Un método de cultura Proximal para el estudio de señalización paracrina entre células
Summary
Paracrina y yuxtacrina interacciones celulares juegan un papel importante en muchos procesos biológicos, incluyendo la progresión del tumor, respuesta inmune, angiogénesis y desarrollo. Aquí, un método de cultura proximal se utiliza para el estudio de señalización paracrina donde se mantienen las concentraciones localizadas de los factores secretados evitando contacto celular directo.
Abstract
Interacciones intercelulares juegan un papel importante en muchos procesos biológicos, incluyendo la progresión del tumor, respuesta inmune, angiogénesis y desarrollo. Paracrina o señalización yuxtacrina interviene en tales interacciones. El uso de un medio condicionado y cocultivo estudios son los métodos más comunes para discriminar entre estos dos tipos de interacciones. Sin embargo, el efecto de las altas concentraciones localizadas de factores secretados en el microambiente durante las interacciones paracrinas no es exactamente recapitulado por medio condicionado y, por lo tanto, puede conducir a conclusiones imprecisas. Para superar este problema, hemos ideado un método de cultivo próximo para estudiar la señalización paracrina. Los dos tipos celulares son cultivados en cualquier superficie de una membrana de policarbonato de espesor μm 10 con 0,4 μm poros. Los poros permiten el intercambio de factores secretados y, al mismo tiempo, inhiben la señalización yuxtacrina. Las células pueden ser recogidas y lisis en el criterio de valoración para determinar los efectos de la señalización paracrina. Además de permitir para gradientes de concentración localizados de factores secretados, este método es sensible a los experimentos que implican largos períodos de la cultura, así como el uso de inhibidores. Mientras que utilizamos este método para estudiar las interacciones entre las células de cáncer de ovario y las células mesoteliales que se encuentran en el sitio de metástasis, puede ser adaptado a cualquier dos tipos de células adherentes a los investigadores estudiar paracrina señalización en varios campos, incluyendo el desarrollo, Inmunología y microambiente tumoral.
Introduction
El papel de productivas interacciones recíprocas entre células cancerosas y el microambiente tumoral en la progresión tumoral ha sido bien establecido y se ha convertido en un importante foco de investigación en cáncer biología1. Casos similares de señalización bidireccional son cruciales durante la cicatrización, respuesta inmune, angiogénesis, nichos de células madre y en desarrollo2,3,4,5,6 , 7 , 8. un tema común en todos estos procesos biológicos es que las células responden de diversas maneras a las señales extracelulares de su microambiente que determinan el destino celular, fisiología de tejidos y progresión de la enfermedad. Por lo tanto, el enfoque se ha convertido cada vez más hacia el desarrollo de una mejor comprensión de los mecanismos implicados en las comunicaciones de la célula. La mayoría de estas interacciones implican paracrina o yuxtacrina señalización entre las células. Señalización paracrina consiste en la secreción de factores específicos de la señalización por una célula que se perciben por los receptores correspondientes en otra célula en las proximidades, desencadenando una respuesta en él9,10, mientras que yuxtacrina señalización requiere contacto directo entre los componentes celulares de las dos células implicadas11,12.
Dicha señalización es un componente vital en la homeostasis del tejido, así como en el microambiente del tumor. Las células de cáncer se benefician de los factores paracrinos y yuxtacrina de células en el estroma del tumor, incluyendo fibroblastos asociada al cáncer (CAFs), las células inmunes y adipocitos13,14,15,16. Paracrina de señalización puede estar mediado por citoquinas, quimioquinas, factores de crecimiento, etc., mientras que la señalización yuxtacrina implica yuxtapuestas ligandos y receptores como en señalización de Notch, o interacción entre las integrinas y sus respectivas proteínas de matriz extracelular. Hemos demostrado la importancia de las interacciones recíprocas entre las células de cáncer de ovario y CAF en progresión y metástasis de tumor14. Del mismo modo, las interacciones de extenderse por metástasis de las células de cáncer de ovario con las células mesoteliales que cubren el sitio de la metástasis regulan microRNAs claves y factores de transcripción en las células de cáncer que promueven la colonización metastásica17, 18.
Mayoría de los estudios sobre la señalización paracrina implica el uso de un medio condicionado de tipo de una célula para tratar el segundo tipo de célula con. Mientras que este enfoque ha sido ampliamente utilizado, efectivamente reproduce los niveles de alta concentración localizados del factor secretado en el microambiente de la célula receptora. También es incapaz de reproducir la cinética del flujo continuo del factor secretado producido por una célula y recibido por la célula vecina. Paracrina de señalización es eficaz en distancias cortas como los factores secretados en las concentraciones requeridas sólo en las proximidades de la célula de origen y tienden a difundir y diluir a medida que aumenta la distancia. Esta alta concentración localizada de la factor secretado es esencial para desencadenar una respuesta en la célula del receptor. Por otra parte, la respuesta en las células del receptoras también es dependiente en el equilibrio de los factores recién secretados y su agotamiento continuo a través de degradación, vinculante y la internalización en las células del receptoras y difusión de la célula de origen. Medio condicionado puede ser concentrado para tener en cuenta las altas concentraciones localizadas presentes en el microambiente, pero que no pueden replicar con precisión las concentraciones exactas. Por otra parte, no puede imitar la cinética natural de la producción y el agotamiento del factor implicado. Para mayor precisión replicar señalización paracrina y separarlo de los mecanismos de señalización yuxtacrina, hemos ideado un método de cultura próxima novela, que implica el crecimiento de los dos tipos celulares en cualquier superficie de una membrana porosa. Los poros son lo suficientemente pequeños para prevenir interacciones yuxtacrina y todavía permiten el intercambio de factores secretados a altas concentraciones localizadas. De esta manera, este sistema conserva la cinética de la producción y el agotamiento de los factores paracrinos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Entender el mecanismo de paracrina, yuxtacrina señalización entre las células es esencial para el desarrollo de un mejor conocimiento del tejido normal homeostasis y enfermedad condiciones7,8. Paracrina la mayoría señalización estudios se llevan a cabo recogiendo acondicionado medio de una célula tipo y usarlo para tratar a otro tipo de célula. Este método tiene una ventaja en su simplicidad inherente. Sin embargo, no precisa recapitular las concentracio…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Estamos agradecidos a los pacientes por su participación en la colección de tejidos para estos experimentos. Un premio de Academia DoD OCRP ovárico cáncer (W81XWH-15-0253) y un premio de piloto de la Fundación sueño de Colleen a Anirban K. Mitra apoyaron esta investigación.
Materials
| 24 mm Transwell permeable support with 0.4 µm Pore Polycarbonate Membrane Insert | Corning (Costar) | 3412 | • 10 µm thick translucent polycarbonate membrane • Treated for optimal cell attachment • Packaged 6 inserts in a 6 well plate, 4 plates per case • Membrane must be stained for cell visibility • Sterilized by gamma radiation |
| 6 well plate | Corning (Falcon) | 353046 | Flat Bottom, TC-treated, sterile, with Lid |
| 15 cm culture dish | Corning (Falcon) | 353025 | Sterile, TC-treated Cell Culture Dish |
| DMEM | Corning (Cellgro) | 10-013-CV | |
| Penicillin Streptomycin | Corning | 30-002-CI | |
| MEM Nonessential amino acids | Corning (Cellgro) | 25-025-CI | |
| MEM Vitamins | Corning (Cellgro) | 25-020-CI | |
| 0.25% Trypsin, 2.21 mM EDTA | Corning | 25-053-CI | |
| Fetal bovine serum | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| Pipets | Any make is fine | ||
| CO2 Incubator | Any make is fine | ||
| Biosafety level II cabinet | Any make is fine | ||
| FN1 TaqMan Gene Expression Assay | ThermoFisher Scientific | Hs01549976_m1 | |
| TGFB1 TaqMan Gene Expression Assay | ThermoFisher Scientific | Hs00998133_m1 | |
| CDH1 TaqMan Gene Expression Assay | ThermoFisher Scientific | Hs01023895_m1 | |
| GAPDH TaqMan Gene Expression Assay | ThermoFisher Scientific | Hs99999905_m1 | |
| miRNeasy mini RNA isolation Kit | Qiagen | 217004 | |
| High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | ThermoFisher Scientific | 43-688-13 | |
| HeyA8 ovarian cancer cells | Obtained from Ernst Lengyel Lab, University of Chicago | ||
| TGFβ Neutralizing Antibody | R&D Systems | MAB1835-100 |
Referenzen
- Hanahan, D., Coussens, L. M. Accessories to the crime: functions of cells recruited to the tumor microenvironment. Cancer Cell. 21 (3), 309-322 (2012).
- Cupedo, T., Mebius, R. E. Cellular interactions in lymph node development. The Journal of Immunology. 174 (1), 21-25 (2005).
- Suvas, S. Role of Substance P Neuropeptide in Inflammation, Wound Healing, and Tissue Homeostasis. The Journal of Immunology. 199 (5), 1543-1552 (2017).
- Gnecchi, M., Danieli, P., Malpasso, G., Ciuffreda, M. C. Paracrine Mechanisms of Mesenchymal Stem Cells in Tissue Repair. Methods in Molecular Biology. , 123-146 (2016).
- Lionetti, V., Bianchi, G., Recchia, F. A., Ventura, C. Control of autocrine and paracrine myocardial signals: an emerging therapeutic strategy in heart failure. Heart Failure Reviews. 15 (6), 531-542 (2010).
- Nicosia, R. F., Zorzi, P., Ligresti, G., Morishita, A., Aplin, A. C. Paracrine regulation of angiogenesis by different cell types in the aorta ring model. International Journal of Developmental Biology. 55 (4-5), 447-453 (2011).
- Pattabiraman, D. R., Weinberg, R. A. Tackling the cancer stem cells – what challenges do they pose. Nature Reviews Drug Discovery. 13 (7), 497-512 (2014).
- Plaks, V., Kong, N., Werb, Z. The cancer stem cell niche: how essential is the niche in regulating stemness of tumor cells. Cell Stem Cell. 16 (3), 225-238 (2015).
- Elenbaas, B., Weinberg, R. A. Heterotypic signaling between epithelial tumor cells and fibroblasts in carcinoma formation. Experimental Cell Research. 264 (1), 169-184 (2001).
- Wilson, K. J., et al. EGFR ligands exhibit functional differences in models of paracrine and autocrine signaling. Growth Factors. 30 (2), 107-116 (2012).
- Kopan, R. Notch signaling. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 4 (10), (2012).
- Singh, A. B., Sugimoto, K., Harris, R. C. Juxtacrine activation of epidermal growth factor (EGF) receptor by membrane-anchored heparin-binding EGF-like growth factor protects epithelial cells from anoikis while maintaining an epithelial phenotype. Journal of Biological Chemistry. 282 (45), 32890-32901 (2007).
- Swartz, M. A., et al. Tumor microenvironment complexity: emerging roles in cancer therapy. Krebsforschung. 72 (10), 2473-2480 (2012).
- Mitra, A. K., et al. MicroRNAs reprogram normal fibroblasts into cancer-associated fibroblasts in ovarian cancer. Cancer Discovery. 2 (12), 1100-1108 (2012).
- Nieman, K. M., et al. Adipocytes promote ovarian cancer metastasis and provide energy for rapid tumor growth. Nature Medicine. 17 (11), 1498-1503 (2011).
- Salimian Rizi, B., et al. Nitric oxide mediates metabolic coupling of omentum-derived adipose stroma to ovarian and endometrial cancer cells. Krebsforschung. 75 (2), 456-471 (2015).
- Mitra, A. K., et al. Microenvironment-induced downregulation of miR-193b drives ovarian cancer metastasis. Oncogene. 34 (48), 5923-5932 (2015).
- Tomar, S., et al. ETS1 induction by the microenvironment promotes ovarian cancer metastasis through focal adhesion kinase. Cancer Letters. 414, 190-204 (2018).
- Ovarian Cancer Metastasis: A Unique Mechanism of Dissemination. Tumor Metastasis Available from: https://www.intechopen.com/books/tumor-metastasis/ovarian-cancer-metastasis-a-unique-mechanism-of-dissemination (2016)
- Iwanicki, M. P., et al. Ovarian cancer spheroids use myosin-generated force to clear the mesothelium. Cancer Discovery. 1 (2), 144-157 (2011).
- Kenny, H. A., et al. Mesothelial cells promote early ovarian cancer metastasis through fibronectin secretion. Journal of Clinical Investigation. 124 (10), 4614-4628 (2014).
- Boelens, M. C., et al. Exosome transfer from stromal to breast cancer cells regulates therapy resistance pathways. Cell. 159 (3), 499-513 (2014).
- Kalluri, R. The biology and function of exosomes in cancer. Journal of Clinical Investigation. 126 (4), 1208-1215 (2016).
- Kohlhapp, F. J., Mitra, A. K., Lengyel, E., Peter, M. E. MicroRNAs as mediators and communicators between cancer cells and the tumor microenvironment. Oncogene. 34 (48), 5857-5868 (2015).
