenotransplantater av PC-3 prostata kreftceller indusert osteolytiske lesjoner karakterisert ikke bare ved forbedret osteoklastmediert benresorpsjon, men også ved redusert osteoblast-mediert bendannelse. Derfor, i denne modellen, frakopling av remodelleringsprosessen bidrar til osteolyse. Beindannelse ble bevart i osteolytiske lesjoner forårsaket av Noggin-forstummet PC-3 celler, noe som tyder på at kreftcelle-avledet noggin forstyrrer fysiologisk bein kobling. Videre ble intra-osseous tumorvekst av Noggin-stilnet PC-3-celler begrenset, sannsynligvis som et resultat av vedvarende osteoblastaktivitet. Denne undersøkelsen gir nye bevis for en modell av osteolytiske benmetastaser hvor konstitutiv sekresjon av noggin av kreftceller medierer inhibering av bendannelse, for derved å hindre reparasjon av osteolytiske lesjoner som genereres av et overskudd av osteoklastmediert benresorpsjon. Derfor kan noggin undertrykkelse være en roman strategi for behandling av osteolytiske benmetastaser
Citation. Secondini C, Wetterwald A, Schwaninger R, Thalmann GN, Cecchini MG (2011) Rollen til BMP Signa Antagonist Noggin i utviklingen av prostatakreft osteolytiske metastasering. PLoS ONE 6 (1): e16078. doi: 10,1371 /journal.pone.0016078
Redaktør: Chad Creighton, Baylor College of Medicine, USA
mottatt: 13 september 2010; Godkjent: 06.12.2010; Publisert: 13 januar 2011
Copyright: © 2011 Secondini 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 EU-kommisjonen (CANCURE-2006-020970 og PRIMA-504587) og fra den sveitsiske National Foundation (3200-068409,02). 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
Skeletal metastase er en vanlig klinisk manifestasjon i avansert stadium pasienter som lider av prostatakreft (CAP) [1], [2] og bryst kreft (CAM) [3]. Skjelettmetastaser er den viktigste årsaken til sykelighet hos disse pasientene, med smerter og komplikasjoner, inkludert patologiske frakturer, ryggmargs og nerve kompresjon som krever analgesi, bestråling og ortopedisk kirurgi, alle forbundet med betydelige kostnader [4].
ved metastatisk nettstedet, kreftceller forstyrre den fysiologiske bein homeostase kontrollert av osteoblaster og osteoklaster. CaM benmetastaser en tendens til å fremkalle en osteolytisk reaksjon, mens CAP metastaser er fremherskende i forbindelse med en osteosclerotic reaksjon [5], [6]. Begge typer lesjoner kompromittere skjelett integritet og til slutt føre til patologiske frakturer.
De eksakte mekanismene som bestemmer osteolytic og osteosclerotic lesjoner i benmetastaser er ikke klart definert ennå. Den rådende begrepet indikerer at kreftceller utskiller et overskudd av parakrine faktorer stimulerende direkte eller indirekte osteoklast eller osteoblast rekruttering, og dermed føre til ubalansert overskudd av benresorpsjon eller dannelse, henholdsvis [7], [8].
Det er allment akseptert at osteolytisk reaksjonen i beinmetastase resultater fra et overskudd av osteoklastmediert benresorpsjon. Kreftceller frigi paradigmatiske «osteolytiske» cytokiner, slik som parathyreoideahormon-relatert protein (PTHrP), reseptor aktivator av NF-B-ligand (RANKL), interleukin-8 (IL-8) og koloni-stimulerende faktor-1 (CSF-1) direkte eller indirekte er ansvarlig for økningen i Dannelsen av osteoklaster, aktivitet og overlevelse. Etterfølgende frigjøring av vekstfaktorer fra benmatriks brensel kreftcellevekst, noe som i sin tur stimulerer ytterligere benresorpsjon, således videreføre prosessen og etablere en «ond sirkel» [5], [9]. Denne hypotesen gir begrunnelsen for hemming av benresorpsjon som terapeutisk interferens med vekst progresjon i osteolytic bein metastasering. Imidlertid har farmakologisk hemming av benresorpsjon bare en minimal eller ingen positiv innvirkning på helbredelse av osteolytiske lesjoner [10]. Dette tyder på det sterkeste at, foruten en økning i osteoklastmediert benresorpsjon, annen mekanisme (e) bidra til osteolyse.
osteolytic lesjon i multippelt myelom (MM) er ikke bare et resultat av en osteoklastmediert økning i benresorpsjon [11], men også av en frakopling av remodelleringsprosessen bestemmes ved en reduksjon i osteoblast-mediert bendannelse [12], [13]. Flere antagonister av Vingeløse (Wnt) signalveien, for eksempel Dickkopf-1 (DKK-1), utskilte frizzled-relatert protein (sFRP) -1 og -2, blir over-uttrykt av MM-celler, og kan bidra til å hemme Wnt-mediert osteoblast rekruttering og, derfor, til undertrykkelse av bendannelse [11], [14], [15]. Dette synet er ytterligere bekreftet av eksperimentelle bevis som viser at blokkering Dkk-1 aktivitet redder beindannelse i dyremodeller av MM [16].
Tidligere har vi rapportert at osteoinduktivt og osteolytic potensial
in vivo
av CAP og cam cellelinjer kan defineres
in vitro
av deres differensial uttrykk ikke bare av osteolytiske cytokiner, men også av BMP antagonist noggin. Osteoinduktivt kreft cellelinjer mangler noggin uttrykk, og den funksjonelle relevansen av dette funnet ble understreket ved å vise at noggin tvunget til uttrykk i et osteoinduktivt Cap cellelinje opphever osteoblast respons indusert av sine benmetastaser
in vivo
. Motsatt konstituerende noggin uttrykk
in vitro
synes å være kjennetegnet av osteolytiske Cap og cam cellelinjer [17]. Vi hevdet at i analogi til det som har blitt funnet for Dkk-1 i MM, kan konstituerende noggin utgivelsen av osteolytiske kreftceller bidra, gjennom hemming av beindannelse, til osteolytic lesjon i benmetastaser fra solide kreftformer.
for å teste denne hypotesen, må vi først undersøkt om hemming av beindannelse er en bestanddel av osteolytiske lesjoner indusert i bein xenopodet med den menneskelige Cap cellelinje PC-3. Vi deretter undersøkt om kort hårnål RNA (shRNA) -mediert noggin undertrykkelse i PC-3 celler, konstitutivt sekresjon dette proteinet [17], kan bevare beindannelse i osteolytiske lesjoner.
osteolytiske lesjoner i bein xenopodet med PC-3 celler viste morfologiske og histomorphometric parametre for forbedret osteoklastmediert benresorpsjon og redusert osteoblastformidlet beindannelse. I kontrast, ble bein xenopodet med Noggin-forstummet PC-3 celler preget av strukturelle og histologiske endringer som indikerer beindannelse /reparasjon aktivitet. Derfor noggin undertrykkelse i osteolytisk cellelinje PC-3 ser ut til å bevare den beindannelse som normalt følger benresorpsjon, som en effekt av «kobling fenomenet». Omvendt, forebygger kreft celle-utskilt noggin reparasjon av osteolytiske lesjoner ved frakobling beindannelse fra osteoklastmediert benresorpsjon, som er stimulert av kreftcelle-avledet osteolytiske cytokiner.
Resultater
lyddemping av noggin mRNA og protein uttrykk i PC-3 /F
luc
Cell klone av shRNA
den menneskelige osteolytic Cap cellelinje PC-3, konstitutivt uttrykker BMP antagonist noggin [17], ble først transfektert med en luciferase-koding vektor for å danne
luc
-positive kloner. En celle klone, PC-3 /F
luc
, ble valgt basert på stabil
luc
uttrykk og på genuttrykk profil
in vitro
, tumor ta og bein reaksjon etter intra-osseous vaksinasjon
in vivo
tilsvarer de av foreldre PC-3 celler (figur S1).
PC-3 /F
luc
klonen ble senere transfektert med en kombinasjon av tre forskjellige noggin-spesifikk shRNA eller med en ikke-målsøkende shRNA for å utlede noggin knock-down (Nog-KD) og negativ kontroll (mock) kloner, respektivt. To Nog KD kloner (Nog-KD 14 og Nog-KD 17) ble valgt basert på den betydelige reduksjonen i noggin mRNA uttrykk, sammenlignet med PC-3 /F
luc
celler (figur 1A). Immunoblot-analyse av proteiner noggin sekresjon i kultursupernatanten fra Nog-KD-kloner 14 og 17 viste en reduksjon på 93% og 98%, respektivt (figur 1B). Mock 5 klone viste en økning i noggin mRNA uttrykk. Men noggin protein uttrykk i denne klone og i mock 4 ble ikke påvirket.
A. Noggin mRNA uttrykk i PC-3 /F
luc
celler, ikke målretting-vektor transfekterte kloner (mock 4 og 5) og noggin-KD kloner (Nog-KD 14 og 17). De mRNA uttrykk nivåer (+/- SD) er kvantifisert ved real-time RT-PCR og normaliserte p-aktin som endogen kontroll; mRNA nivå i PC-3 /F
luc
celler er satt som 100%; gjennomsnittet av 2 til 3 uavhengige eksperimenter er vist. ***
P
0,001, Nog-KD kloner
versus
PC-3 /F
Luc Hotell og håne kloner. B. Noggin protein skilles ut i den betingede medium (CM) fra PC-3 /F
luc
, falske og Nog-KD kloner. Ekvivalente mengder av proteiner fra konsentrerte CM ble immunoblottet med anti-noggin-antistoff. Tilsvarende protein lasting ble verifisert ved farging med Coomassieblå det totale proteininnhold i CM.
Cell spredning og uttrykk for osteotropic faktorer av Noggin-silenced PC-3 /F
luc
celler
in vitro
Celleproliferering
in vitro
av mock og Nog-KD kloner ble ikke påvirket, i forhold til foreldre PC-3 /F
luc product: (Figur 2A).
A.
In vitro
proliferasjon av mock og Nog-KD kloner ble målt ved BrdU-inkorporering i 4 dager, og i forhold til PC-3 /F
luc
celler. Gjennomsnittsverdier av 3 uavhengige eksperimenter utført i kvadruplikat-brønner (+/- SD). B. Uttrykk for Dkk-1, PTHrP, RANKL, CSF-1 og IL-8 mRNA. mRNA uttrykk nivåer (+/- SD) er kvantifisert ved real-time RT-PCR og normaliserte p-aktin som endogen kontroll. MRNA uttrykk nivået i PC-3 /F
luc
celler er satt som 100%; gjennomsnittet av 2 til 3 uavhengige eksperimenter er vist. *** P 0,001, mock og Nog-KD 17 kloner
versus
PC-3 /F
Luc Kjøpe og Nog-KD 14 kloner
I. for å kontrollere om noggin lyddemping vil påvirke mRNA uttrykk av relevante osteotropic faktorer, uttrykk for Dkk-1, PTHrP, RANKL, CSF-1 og IL-8 ble også undersøkt (figur 2B). Ekspresjonen av DKK-1 og PTHrP ble ikke modifisert i alle transfekterte kloner, sammenlignet med PC-3 /F
luc
. Konsekvent med tidligere undersøkelser i foreldrenes PC-3 celler [17], RANKL uttrykk var umulig å oppdage i PC-3 /F
luc
, falske og Nog-KD kloner. CSF-en ble moderat oppregulert i alle mock og Nog-KD kloner, selv om høyden ikke nådde betydning. IL-8 uttrykk var betydelig høyere i mock kloner og spesielt i Nog-KD 17.
Det har vært vist i osteoblaster
in vitro Hotell som uttrykk for noggin er BMP-avhengige, indikerer at et sannsynlig tilbakekoblingsmekanisme er nødvendig for å opprettholde en BMP /noggin balanse, og derved begrense BMP virkning på disse cellene [23]. En lignende tilbake har også blitt rapportert i noen prostatakreftcellelinjer utvunnet fra [17], [24]. MRNA-ekspresjon av BMP-2, -3, -6 og -7 ble ikke modifisert i begge Nog-KD kloner, sammenlignet med foreldre PC-3, BMP-4, mens mRNA var udetekterbar i begge paren og Nog-KD-celler (ikke vist). Derfor noggin tie i PC-3 celler endrer ikke verken nivå eller spekteret av deres BMP uttrykk.
Effekt på bein
in vivo
av Noggin-forstummet PC-3 /F
luc
celler
et første forsøket ble avsluttet på dag 25 etter injeksjon for alle grupper av dyr, mens i en følgende eksperiment observasjonsperioden for Nog-KD kloner ble forlenget til 33 dager. I begge forsøk ble radiografisk analyse påvises start av en tilsvarende osteolytisk reaksjon i alle grupper av kreftcellebeinene så tidlig som dag 14 etter tumorcelle xenografting (ikke vist). På dag 21 viste alle xenopodet tibiae fremdeles et tilsvarende antall og forlengelse av osteolytiske lesjoner, og en utvidelse av benet aksel, sammenlignet med sham-opererte tibiae. Men i skinneben xenopodet med Nog-KD kloner rest bein plassert mellom områder av osteolyse viste noen tegn på en mer radio-tett aspekt (figur S2). I det første eksperimentet, både radiografi og μ-CT rekonstruksjon utført ved avslutningen av eksperimentet (dag 25) viste videreutvikling av overveiende osteolytiske lesjoner i PC-3 /F
luc-
og mock clone- peiling skinneben (figur 3A og B). I motsetning til dette, i den tibiae xenopodet med Nog-KD-klonene en tydelig økning i radiodensity av det gjenværende ben og, i tillegg, utvikling av ben spiculae rager utenfor cortex ble alltid observert (figur 3A og B). I det andre eksperimentet ble observasjonstiden ble forlenget for å tillate progresjon av benet respons. Dyrene inokulert med PC-3 /F
luc
klone trengs for å bli ofret på dag 23 på grunn av alvorlig osteolyse av xenopodet bein og hevelse i lem, og til tegn på smerte og ubehag. I kontrast, bein xenopodet med Nog-KD kloner viste en mer bevart strukturell integritet og en mindre uttalt hevelse i benet, uten tegn til smerte og ubehag. Følgelig dyrene xenopodet med Nog-KD 17 og Nog-KD 14 kloner ble holdt i et tidsrom på 30 og 33 dager, henholdsvis. Konsekvent med utviklingen av bein respons observert i det første forsøket viste skinneben xenopodet med Nog-KD kloner forbedret radiodensity av rest bein og uttales bein spiculae projisere utenfor cortex (figur S3A og B).
En . Representative bilder av radiografi og B. 3-D rekonstruksjon (μ-CT) av tibiae (øverst) og fra 1 mm tykke tverrsnitt (bunnen) av skamoperert og kreftcelle-xenopodet tibiae på dag 25 etter intra-osseous inokulasjon.
Endring av bein strukturelle parametere indusert
in vivo
av Noggin-forstummet PC-3 /F
luc
celler
Kvantitativ μ-CT analyse bekreftet at skinneben xenopodet med PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner hadde signifikant lavere BV /TV-forhold enn humbug-opererte seg. Tvert imot, det tibiae inokulert med Nog-KD-kloner hadde høyere BV /TV-forhold enn med PC-3 /F
luc
og mock kloner og var ikke forskjellig fra den skinn-opererte seg (figur 4A) .
A. Forholdet av ben volum over totalvolum (BV /TV, +/- SD) ble bestemt ved μ-CT på dag 25 etter tumorceller inokulering;
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
0,001, mock 5
versus
Nog-KD kloner og humbug; **
P
0,01, Nog-KD 14
versus
PC-3 /F
Luc Hotell og mock 4; *
P
0,05, humbug og Nog-KD 17
versus
PC-3 /F
Luc Hotell og mock 4. B. Total beinmineralinnhold (TBMC; mg /mm +/- SD) ble målt ved pQCT på dag 25 etter tumorceller inokulering;
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
0,001, mock 5
versus
Nog-KD 14; *
P
0,05, humbug og Nog-KD 17
versus
mock 5, og Nog-KD 14
versus
mock 4.
Totalt bone mineral innhold målt ved pQCT var lavere i skinneben xenopodet med PC-3 /F
Luc Hotell og håne kloner, sammenlignet med humbug-opererte seg, men betydningen ble nådd bare for mock 5 -xenografted bein. I motsetning totale innholdet bone mineral i Nog-KD kloner-xenopodet skinneben var høyere enn i PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner-xenopodet seg, men nådde betydning bare når sammenlignet med mock kloner (figur 4B).
histomorfometri
i skinneben xenopodet med PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner var det en betydelig økning i osteoclast antall og prosentandel av overflaten er dekket av osteoklaster, sammenlignet med narreopererte tibiae (figur 5A og C). Dette ble fulgt av en signifikant nedgang i osteoblast antall og prosentandel av overflaten dekket av aktive osteoblaster (figur 5B og D).
A. Antall osteoklaster (N.Oc /BS; /mm, +/- SD) på endosteal overflate i trabekulært og kortikalt ben av skamoperert tibiae eller på gjenværende ben i tilknytning til kreftceller av tibiae xenopodet med PC-3 /F
luc
, mock og Nog-KD kloner.
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
0,001, PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner
versus
humbug, og mock kloner
versus
Nog- KD 17; **
P
0,01, Nog-KD 17
versus
PC-3 /F
luc, etter og Nog-KD 14
versus
PC -3 /F
Luc Hotell og håne kloner. B. Antall osteoblaster (N.Ob /BS; /mm, +/- SD) på endosteal overflate i trabekulært og kortikalt ben av skamoperert tibiae eller på gjenværende ben i tilknytning til kreftceller av tibiae xenopodet med PC-3 /F
luc
, mock og Nog-KD kloner.
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
0,001, PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner
versus
Nog-KD kloner, og mock 4
mot
humbug; **
P
0,01, humbug
versus
PC-3 /F
Luc Hotell og mock 5; *
P
0,05, Nog-KD 14
versus
humbug. C. Andel endosteal overflaten i kortikalt og trabekulært ben okkupert av osteoklaster (Oc.S /BS;%, +/- SD) i sham-opererte og kreftcelle-xenopodet skinneben.
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
0,001, mock kloner
versus
humbug og Nog-KD kloner, og PC-3 /F
luc versus
humbug og Nog-KD 17 ; **
P
0,01, Nog-KD 14
versus
PC-3 /F
luc
. D. Andel endosteal overflaten i kortikalt og trabekulært ben okkupert av osteoblaster (Ob.S /BS;%, +/- SD) i sham-opererte og kreftcelle-xenopodet skinneben.
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
. 0,001, PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner
versus
humbug og Nog-KD kloner
tibiae xenopodet med Nog-KD-klonene viste signifikant lavere antall osteoklaster og prosentandel av overflaten er dekket av osteoklaster enn de xenopodet med PC-3 /F
luc
og mock-kloner (figur 5A og C). Motsatt, viste de en betydelig høyere antall aktive osteoblaster og prosentandel av overflaten er dekket av osteoblaster enn de inokulert med PC-3 /F
Luc Kjøpe og håne kloner. I Nog-KD-kloner xenopodet tibiae antall osteoblaster var høyere enn i den narreopererte tibiae, men denne økningen var betydelig bare for Nog-KD 14 (figur 5B og D). Til tross for det faktum at mRNA-ekspresjon av IL-8, som er kjent for å stimulere Dannelsen av osteoklaster, var signifikant oppregulert
in vitro
i Nog-KD 17 klon, sammenlignet med den Nog-KD 14 klon, der var ingen åpenbar forskjell i osteoklastprotonpumpen tall mellom beina xenopodet med de to Nog-KD kloner. Dette tyder på at forskjellen i IL-8 mRNA uttrykk var funksjonelt irrelevant.
Vekst egenskaper
in vivo
av Noggin-forstummet PC-3 /F
luc
celler
Tumor ta var 100% for alle xenopodet kloner. Ukentlig overvåking og kvantifisering av intra-osseous tumorvekst av BLI avslørte at i begge forsøk noggin undertrykkelse i kreftceller hadde en moderat innvirkning på deres spredning
in vivo
. I utgangspunktet Nog-KD kloner vokste på samme måte som PC-3 /F
Luc Hotell og håne kloner. Men deres vekst gradvis bremset ned, og de kunne ikke nå samme tumorbyrde som for PC-3 /F
Luc Hotell og mock kloner (figur 6). I det andre forsøket, hvor tumorvekst ble overvåket i lengre tid, ble en vekststans, selv observert (figur S3C).
Bioluminescent signal (fotoner +/- SD) avgis fra kreftcelle-xenopodet tibiae ble kvantifisert på dag 7, 14, 21 og 25 etter intra-osseous inokulering av tumorceller;
n
= 6-7 dyr for hver forsøksgruppe. ***
P
0,001, Nog-KD kloner
versus
PC-3 /F
luc
på dag 25; *
P
0,05, Nog-KD 14
versus
PC-3 /F
luc
dag 21.
metastatisk potensial av noggin-forstummet PC-3 /F
luc
celler
for å undersøke om noggin stanse påvirker metastatisk evne til PC-3 celler, ble systemiske metastaser indusert ved injeksjon i venstre hjerte ventrikkel.
kinetikk utvikling og antall benmetastaser per mus 28 dager etter intra-hjerte injeksjon av Nog-KD 17 celler ikke avvike fra det indusert av PC-3 /F
luc
og mock kloner (ikke vist). Etter intrahjerte injeksjon av PC-3 /F
luc
celler systemiske benmetastaser utvikle asynkront ved variable bein områder, noe som gjør vanskelig en direkte sammenligning av radiografiske aspektet og vekst progresjon av metastatiske lesjoner på samme bein nettstedet blant forskjellige dyr. Videre PC-3 /F
luc
celler, som foreldre PC-3, nesten uten unntak metastasere til kjeven, og derved hemme den ernæringsmessige status av dyrene, og følgelig begrense lengden av den eksperimentelle observasjon. Disse ulempene hindret oss å verifisere om i denne modellen benet respons og tumorvekst indusert av Nog-KD klone fremgang også for de som ble observert i intra-osseous modell.
Diskusjoner
Her vi viser for første gang at det i PC-3-xenograft modell av osteolytiske benmetastaser økningen i antall osteoklast er forbundet med svekkelse i osteoblast antall og aktivitet. Dette indikerer at osteolytic lesjon er ikke bare et resultat av økt benresorpsjon, men også for en ekstra hemming av beindannelse. Vi viser også at shRNA-mediert undertrykkelse av konstitutiv ekspresjon av BMP-antagonisten noggin i PC-3-celler, uten å forstyrre den vertsmikromiljøet-avledede noggin, gjenoppretter osteoblast nummer og bendannelse i benlesjoner indusert av disse cellene. Følgelig er benet reaksjon omdannes fra en ren osteolytisk til et blandet osteoblastisk /osteolytisk en. Sammen er disse resultatene tilveiebringe nye bevis sterkt tyder på at noggin sekresjon av netting-celler medierer inhibering av osteoblast rekruttering /aktivitet. Den resulterende inhibering av bendannelse hindrer reparasjon av osteolytisk lesjon som genereres av cytokin-stimulerte, osteoklastmediert benresorpsjon. Konsekvent med denne forestillingen, kan noggin representere en potensiell terapeutisk mål i osteolytic Cap bein metastasering.
De molekylære mekanismene som styrer osteoblastiske og osteolytic respons i benmetastaser fra solide kreft er gjenstand for intensiv etterforskning. I osteolytic svar, har oppmerksomheten vært overveiende fokusert på ekstracellulære faktorer og signalveier som medierer crosstalk mellom tumorceller og bein mikromiljøet som fører til den onde sirkelen av tumor spredning og benresorpsjon [25]. Denne hypotese postulerer at faktorer som PTHrP [26], RANKL [27] og IL-8 [28] blir utskilt av cancerceller og stimulerer Dannelsen av osteoklaster og aktivitet. Den påfølgende økning i ben resorpsjon frigjør matrise innleiret vekstfaktorer, så som insulin-lignende vekstfaktor (IGF) og transformerende vekstfaktor beta (TGF-β), som i sin tur fremme ytterligere kreftcellevekst.
påvirkningen av kreftceller på osteoblast rekruttering og aktivitet er blitt studert nesten utelukkende i MM. Paradigmatiske molekyler som induserer direkte osteoblast rekruttering og dermed beindannelse, er medlemmer av BMP og Wnt protein familier. Ekstracellulære antagonister er avgjørende for modulering av deres aktiviteter [29]. I en banebrytende studie er det blitt demonstrert at i MM sekresjon av Wnt antagonist DKK-en av de neoplastiske cellene hemmer osteoblast rekruttering og aktivitet. Følgelig osteolytic lesjon i MM er ikke bare et resultat av økt benresorpsjon, men også av fortrengte beindannelse [30]. Videre er nedregulering av DKK-1-ekspresjon synes å mediere osteoinduktiv aktivitet på endotelin-1 (ET-1) [31]. En annen ekstracellulære antagonist av Wnt vei, sFRP-2, kan også bidra til denne mekanismen av inhibering av bendannelse [32].
modulering av osteoblast rekruttering /aktivitet og mulige bidrag av inhibering av bendannelse i osteolytiske metastase av faste cancere har fått liten oppmerksomhet. Et begrenset antall kvantitative histomorphometric studier i osteolytiske metastaser hos en rekke epiteliale kreftformer har vist at, i tillegg til den økning i benresorpsjon, er det også svekkelse i beindannelse, spesielt i industri lesjoner [33], [34], [35] . Det har vært antydet at i disse lesjoner benresorpsjon er koplet fra den etterfølgende bendannelse fase, som vanligvis følger i normal benremodelleringen [36]. Dette fenomenet kan være mediert av en direkte, negativ påvirkning av kreftceller på osteoblast rekruttering, overlevelse og aktivitet, som vist
in vitro
for osteolytic cam og Cap cellelinjer [37], [38], [39] . Denne undersøkelsen, som viser at indeksene beindannelse er svekket i skinneben xenopodet med PC-3 celler, støtter videre de kliniske funn over og antyder sterkt at en mekanisme for frakopling beindannelse fra resorpsjon også opererer i denne modellen. Det er imidlertid ennå ikke kjent om identiteten til de molekyler som medierer den hemmende virkning på osteoblaster.
Antagonisme av BMP-aktivitet ved noggin er kritisk for embryonisk kondro-osteogenesis og ledd formasjon [40]. Osteoblast-målrettede over-ekspresjon av Noggin resultater i osteopeni som følge av svekket osteoblast rekruttering [41], [42], noe som indikerer at den ekstracellulære modulering av BMP-konsentrasjonen er også viktig i voksen alder for kontroll av bendannelse under benremodellering . BMP og noggin gjensidig indusere uttrykk i osteoblaster [23], noe som indikerer at en positiv tilbakemelding er nødvendig for å opprettholde en optimal balanse mellom BMP og Noggin konsentrasjoner i beinet mikromiljøet. Bone metastatiske kreftceller kan forstyrre denne balansen ved å skille et overskudd av enten BMP eller noggin. Det har blitt rapportert at BMP-6 ekspresjon positivt korrelerer med netting progresjon [43], [44], og at BMP-6 er den BMP primært ansvarlig for å indusere en osteoblast respons i musemodeller for Cap benmetastase [17], [45] . Imidlertid, i en av disse rapportene vi demonstrert at, i tillegg, osteoinduktive kreftceller mangler sekresjon av BMP-inhibitor noggin og som noggin tvunget ekspresjon i disse cellene opphever sin osteoinduktiv aktivitet
in vivo
. Derfor er en uhindret virkning av et overskudd av BMP-6 lokalt utgitt av kreftceller også en determinant av osteoblast respons både i lokket og CaM benmetastase [17]. Likeledes synes lavt uttrykk av Wnt antagonist Dkk-en for å favorisere Wnt-indusert osteoblast respons i Cap beinmetastaser [46]. Disse to studiene viste for første gang at det i osteoblastisk beinmetastaser den fysiologiske, tett balanse mellom osteoinduktivt BMP-6 og /eller wnt proteiner og deres antagonister er skråstilt mot den første, og således favoriserer en unormal osteoblast respons. I motsetning til dette, osteolytiske CaM cellelinjer som uttrykker BMP-2 og -4, mens den osteolytisk Cap-cellelinjen PC-3 uttrykker BMP-3 [17], [47]. Imidlertid, både hetten og CaM osteolytiske cellelinjer som uttrykker lav eller ingen BMP-6 [17], [45] og BMP-7 [48], [49], og, viktigst av alt, utskiller konstitutivt relativt høye mengder av noggin [17]. Derfor, i osteolytiske benmetastaser vil balansen mellom BMP og noggin ser ut til å endres i en retning motsatt den til osteoblastiske benmetastaser. Den foreliggende undersøkelse viser at denne noggin-vippes balanse er ansvarlig for undertrykkelse av beindannelse og hindrer således reparasjon av osteolytisk lesjon. Videre demonstrasjonen den spesifikke målrettingen av kreftcellen-avledet noggin bevarer beindannelse /reparasjon antyder sterkt noggin som en stor «un-kopling faktor» i osteolytic beinmetastaser og ytterligere understreker relevansen av BMP antagonisme i patologisk benremodelleringen.
Her viser vi tydelig at noggin stanse i osteolytiske PC-3 celler, men ikke korrigere benarkitektur, gjenoppretter benmasse av xenopodet skinneben, som vurdert av radiografi, μ-CT og pQCT. Denne effekt på benmasse er et resultat av normalisering eller forbedring av bendannelse, som indikert ved histomorphometric parametere av osteoblast antall og aktivitet. Noggin tie i PC-3-celler ikke endrer enten nivået eller spekteret av deres BMP uttrykk. Som et resultat, kan den fysiologiske BMP /noggin balanse i ben vippes i favør av første ved et overskudd av kreftcelle-avledet BMP, noe som kan forklare trenden mot økning i bendannelse observert i ben xenopodet med Nog-KD PC-3 -celler.
benreparasjon er tydelig i avanserte benlesjoner, hvilket antyder at et tidsintervall som er nødvendig for å gjenopprette beindannelse, i overensstemmelse med den tidsmessige organiseringen av den fysiologiske benremodellering (ben-kobling). En lignende mekanisme for gjenopprettelse av ben koblingen er blitt foreslått for å forklare den reparative bendannelse i beinmetastase av faste cancere som en effekt av anti-kreftterapi [33], [36], [50].
positiv effekt av noggin stanse på beindannelse støtter vår opprinnelige hypotese og foreslår noggin som en av de avgjørende kreft celle-stammer hemmere av osteoblast rekruttering /aktivitet bidrar til osteolytiske lesjoner i Cap benmetastaser. Vi har valgt en cap modell av osteolytic bein metastase å være i samsvar med vår forrige undersøkelse viser at omvendt, mangel på noggin har en relevant rolle i osteoblastiske respons i Cap benmetastaser [17]. Imidlertid er en overveiende osteolytisk fenotype observert bare i en liten prosentandel av Cap benmetastaser, mens det utgjør størstedelen av kammen metastaser [5], [6].
