Abstract
Ifølge kreftstamcelle (CSC) modell, er høyere CD133 uttrykk i svulstvev forbundet med spredning og dårlig prognose i tykktarmskreft. Som sådan er det CD133-positive (CD133
+) undergruppe av kreft celler antas å spille en sentral rolle i tumorutvikling og metastatisk progresjon. Selv CD133
+ celler antas å vise mer CSC-lignende oppførsel og være ansvarlig for svulst kolonisering, viser nyere forskning at CD133
– celler fra metastatiske colontumorer ikke bare også besitter kolonisering kapasitet, men også fremme veksten av større svulster i en musemodell enn CD133
+ celler, noe som tyder på at en alternativ mekanisme for metastasering eksisterer. Denne studien undersøkte denne muligheten ved å undersøke cellen levedyktighet, tumorigenitet, og spredning og vekstevnen i CD133
+ og CD133
– subpopulasjoner av SW620 cellelinje, et menneske metastatisk tykktarmskreft cellelinje, både i en
in vitro
cellemodell og en
in vivo
musemodell. Mens begge SW620
CD133- og SW620
CD133 + celler ble funnet å delta i toveis celletype svitsjing som reaksjon på eksponering for miljømessige stressfaktorer, inkludert hypoksi, en celle adhesjon fritt miljø, og ekstracellulær matriks stimulering, både
in vitro
og
in vivo
, CD133
– celler ble funnet å ha en vekstfordel under tidlig i koloniseringen på grunn av deres større motstand mot inhibering proliferasjon. Basert på disse funnene, er en hypotetisk modell der kolon kreftceller deltar i celle-type svitsjing som reaksjon på eksponering for miljømessige belastninger foreslått. En slik veksling kan gi en overlevelsesfordel under tidlig kolonisering, samt at forklare tidligere motstridende observasjoner
Citation. Hsu CS, Tung CY, Yang CY, Lin CH (2013) som svar på stress i tidlig Tumor Colonization modulerer Bytte av CD133-positive og CD133-Negativ subpopulasjoner i et menneske metastatisk Colon Cancer Cell line, SW620. PLoS ONE 8 (4): e61133. doi: 10,1371 /journal.pone.0061133
Redaktør: Wael El-Rifai, Vanderbilt University Medical Center, USA
mottatt: 23. oktober 2012; Godkjent: 05.03.2013; Publisert: 05.04.2013
Copyright: © 2013 Hsu 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 av forskningsstøtte NSC 97-3112-B-075-002, NSC 98-3112-B-010-023-B4, og NSC 97-2320-B-010-024-My3 fra National Science Council og ved Sikt på toppen Universitetet Plan fra Kunnskapsdepartementet, Kina. 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
de fleste dødsfallene skyldes tykktarmskreft er korrelert med spredning av primærtumor i stedet for utvikling av primærtumor. Som sådan, kunne få forståelse for tykktarmskreft metastaser øke pasientens overlevelse. Oppnå et slikt mål er spesielt viktig, som median total overlevelse varighet av metastaserende tykktarmskreftpasienter er i dag mindre enn 2 år og 5 års overlevelse mindre enn 10% [1], [2]. Å få forståelse av metastaser kan også i stor grad hjelpe til å velge den passende behandling strategien
Det er i dag kjent at tumormetastase er en flertrinns prosess hvor malignitet av tumorceller gradvis utvikles i 3 sekvensielle trinn:. Intravasation, bloduttredelse, og kolonisering [3]. I intravasation stadium, hvor tumorcellene gjennomgår celle funksjonelle endringer i forberedelse for cellemigrering og ekstracellulære matriks (ECM) fordøyelse, tumorceller begynner å unnslippe fra det primære stedet og invadere det sirkulerende system. I bloduttredelse stadium, svulstceller sirkulerer i blodårer og lymfesystemet før de ble transportert til fjerne metastaser. I løpet av kreft kolonisering trinnet, de transporterte tumorcellene tilpasse seg til mikromiljøet og begynner å formere seg. I det tidlige stadium koloniseringen, blir tumorceller utfordres av mange miljøstressfaktorer, som ECM interaksjoner, hypoksiske betingelser, vekstfaktor-stimulering, og immun-system-interaksjoner, som fører til deres død eller uvirksom [3]. De få celler som kan tilpasse seg stressfaktorer og overleve bli en undergruppe av kreftceller involvert i kreft kolonisering og er ansvarlig for metastase prosesjon.
Nylig ble en modell av kreft stamceller (cscs) har blitt foreslått og mye diskutert [4]. Denne modellen er basert på tidligere forskning der en liten undergruppe av kreftceller isolert fra den primære svulsten som er preget av høy apoptose motstand, lang levetid, og høy differensiering og klonal ekspansjon evne ble definert som kreft stamceller [5]. Ifølge CSC modell, er alle kreftceller frigjøres fra det primære stedet spres, men bare cscs kan overleve og etablere kolonier på metastaser. Flere studier har rapportert at cscs delta i metastase progresjon [4], [6]. En rekke cellemarkører, inkludert CD133, CD166, og CD26, er blitt anvendt til å isolere den CSC undergruppe innenfor tykktarm-kreftcellepopulasjoner [7], [8]. Blant dem, prominin 1 (CD133) er en pentaspan transmembrane protein opprinnelig funnet i blodkreft stamceller i benmargen [9]. Nyere studier har rapportert CD133 å være en potensiell biomarkør av metastaser og dårlig prognose i kolon kreftpasienter [10] – [12]. I overensstemmelse, immunohistokjemisk (IHC) farging av tykktarmskreft vev har vist høy ekspresjon av CD133 for å være korrelert med levermetastaser og lav overlevelse [12], [13].
CD133-proteinet er funnet å være mer rik på levermetastatiske lesjoner sammenlignet med primære tykktarmskreft lesjoner [14]. Likevel er CD133 ansett en CSC markør i tykktarmskreft. Som nedregulering av CD133 er blitt allment observert i løpet av tumorutvikling, er dens ekspresjon antas å bli regulert i løpet av celledifferensiering [15]. I en mus xenograft eksperiment undersøke CD133-negative (CD133
-) og CD133-positive (CD133
+) subpopulasjoner av primær tykktarm kreft celler, bare CD133
+ undergruppe ble funnet stand til å indusere tumordannelse [15] – [17]. Disse funnene, i tillegg til den brede og effektiv bruk av CD133 som en biomarkør for å isolere stamceller i cancervev [18], [19], tyder på at en subpopulasjon av CD133
+ celler fungerer som cscs i den metastasering av tykktarmen kreft
Men flere kontroversielle funn har dukket opp fra sammenligning av CD133
-. og CD133
+ subpopulasjoner i cellelinjer og primærkulturer av tykktarmskreft [20] – [23]. Selv om begge CD133
– og CD133
+ subpopulasjoner av HCT-116-celler, en human koloncancercellelinje, er blitt funnet å indusere tumorvekst hos mus [22], den CD133
– subpopulasjon av ett human metastatisk kreft i tykktarmen cellelinje, LoVo, ble funnet mer resistent overfor 5-fluorouracil behandling enn CD133
+ subpopulasjonen [20]. Likeledes Shmelkov et al. fant en subpopulasjon av CD133
– tykktarmskreftceller isolert fra en levermetastatisk område i en xenograft musemodell for å ha et høyere nivå av tumorgenisitet enn en undergruppe av CD133
+ celler [23]. Disse motstridende resultater kan ikke forklares med CSC modell, og antyder eksistensen av en alternativ mekanisme i metastaser følge.
SW620 er et humant kolon-kreftcellelinje som stammer fra en lymfeknutemetastatisk området. Som det besitter begge CD133
+ og CD133
– subpopulasjoner i en generell dyrkingsbetingelser (det vil si den som oppnås i en skål inneholdende en L15 medium og 10% FBS ved 37 ° C), kan SW620 tjene som en utmerket celle linje med modellen for å undersøke forskjellen mellom CD133
+ og CD133
– subpopulasjoner i celler avledet fra det samme genetisk bakgrunn. Ved hjelp av denne modellen, denne studien isolert CD133
+ og CD133
– subpopulasjoner i en SW620 cellelinje for å sammenligne deres tumorigenicity, celle atferd, og spredning og vekst kapasitet både
in vitro Hotell og
in vivo
. Basert på resultatene, er en hypotetisk modell av kreft kolonisering i metastaser som forklarer de kontroversielle funn av nyere studier foreslått.
Resultater
Den SW620 cellelinje består av 2 subpopulasjoner med høy og lav CD133 uttrykket
Figur 1A viser at cellelinjen SW620 ble delt i 2 populasjoner den SW620
CD133 + og SW620
CD133- subpopulasjoner, ifølge CD133-ekspresjon nivå, hvorav SW620
CD133 + populasjonen opptatt 75% av SW620-celler i en generell kultur tilstand. For å isolere subpopulasjoner, fluorescerende-aktivert cellesortering og analyse (FACS) ble utført, og deretter bekreftet ved revers-transkripsjon polymerasekjedereaksjon (RT-PCR) og western blot. De høyt og dårlig uttrykt subpopulasjoner ble deretter identifisert ved å utføre analyser av CD133
høy og CD133
negativ sone fordeling (figur 1B). Resultatene viste at SW620
CD133 + celler uttrykker mer CD133 mRNA og protein enn SW620
CD133- celler (figur 1C og 1D), som utelukket muligheten for alternativ spleising eller trans regulering [24]. Det er vel kjent at SW620 inneholder 2 forskjellige morfologiske celletyper, en liten sfærisk (hvit pil, figur 1E, Fig S1A og S1B) og en bipolar type (svart pil, figur 1E; pilespiss, fig S1A og S1B) [25 ], der andelen ikke signifikant forskjellig i SW620
CD133 + og SW620
CD133- subpopulasjoner.
CD133 uttrykk for SW620 celler ble analysert, og cellene ble sortert etter FACS Canto og FACS Aria, henholdsvis. (A) Måling av CD133-ekspresjon ved strømningscytometri viste at 75% av cellene var SW620
CD133 + celler, og 25% var SW620
CD133–celler (hvit topp angir farging kontroll for mus IgG). (B) Den øverste 5% av CD133 + undergruppe (CD133
høy) og bunn 5% av CD133- undergruppe (CD133
negative) ble samlet inn ved hjelp FACS Aria. (C) Øvre panel viser RT-PCR resultater for CD133 mRNA. Nedre panel viser RT-PCR-resultater for GAPDH mRNA som brukes som en kontroll for å utføre normalisering. (D) Øvre panel viser Western blot resultater for CD133 protein i total celle lyse. Nedre panel viser resultatene for alfa tubulin anvendes som en lastekontroll. (E) SW620
CD133 + cellemorfologi under lett mikroskopi (20 ×). (F) SW620
CD133- cellemorfologi under lett mikroskopi (20 ×).
carboxyfluorescein diacetate-succinimidyl ester (CFSE) farging av FACS og MTT analysen avslørte at spredning evne mellom SW620 subpopulasjoner er like i en generell kultur tilstand (figur S1C og S1D), mens MTT analysen med taxol, cisplatin, actinomycin D, og camptothecin behandling viste cellelevedyktigheten til subpopulasjoner å være lik (figur S2A til S2D). Disse resultatene indikerer at SW620
CD133 + og SW620
CD133- cellene har ingen åpenbare morfologiske og fysiologiske forskjeller i en generell kultur tilstand. Som disse resultatene ikke kan forklare de ulike nivåer av tumorigenicity mellom CD133 subpopulasjoner funnet i tidligere studier [23], foreslår de at tilskyndelse av ulike nivåer av tumorigenicity kan tilskrives eksponering for visse miljøforhold.
SW620
CD133- celler vise større kolonidannelse kapasitet enn SW620
CD133 + celler i en 3D Matrigel kultur
evne ekstravaserte kreftceller til å vokse til tross for umiddelbar eksponering for microenvironmental stressfaktorer ved metastatisk området er avgjørende for metastatiske celler å gå videre til tumor kolonisering [26]. Matrigel, et oppløselig basalmembranprotein ekstrakt avledet fra Engelbreth-Holm-sverm mus sarkom, kan tjene som en
ex vivo
mikromiljø der celler er utsatt for 3D-arkitektur, ECM interaksjon, og vekstfaktor stimulering [27 ]. Som sådan har en 3D Matrigel kulturmodell blir mye brukt som en eksperimentell modell for å måle tumorgenisitet [28] – [30]. Ved hjelp av denne modellen for å sammenligne den kolonidannelse kapasiteten SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler, 500 SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler ble sådd på toppen av en tykk Matrigel kultur. Kvantifisering av synlige kolonier etter 3 ukers kultur viste at SW620
CD133- celler, som var blitt dannet et gjennomsnitt på 51,8 kolonier (SD = 3,8), hadde et høyere kolonidannelse evne sammenlignet med SW620
CD133 + -celler, som hadde dannet et gjennomsnitt på 10,3 kolonier. (SD = 2.2, figur 2A)
Renset SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler ble sådd på toppen av Matrigel for videre analyse av celleproliferasjon og kolonisering. (A) Øvre panel viser hele og forstørret bilde for kolonier morfologi; nedre panelet viser kolonier telle etter 3 uker med inkubasjon. De SW620
CD133 + celler dannet et gjennomsnitt på 10 kolonier (SD = 2,2) og SW620
CD133- celler et gjennomsnitt på 50 kolonier (SD = 3,8). Bar = 100 mikrometer. (B) Cell teller etter 3 dagers inkubasjon.
Cell spredning i tidlig fase ble ytterligere undersøkt ved kvantifisering av celletallet i hver klone. Når ca. 200 celler ble sådd ut i en lav celletetthet på 3D-Matrigel kultur og celletallet fra hver koloni ble tellet man ved en under mikroskop etter 3 dagers inkubering, resultatene viste at SW620
CD133 + -celler var mindre proliferativ enn SW620
CD133- celler (figur 2B). Nærmere bestemt, bare en liten andel av SW620
CD133 + celler (sort bar) hadde vært i stand til å fullføre 2 (celleantall = 4, 3,4%) eller mer (celleantall 4, 0,4%) runder av cellesyklusen, og de fleste hadde opplevd arrestert vekst, slik at bare 22,5% delt en gang til å bli 2 celler og 67,7% ikke gjennomgå noen celledeling i det hele tatt. Den SW620
CD133- celler (grå linje) ble funnet å være mer tolerant hemming spredning på grunn av eksponering for 3D Matrigel kultur, med 4,7 ganger flere SW620
CD133- celler (18%) enn SW620
CD133 + celler etter å ha vært i stand til å fullføre ≥2 runder med cellesyklusen. Dette 4,7-ganger forskjell i stor koloni prosent (n≥4) mellom de to celletypene er lik den fem-ganger forskjell i antall synlige kolonier tall tidligere observert. Dette resultatet indikerer at ulike nivåer av toleranse, spesielt høyere SW620
CD133- celler, til spredning hemming fra mikromiljøet fører til ulike nivåer av tumorigenicity mellom SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler, noe som gir SW620
CD133- celler med større kapasitet til å engasjere seg i tumordannelse på tidlige metastaser.
SW620
CD133- celler har et høyere nivå av tumorigenitet enn SW620
CD133 + i en naken mus modell
in vivo
tumorigenicity av SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler ble undersøkt i en naken (nu /nu) mus modell. Etter inokulering av 10
5-celler i et subkutant område, tumorstørrelse ble målt hver 3. dag i 4 uker. Den sykdomsfri overlevelse er vist i figur 3A. Begge celletyper var i stand til å generere tumorvev etter 4 uker inokulering. Selv om hematoxylin og eosin (H 2 mm i størrelse (åpen sirkel), mens bare 11% av musene inokulert med SW620
CD133 + celler hadde gjort det (fylt sirkel). Videre er den midlere diameter av de tumorer som hadde utviklet seg etter SW620
CD133- inokulering var 1,9 ganger større enn det etter SW620
CD133 + inokulering (figur 3B og 3C). Disse resultatene, som bekrefter at SW620
CD133- celler har større tumorigenicity enn SW620
CD133 + celler og samsvar med de resultatene som er oppnådd ved hjelp av
ex vivo
eksperimentell modell, gir den første cellelinje bevis for at den CD133
– undergruppe har større potensial for å initiere tumorprogresjon ved metastaser [23]
Renset SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler ble injisert subkutant i nakne mus.. (A) Fylt og fylte sirkler refererer til sykdomsfri overlevelse av SW620
CD133 + og SW620
CD133- celler henholdsvis N = 11. (B) Øvre Bildet viser tumordannelse på grunn SW620
CD133 + celle inokulasjon på venstre side og på grunn av SW620
CD133- celle inokulasjon på høyre side. Nedre bildet viser størrelsen på den SW620
CD133 + og SW620
CD133- svulster. (C) Diagram som viser de midlere diameter på SW620
CD133 + (3,8 mm, SD = 2,1) og SW620
CD133- (8,1 mm, SD = 2,6) svulster, N = 11, P = 0,0006.
Cell-type veksling mellom SW620
CD133- og SW620
CD133 + subpopulasjoner er indusert av microenvironmental stimulering
Selv om tilskyndelse av CD133 oppregulering av eksponering for visse stressfaktorer og former for miljø stimulering ble observert i flere tidligere
in vitro
celleforsøk [31] – [33], bytting av CD133
– undergruppe til CD133
+ undergruppe av hjernesvulst primære dyrkede celler ble observert i en fersk
in vivo
eksperiment [34]. Lignende svitsje ble observert i NANK cellelinjen, en primær kolonkreft linje. Selv NANK er en CD133
-. Cellelinje isolert fra eggstokkene metastatisk tykktarmskreft vev, ble CD133
+ celler funnet i en NANK-indusert tumor [21]
I henhold til disse funnene, bytte mellom SW620
CD133- og SW620
CD133 + celler i en ubalansert måte ble observert i den generelle kulturen tilstanden i denne studien. Nærmere bestemt, 16,7% av renset SW620
CD133- celler byttet til SW620
CD133 + celler (figur 4, hvit bar i panelet til høyre), mens bare 4,7% av SW620
CD133 + celler byttet til SW620
CD133- celler (hvite linjen i venstre panel, figur 4). Denne 3,6-ganger forskjell i svitsjekapasitet mellom SW620
CD133- og SW620
CD133 + celler kan forklare større andel av SW620
CD133 + sammenlignet med SW620
CD133- celler (3:1) i den generelle kultur tilstand (figur 1). Denne forklaringen er støttet av resultatene av MTT-analysen, noe som viste at de 2 populasjoner har en lignende spredning hastighet, og således utelukket muligheten for vekst konkurranse.
Venstre panel viser SW620
CD133 + -celler og høyre panelet viser SW620
CD133- celler. Detalj beskrivelser ble vist i resultatet.
Undersøkelse av kreftceller isolert i løpet av de foregående xenograft eksperimenter (figur 3A) bekreftet disse funnene. Mens 90,3% av kreftceller som hadde blomstret fra SW620
CD133- celler senere byttet til SW620
CD133 + celler, bare 4,8% av SW620
CD133 + celler byttet til SW620
CD133- celler (figur 4, diagonal strek). Disse resultatene tyder på at celletype veksling kan moduleres ved stimulering fra
in vivo
mikromiljø. For å teste denne hypotesen, virkningen av eksponering for hypoksi, en celle-adhesjon fritt miljø, og ECM stimulering, 3 mulige former for stress i
in vivo
mikromiljøet ble undersøkt. For å etablere en hypoksisk tilstand, var oksygenkonsentrasjonen i dyrkningskammeret reguleres til 1% ved hjelp av PROOX 110 instrument og temperaturen holdt ved 37 ° C. Mens eksponering for hypoksi betydelig økt bytting av SW620
CD133- celler til SW620
CD133 + celler, spesielt fra 16,7% til 40% (p = 0,0064), det medførte ingen signifikant endring i hvilken grad SW620
CD133 + celler byttet til SW620
CD133- celler (p = 0,13) etter 4 uker med kultur i hypoksi tilstand.
for å teste eksponering til en celle-adhesjon frie tilstand ved hjelp av en 3D-kultur system, cellene ble lastet på Algimatrix, en kunstig bio-stillaset materiale uten et ECM-komponent. Celler ble dyrket ved lav tetthet (10
5 per brønn) for å forhindre celle-celle-kontakt. Etter 2 uker med kultur ble celler isolert fra gelen og CD133-ekspresjon ble målt ved FACS. Den eksponering til en celle-adhesjon-fritt miljø betydelig økt kopling av SW620
CD133- celler til SW620
CD133 +, spesielt fra 16,7% til 64,5% (p 0,001), det resulterte i noen signifikant forandring i hvilken grad SW620
CD133 + celler byttet til SW620
CD133- celler (p = 0,57). For å undersøke virkningen av ECM stimulering, celledyrking ble utført i en Matrigel-belagt plate. Selv om eksponering til ECM stimulering inhiberte signifikant CD133 ekspresjon i begge celletyper, det hadde en variabel effekt på graden av celletype svitsjing. Mens det redusert bytting av SW620
CD133- celler til SW620
CD133 + celler fra 16,7% til 5% (svart strek i panelet til høyre, p 0,001) i en Matrigel belagt plate og til 13% i en 3D Matrigel kultur (figur 4, høyre panel, horisontal fylt bar, p = 0,19), den økte svitsjing av SW620
CD133 + cellegruppen fra 5% til 11% i en Matrigel-belagt plate (p = 0,055) og til 27% i en 3D Matrigel kultur (figur 4, venstre panel, horisontal fylt bar, p = 0,023).
Testing av eksponering for 3 former for miljøstress avslørt eksistensen av en betydelig regulering av CD133 veksling i respons til en slik eksponeringer, med eksponering for hypoksi og en celle-adhesjon fritt miljø betydelig fremme bytting av SW620
CD133- celler til SW620
CD133 + celler mens eksponering for ECM stimulering betydelig fremme bytting av SW620
CD133 + celler til SW620
CD133- celler. Disse resultatene tyder på at reguleringen av SW620
CD133- og SW620
CD133 + subpopulasjoner i en
in vivo
miljø blir modulert ved eksponering til flere faktorer som virker synergistisk på cellene, og at celle-type koplings mellom subpopulasjoner kan være nødvendig for tilpasning til mikromiljøet i tidlig svulst kolonisering.
Diskusjoner
det har vært mye diskutert at cscs spille en nøkkelrolle i metastase progresjon [7], [35]. Av flere cellemarkører, inkludert CD133, CD144, og CD166, som har vært brukt til å identifisere cscs, har en rekke uavhengige studier vist at CD133
+ undergruppe kolon kreftceller har høyere nivåer av stemness og tumorigenicity at CD133
– undergruppe. To uavhengige studier som isolert CD133
+ og CD133
– subpopulasjoner av tykktarmskreftceller og transplantert dem i NOD /SCID mus fant at bare CD133
+ celler kan initiere svulstdannelse [15], [17]. En studie ved hjelp av en xenograft modell fant at CD133
+ undergruppe av tykktarmskreftceller viser også multi-avstamning differensiering kapasitet og høy tumorigenitet [16].
Men, 2 nyere studier funnet at CD133
– undergruppe av metastatiske tykktarmskreftceller i leveren og eggstokkreft også initiere tumordannelse, og til slutt overtale større tumorvekst enn CD133
+ undergruppe [21], [23]. De motstridende natur av disse forskjellige resultater kan skyldes bruk av eksperimentelle modeller avledet fra forskjellige genetiske bakgrunner. Tykktarmskreft cellelinjen modellen gir en konvensjonell og reproduserbar eksperimentell modell som gjør det mulig for sammenligning av de 2 CD133 subpopulasjoner. Av de 2 cellelinjer brukes som eksperimentelle modeller av tykktarmskreft som kan deles inn i CD133
+ og CD133
– subpopulasjoner [32], den HCT116 cellelinje, som ble etablert primært fra colontumorer, har en mindre ( mindre enn 5%) CD133
– subpopulasjonen enn SW620 cellelinje. I samsvar med tidligere sammenligninger av cellenes levedyktighet og tumorigenisitet mellom HCT116
CD133- og HCT116
CD133 + -celler ved MTT-analysen og xenograft eksperimenter, HCT116
CD133- og HCT116
CD133 + celler er blitt funnet å ha liknende nivåer av levedyktighet og tumorigenicity [22].
i denne studien, den SW620
CD133- og SW620
CD133 + subpopulasjoner ble funnet å ha en lignende morfologi, spredning rate, og narkotika respons i en generelle kultur tilstand. Imidlertid SW620
CD133- celler viste signifikant større vekst i et 3D-Matrigel kultur og i mus xenograft eksperimenter. Disse resultatene gir de første bitene av bevis for at CD133
– kolon celler har større tumorigenicity enn CD133
+ kolon celler i eksperimentelle modeller med samme genetisk bakgrunn, noe som tyder på at visse miljøfaktorer kan indusere ulike vekstrater. Dessverre, eksponering for en form for stress, så som hypoksi eller ECM stimulering, alene, ble ikke funnet å påvirke formeringshastigheten (figur S4A), noe som indikerer at inhibering kan være forårsaket av en kompleks mekanisme for regulering og /eller en rekke faktorer som virker synergistisk i mikromiljøet. Eksistensen av en slik kompleks mekanisme gjenstår å bli undersøkt
Bytte mellom CD133
+ og CD133
-. Subpopulasjoner har blitt observert i mange typer kreftceller [36] – [38]. Det er velkjent at CD133
+ cscs vil bytte til CD133
– celler under differensiering [16], og at en slik veksling er enveis og irreversible. I den kjemisk induserte differensiering modell, natriumbutyrat behandling av de humane koloncancercellelinjer HT-29 og HCT116 blitt funnet å indusere CD133 nedregulering og epitelial differensiering [39]. Flere kreft studier har funnet at bytte av CD133
– celler til CD133
+ celler kan være forårsaket av eksponering for vekstfaktor og miljømessige stressfaktorer. Nærmere bestemt, eksponering til TGF-beta 1 har blitt funnet å utløse CD133 oppregulering i Huh7 og A549 leverkreft og lungekreft cellelinjer og øke celle tumorgenisitet i nakne mus modell [33], [36]. Mens eksponering for hypoksi ble funnet å indusere ekspresjon CD133 i lunge og bukspyttkjertel kreftceller, disse transformert CD133
+ tumorceller få mer stemness og malignitet [31], [40]. Hypoksi indusert CD133 uttrykk i hjernesvulst korrelerer også med høyere tumor aggressivitet [41].
I en xenograft modell av metastatisk tykktarms tumor, ble CD133
+ celler oppdages i en svulst som genereres fra renset CD133
– celler [21], noe som tyder på at celletype svitsjing kan også forekomme i tykktarm kreft celler. Resultatene av denne studien viser klart at det foreligger toveis veksling mellom SW620
CD133 + og SW620
CD133- subpopulasjoner, og at en slik kobling kan moduleres ved å utsettes for forskjellige belastninger. Nærmere bestemt, eksponering for enten en Matrigel-belagt plate eller et 3D Matrigel kultur ble funnet å betydelig indusere kobling av SW620
CD133 + til SW620
CD133- celler, sistnevnte som er blitt funnet å utvise større vekst i
ex vivo Hotell og
in vivo
modeller. I pilotforsøk for å eksponering type I og IV kollagen og laminin, de 3 store ECM komponenter, ble observert å indusere inhibering av CD133 uttrykk i en tilsvarende grad (data ikke vist). I motsetning til dette ble eksponert for hypoksi eller en celle-adhesjon-fri tilstand funnet å fremme kobling av SW620
CD133- celler i den foreliggende undersøkelsen. Dette resultatet ble også observert ved å bruke den hånd slipp kultursystem, noe som gir eksponering til en celle-adhesjon fritt miljø, i hvilket SW620
CD133 + celler ble funnet i SW620
CD133 – dannende kuler, noe som antyder at de spiller en rolle i å drive tumorigenesis [32]
i den konvensjonelle modellen av metastaser progresjon, både CD133
+ og CD133
-. kreftceller blir sluppet ut i blodet når metastasering er initiert [42], men bare CD133
+ cellene er i stand til å overleve og initial svulst kolonisering (Figur 5, øvre panel). Imidlertid har flere studier av tykktarmskreft cellelinjer rapportert at både CD133
+ og CD133
– celler kan initialsvulstdannelse [21] – [23]. Denne studien, som observerte dette fenomenet i SW620 cellelinje, fant også at tykktarmskreftceller kan engasjere seg i celle-type veksling mellom SW620
CD133- og SW620
CD133 + subpopulasjoner som svar på microenvironmental stress. Basert på disse observasjonene, en alternativ hypotetisk modell av tykktarmskreft kolonisering på metastase området, som er illustrert i figur 5, er foreslått her. På begynnelsen av metastatisk fase, kreftceller vandrer inn i metastatisk området og begynner å kolonisere. I denne fasen blir cellene direkte utsatt for mange former for miljøstress og stimulering, og blant disse ECM stimulering fremmer kopling av CD133
+ til CD133
– celler, sistnevnte som har en vekst fordel på grunn av sin større motstand mot spredning hemming fra mikromiljøet. Etter svulst kolonisering er etablert og kreftceller har vært organisert i en solid svulst, andre former for miljøet stresset, inkludert eksponering for hypoksi og en celle-adhesjon fritt miljø, fremme bytting av CD133
– til CD133
+ celler, som, fordi den sistnevnte typen er funnet å ha større stemness og kreft i tykktarm og andre typer kreft [36], [43], kan øke senere tumorvekst.
Øvre panel viser konvensjonell CSC modell, der bare CD133
+ kolon kreftceller kolon ved metastatisk området før differensiere til CD133
– celler under tumorvekst. Nedre panel viser hypotetisk modell, der både CD133
+ og CD133
– celler kolon ved metastatisk området og hvor CD133
– celler har større kolonisering kapasitet. Mens ECM stimulering fremmer veksling av CD133
+ celler til CD133
– cellene i den tidlige fasen av kolonisering, eksponering for hypoksi og 3D arkitektur etter kolonisering induserer bytting av CD133
– celler til CD133
+ celler .
Denne hypotetiske modellen forklarer de motstridende resultatene fra tidligere studier av CD133
+ og CD133
– tykktarmskreftceller. Selv CD133 er kjent som en stamcelle markør, resultater fra tidligere studier, samt denne studien, indikerer at både CD133
+ og CD133
– celler kan generere tumorvekst, noe som tyder på at CD133 kanskje ikke en absolutt biomarkør for kreft stamceller i tykktarmskreft.
