Summary

הערכת מיקרוסביבה הגידול של גרורה בתיווך החדירות כלי דם הקשורים להפצת תאים סרטניים באמצעות הדמיה Intravital וניתוח רקמות קבוע

Published: June 26, 2019
doi:

Summary

אנו מתארים שתי שיטות להערכת חדירות בכלי הדם ארעי הקשורים עם מיקרוסביבה הגידול של גרורות (tmem) הדלת הפתח ואת התא סרטן in, באמצעות הזרקה ורידית של משקל גבוה-מולקולרי (155 kda) תוספי בעכברים. השיטות כוללות הדמיה של האינטרטל בבעלי חיים חיים וניתוח רקמות קבועות באמצעות מאימונולובורנציה.

Abstract

הגורם השכיח ביותר של התמותה הקשורות לסרטן היא גרורות, תהליך המחייב הפצת תאים סרטניים מהגידול העיקרי לאתרים משניים. לאחרונה, הקמנו כי הפצת התאים הסרטניים בסרטן השד הראשוני באתרים גרורתי בריאות מתרחשת רק על הפתחים הנקראים מיקרוסביבה הגידול של גרורות (TMEM). מספר הדלת של TMEM הוא תחזיות עבור הישנות רחוקות של מחלה גרורתית בחולי סרטן השד. הפתחים tmem מורכבים תא סרטן אשר מבטא את החלבון אקטין הרגולציה ממנה במגע ישיר עם perivascular, proangiogenic המבטא רמות גבוהות של TIE2 ו-, היכן שני תאים אלה מאוגדים בחוזקה לדם . תא אנדותל תאים סרטניים יכולים לעבור באמצעות הפתחים TMEM עקב חדירות כלי דם ארעי שאורגן על ידי פעילות משותפת של מקרופאג הקשורים TMEM ו-TMEM-לבטא את תא סרטן. בכתב יד זה, אנו מתארים שתי שיטות להערכת היכולת הארעית של הגברת המתווכת בכלי הדם: הדמיה של הדמייה ומערכת חיסונית של רקמה קבועה. למרות שלכל השיטות יש יתרונות וחסרונות, השילוב בין השניים עשוי לספק את הניתוחים המשלימים ביותר של חדירות כלי דם, כמו גם תנאים מוקדמים מיקרו-סביבתיים עבור הפונקציה tmem מאז התהליך גרורתי בסרטן השד, ואולי סוגים אחרים של סרטן, כרוך הפצת תאים סרטניים באמצעות הפתחים TMEM זה חיוני להעסיק שיטות מבוססות היטב ניתוח של פעילות הדלת TMEM. שתי השיטות המתוארות כאן מספקות גישה מקיפה לניתוח של פעילות הדלת של TMEM או בבעלי חיים תמימים או בעלי טיפול תרופתי, שהוא בעל חשיבות עליונה לניסויים פרה-קליניים של סוכנים המונעים תא סרטן הפצה באמצעות TMEM.

Introduction

ההתפתחויות האחרונות ההבנה שלנו של גרורות סרטן חשפו כי המעבר אפיתל-to-mesenchal (צוות החירום) ואת אינדוקציה של מעבר לסרטן הנדידה/פולשנית של תאים לא, בעצמם, מספיק עבור הפצת המטדוגני 1. אכן, בעבר חשבו כי מתפשט בתאי הסרטן באמצעות מכלול של סרטן משויך אנדותל כמו הגידול neovasculature מאופיין לעתים קרובות על ידי כיסוי כריתת קרום נמוך, וככזה, הוא חדיר מאוד . לא יציב2,3,4 למרות מאוד מרמזת על פונקציות פגומות בתוך הגידול, שינויים כלי דם במהלך סרטן לא לספק ראיות כשלעצמו כי תאים סרטניים יכולים לחדור כלי דם בקלות בצורה בלתי מבוקרת. תובנות מפני הדמיית הדמיה (ivi) לימודים, שבו תאים סרטניים הם fluorescently אופן-מתויג ואת vascuלטורה מתויג באמצעות הזרקה ורידי של בדיקה פלואורסצנט (כגון נקודות תוספי או הקוונטים), להראות כי, בעוד כלי הגידול הם אחיד חדירות משקל מולקולרי נמוך דקטרנס (g. 70 kD), משקל מולקולרי גבוה דקטרנס (155 kD) ותאי הגידול יכולים לחצות את האנדותל רק באתרים מיוחדים של in, הנמצאים במיקום מוגדר בנקודת הסתעפות כלי דם5, מיכל בן 6 , 7. מנתח אימונוהיסטוכימיה (ihc) באמצעות דגמי בעלי חיים וחומר מטופל-האדם הראו כי אתרים אלה הם “פתחים” המתמחים בוויסות חדירות כלי הדם, באופן מקומי ובארעיות, ומספק חלון קצר של הזדמנות עבור תאים נודדים/פולשנית סרטן כדי להיכנס למחזור הדם. דלתות אלה נקראות “מיקרוסביבה הגידול של גרורות” או “tmem”, ו, די צפוי, צפיפות שלהם מתואם עם סיכון מוגבר לפתח מחלה גרורתית בחולי סרטן השד8,9, . בסדר, עשר

כל פתח TMEM מורכב משלושה סוגים שונים של תאים: מקרופאג הפריסקולרית, תא הגידול על-ידי הבעת ביטוי היונקים חלבון actin-רגולטוריות מאופשר (מנה), תא אנדותל, כל במגע פיזי ישיר אחד עם השני1, . חמש,תשע,10,11,12,13 האירוע העיקרי לתפקיד TMEM כדלת הכניסה הוא השחרור המותאם לשפות אחרות של גורמי הצמיחה של כלי הדם (“מקרופאג”) אל הכלי המשמש כבסיס על ידי הperivascular דם14. הוא יכול לשבש את הצמתים הומוטיפקס בין התאים האנדותל15,16,17,18,19, תופעה שתוצאתה דליפת כלי דם ארעית, גם המכונה חדירות “מתפרצת” כפי שמתואר בלימודי IVI 5. מקרופאגים מסוימים הוכחו לבטא את הקולטן טירולך קינאז TIE2, אשר נדרש עבור הפונקציה של ומתווכת מתווך והביות של מקרופאגים אלה לנישה perivascular5,20,21 , 22. בנוסף ויסות תא סרטן הפצת גרורות, TIE2+ מקרופאגים הוכחו להיות הרגולטורים המרכזיים של אנגיוגנזה הגידול21,22,23, 24,25,26,27,28,29,30,31. ככזה, TIE2+ מקרופאגים מייצגים המרכיבים הקריטיים של מיקרוסביבה הגידול ואת הרגולטור העיקרי של המפל גרורתי.

כדי לשפר טוב יותר את היכולת של חדירות כלי הדם (כלומר “התפוצצות”), חשוב מאוד להבדיל ביניהם ממצבים אחרים של חדירות כלי הדם שאינם משויכים לפירוק הצמתים של תאי התא האנדותל. באנדותל ללא שינוי (אחד שהצמתים הצמודים והחסיד שלו אינם מכווצים), קיימים שלושה סוגים עיקריים של חדירות כלי הדם: (א) פינוציטוזה, אשר עשויים, או לא יכולים, להיות מצמידים לטראנטוטוטיות של החומר הבלוע; (ב) הובלת חומר באמצעות שורש הרכב; ו (ג) הובלה של חומר דרך המסלול הפרתאי, אשר מוסדר על ידי הצמתים הדוקים האנדותל15,16,17,18,19,32 , 33 , 34. למרות שהוא הוטלה בגידולים רבים, המצבים הנ ל של חדירות כלי הדם תוארו בעיקר בהקשר של פיזיולוגיה רקמות נורמלי הומאוסטזיס, הקיצוניויות של אשר הם רקמות עם חדירות מוגבלות ( לדוגמה, מחסום דם-מוח, בדיקת דם מחסום), או חדירות שופע (למשל, מדורג נימים של המנגנון הכליות של הכליה)34,35,36,37.

באמצעות הדמיה מרובת פוטון ומיקרוסקופ מיקרואוטרלוסקופיה, אנו מסוגלים להבחין בין חדירות לכלי דם (“התפוצצות”) ומצבים אחרים של חדירות כלי הדם בגידולים בשד. כדי להשיג זאת, אנו מבצעים הזרקה אחת ורידית של משקל מולקולרי גבוה, fluorescently שכותרתו בדיקה בעכברים. אירועי התפוצצות ספונטנית לאחר מכן ניתן ללכוד באמצעות הדמיה intravital בעכברים חיים; או לחילופין, ניתן לכמת את המכשיר באמצעות לימודי לוקליזציה עם דם (לדוגמה, CD31+ או Endomucin+) ולהשתמש בכלי הרכב של מיקרוסקופ מאימונולופלנציה. הפרוטוקולים המוצגים כאן מתארים את שתי הטכניקות הללו, שניתן להשתמש בהן באופן עצמאי או בשיתוף אחד עם השני.

Protocol

כל הניסויים המשתמשים בבעלי חיים חיים חייבים להתבצע בהתאם לשימוש בבעלי חיים ולהנחיות ולתקנות. ההליכים המתוארים במחקר זה בוצעו בהתאם לתקנות הלאומיות של המכון לבריאות הנוגעות לטיפול ולשימוש בבעלי חיים ניסיוניים ובאישור מכללת אלברט איינשטיין לרפואה ושימוש בבעלי חיים ועדה (IACUC). <p class="jove_tit…

Representative Results

ההליכים הניסיוניים המתוארים במאמר פרוטוקול זה מסוכמים בקצרה ומומחשים באיור 1א-ג. כדי למדוד את החדירות לכלי דם (“פעילות מתפרצת”) ולהפחית את הרעש הניסיוני ממצבים אחרים של חדירות כלי הדם (כלומר, הפרתאי והפרתאי, כפי שהוסבר במבוא), אנו מתבצעים בעירוי (עירו…

Discussion

כאן, אנו מתווה שני פרוטוקולים שניתן להחיל כדי להמחיש ולכמת סוג מסוים של חדירות כלי הדם אשר נוכח בדלתות TMEM והוא קשור לשיבוש של צמתים הדוקים ומלא כלי דם. סוג זה של חדירות כלי הדם הוא ארעי ונשלט על ידי מתחם התאים התלת-ממדי של TMEM, כפי שהוסבר מעל5. היכולת לזהות ולכמת הקשורים לחדירות כ?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ברצוני להודות למתקן הדימות האנליטי (AIF) במכללת אלברט איינשטיין לרפואה לתמיכה בהדמיה. עבודה זו נתמכת על ידי מענקים של NCI (P30CA013330, CA150344, CA 100324 ו CA216248), את מרכז הביופוטוניקה של מלון גרואס-ליפר ותוכנית ההדמיה המשולבת שלה, ורות ל’ קירששטיין T32 הכשרה של המנתחים לחקר מיקרואקולוגיה הגידול (CA200561).

Gsk משותף כתב את כתב היד, ביצע הדמיה עבור איור 1c ו-3b, פיתח פרוטוקול ניתוח רקמות קבוע, וניתח ופירש את כל הנתונים; Jmp שיתוף כתב את כתב היד, וביצע את הניתוח ואת ההדמיה האינטרטל עבור איור 1B, 2c ו-3a; LB &AMP; AC ביצע את הניתוח והדמיה הדמיית עבור איור 2b; אר. ג’י ביצע את הניתוח והדמיה ממוחשבת לאיור 2 א; JSC co-כתב את כתב היד וניתח ופירש את כל הנתונים; Mho כתב את כתב היד וניתח ופירש את כל הנתונים; דה ביצע את הניתוח והדמיה של ההדמיה לאיור 2d, כתב את כתב היד, פיתח ניתוח רקמות קבועות ופרוטוקולי דימות, וניתח ופירש את כל הנתונים.

Materials

Anti-rabbit IgG (Alexa 488) Life Technologies Corporation A-11034
Anti-rat IgG (Alexa 647) Life Technologies Corporation A-21247
Bovine Serum Albumin Fisher Scientific BP1600-100
Citrate Eng Scientific Inc 9770
Cover Glass Slips Electron Microscopy Sciences 72296-08
Cyanoacrylate Adhesive Henkel Adhesive 1647358
DAPI Perkin Elmer FP1490
Dextran-Tetramethyl-Rhodamine Sigma Aldrich T1287
DMEM/F12 Gibco 11320-033
Endomucin (primary antibody) Santa Cruz Biotechnology sc-65495
Enrofloxacin Bayer 84753076 v-06/2015
Fetal Bovine Serum Sigma Aldrich F2442
Fish Skin Gelatin Fisher Scientific G7765
Insulin Syringe Becton Dickinson 309659
Isofluorane Henry Schein NDC 11695-6776-2
Matrigel Corning CB40234 Artificial extracellular matrix
Needle (30 G) Becton Dickinson 305128
Phosphate Buffered Saline Life Technologies Corporation PBS
Polyethylene Tubing Scientific Commodities Inc BB31695-PE/1
Pulse Oximeter Kent Scientific MouseOx
Puralube Vet Ointment Dechra NDC 17033-211-38
Quantum Dots Life Technologies Corporation Q21561MP
Rubber McMaster Carr 1310N14
TMR (primary antibody) Invitrogen A6397
Tween-20 MP Biologicals TWEEN201
Xylene Fisher Scientific 184835

Riferimenti

  1. Karagiannis, G. S., Goswami, S., Jones, J. G., Oktay, M. H., Condeelis, J. S. Signatures of breast cancer metastasis at a glance. Journal of Cell Science. 129 (9), 1751-1758 (2016).
  2. Hanahan, D., Weinberg, R. A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 144 (5), 646-674 (2011).
  3. Raza, A., Franklin, M. J., Dudek, A. Z. Pericytes and vessel maturation during tumor angiogenesis and metastasis. American Journal of Hematology. 85 (8), 593-598 (2010).
  4. Pietras, K., Ostman, A. Hallmarks of cancer: interactions with the tumor stroma. Experimental Cell Research. 316 (8), 1324-1331 (2010).
  5. Harney, A. S., et al. Real-Time Imaging Reveals Local, Transient Vascular Permeability, and Tumor Cell Intravasation Stimulated by TIE2hi Macrophage-Derived VEGFA. Cancer Discovery. 5 (9), 932-943 (2015).
  6. Kedrin, D., et al. Intravital imaging of metastatic behavior through a mammary imaging window. Nature Methods. 5 (12), 1019-1021 (2008).
  7. Wyckoff, J. B., et al. Direct visualization of macrophage-assisted tumor cell intravasation in mammary tumors. Ricerca sul cancro. 67 (6), 2649-2656 (2007).
  8. Sparano, J. A., et al. A metastasis biomarker (MetaSite Breast Score) is associated with distant recurrence in hormone receptor-positive, HER2-negative early-stage breast cancer. npj Breast Cancer. 3, 42 (2017).
  9. Rohan, T. E., et al. Tumor microenvironment of metastasis and risk of distant metastasis of breast cancer. Journal of the National Cancer Institute. 106 (8), (2014).
  10. Robinson, B. D., et al. Tumor microenvironment of metastasis in human breast carcinoma: a potential prognostic marker linked to hematogenous dissemination. Clinical Cancer Research. 15 (7), 2433-2441 (2009).
  11. Pignatelli, J., et al. Invasive breast carcinoma cells from patients exhibit MenaINV- and macrophage-dependent transendothelial migration. Science Signaling. 7 (353), 112 (2014).
  12. Oktay, M. H., Jones, J. G. TMEM: a novel breast cancer dissemination marker for the assessment of metastatic risk. Biomarkers in Medicine. 9 (2), 81-84 (2015).
  13. Roussos, E. T., et al. Mena invasive (Mena(INV)) and Mena11a isoforms play distinct roles in breast cancer cell cohesion and association with TMEM. Clinical & Experimental Metastasis. 28 (6), 515-527 (2011).
  14. Harney, A. S., et al. The Selective Tie2 Inhibitor Rebastinib Blocks Recruitment and Function of Tie2(Hi) Macrophages in Breast Cancer and Pancreatic Neuroendocrine Tumors. Molecular Cancer Therapeutics. 16 (11), 2486-2501 (2017).
  15. Bates, D. O., Lodwick, D., Williams, B. Vascular endothelial growth factor and microvascular permeability. Microcirculation. 6 (2), 83-96 (1999).
  16. Lee, Y. C. The involvement of VEGF in endothelial permeability: a target for anti-inflammatory therapy. Current Opinion in Investigational Drugs. 6 (11), 1124-1130 (2005).
  17. Roberts, W. G., Palade, G. E. Neovasculature induced by vascular endothelial growth factor is fenestrated. Ricerca sul cancro. 57 (4), 765-772 (1997).
  18. Stan, R. V., et al. Immunoisolation and partial characterization of endothelial plasmalemmal vesicles (caveolae). Molecular Biology of the Cell. 8 (4), 595-605 (1997).
  19. Roberts, W. G., Palade, G. E. Increased microvascular permeability and endothelial fenestration induced by vascular endothelial growth factor. Journal of Cell Science. 108, 2369-2379 (1995).
  20. Arwert, E. N., et al. A Unidirectional Transition from Migratory to Perivascular Macrophage Is Required for Tumor Cell Intravasation. Cell Reports. 23 (5), 1239-1248 (2018).
  21. Kadioglu, E., De Palma, M. Cancer Metastasis: Perivascular Macrophages Under Watch. Cancer Discovery. 5 (9), 906-908 (2015).
  22. Hughes, R., et al. Perivascular M2 Macrophages Stimulate Tumor Relapse after Chemotherapy. Ricerca sul cancro. 75 (17), 3479-3491 (2015).
  23. Riabov, V., et al. Role of tumor associated macrophages in tumor angiogenesis and lymphangiogenesis. Frontiers in Physiology. 5, 75 (2014).
  24. Squadrito, M. L., De Palma, M. Macrophage regulation of tumor angiogenesis: implications for cancer therapy. Molecular Aspects of Medicine. 32 (2), 123-145 (2011).
  25. Ferrara, N. Role of myeloid cells in vascular endothelial growth factor-independent tumor angiogenesis. Current Opinion in Hematology. 17 (3), 219-224 (2010).
  26. Solinas, G., Germano, G., Mantovani, A., Allavena, P. Tumor-associated macrophages (TAM) as major players of the cancer-related inflammation. Journal of Leukocyte Biology. 86 (5), 1065-1073 (2009).
  27. Venneri, M. A., et al. Identification of proangiogenic TIE2-expressing monocytes (TEMs) in human peripheral blood and cancer. Blood. 109 (12), 5276-5285 (2007).
  28. Lewis, C. E., De Palma, M., Naldini, L. Tie2-expressing monocytes and tumor angiogenesis: regulation by hypoxia and angiopoietin-2. Ricerca sul cancro. 67 (18), 8429-8432 (2007).
  29. Mazzieri, R., et al. Targeting the ANG2/TIE2 axis inhibits tumor growth and metastasis by impairing angiogenesis and disabling rebounds of proangiogenic myeloid cells. Cancer Cell. 19 (4), 512-526 (2011).
  30. Lewis, C. E., Ferrara, N. Multiple effects of angiopoietin-2 blockade on tumors. Cancer Cell. 19 (4), 431-433 (2011).
  31. Gabrusiewicz, K., et al. Anti-vascular endothelial growth factor therapy-induced glioma invasion is associated with accumulation of Tie2-expressing monocytes. Oncotarget. 5 (8), 2208-2220 (2014).
  32. Karagiannis, G. S., Condeelis, J. S., Oktay, M. H. Chemotherapy-induced metastasis: mechanisms and translational opportunities. Clinical & Experimental Metastasis. , (2018).
  33. Senger, D. R., et al. Tumor cells secrete a vascular permeability factor that promotes accumulation of ascites fluid. Science. 219 (4587), 983-985 (1983).
  34. Obermeier, B., Verma, A., Ransohoff, R. M. The blood-brain barrier. Handbook of Clinical Neurology. 133, 39-59 (2016).
  35. Satchell, S. C., Braet, F. Glomerular endothelial cell fenestrations: an integral component of the glomerular filtration barrier. American Journal of Physiology: Renal Physiology. 296 (5), 947-956 (2009).
  36. Stan, R. V. Endothelial stomatal and fenestral diaphragms in normal vessels and angiogenesis. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 11 (4), 621-643 (2007).
  37. Mruk, D. D., Cheng, C. Y. The Mammalian Blood-Testis Barrier: Its Biology and Regulation. Endocrine Reviews. 36 (5), 564-591 (2015).
  38. Entenberg, D., et al. Imaging Tumor Cell Movement in Vivo. Current Protocols in Cell Biology. 58 (1), 1-19 (2013).
  39. Entenberg, D., et al. Setup and use of a two-laser multiphoton microscope for multichannel intravital fluorescence imaging. Nature Protocols. 6 (10), 1500-1520 (2011).
  40. Sasmono, R. T., et al. A macrophage colony-stimulating factor receptor-green fluorescent protein transgene is expressed throughout the mononuclear phagocyte system of the mouse. Blood. 101 (3), 1155-1163 (2003).
  41. Ovchinnikov, D. A., et al. Expression of Gal4-dependent transgenes in cells of the mononuclear phagocyte system labeled with enhanced cyan fluorescent protein using Csf1r-Gal4VP16/UAS-ECFP double-transgenic mice. Journal of Leukocyte Biology. 83 (2), 430-433 (2008).
  42. Entenberg, D., et al. Time-lapsed, large-volume, high-resolution intravital imaging for tissue-wide analysis of single cell dynamics. Methods. 128, 65-77 (2017).
  43. Pastoriza, J. M., et al. Black race and distant recurrence after neoadjuvant or adjuvant chemotherapy in breast cancer. Clinical & Experimental Metastasis. , (2018).
  44. Williams, J. K., et al. Validation of a device for the active manipulation of the tumor microenvironment during intravital imaging. Intravital. 5 (2), 1182271 (2016).
  45. Harney, A. S., Wang, Y., Condeelis, J. S., Entenberg, D. Extended Time-lapse Intravital Imaging of Real-time Multicellular Dynamics in the Tumor Microenvironment. Journal of Visualized Experiments. (112), e54042 (2016).
  46. Entenberg, D., et al. A permanent window for the murine lung enables high-resolution imaging of cancer metastasis. Nature Methods. 15 (1), 73-80 (2018).
  47. Roussos, E. T., et al. Mena invasive (MenaINV) promotes multicellular streaming motility and transendothelial migration in a mouse model of breast cancer. Journal of Cell Science. 124, 2120-2131 (2011).
  48. Karagiannis, G. S., et al. Neoadjuvant chemotherapy induces breast cancer metastasis through a TMEM-mediated mechanism. Science Translational Medicine. 9 (397), (2017).
  49. Chang, Y. S., Jalgaonkar, S. P., Middleton, J. D., Hai, T. Stress-inducible gene Atf3 in the noncancer host cells contributes to chemotherapy-exacerbated breast cancer metastasis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (34), 7159-7168 (2017).
  50. Jain, R. K. Normalization of tumor vasculature: an emerging concept in antiangiogenic therapy. Science. 307 (5706), 58-62 (2005).
  51. Winkler, F., et al. Kinetics of vascular normalization by VEGFR2 blockade governs brain tumor response to radiation: role of oxygenation, angiopoietin-1, and matrix metalloproteinases. Cancer Cell. 6 (6), 553-563 (2004).
  52. Goel, S., et al. Normalization of the vasculature for treatment of cancer and other diseases. Physiological Reviews. 91 (3), 1071-1121 (2011).
  53. Jain, R. K. Normalizing tumor microenvironment to treat cancer: bench to bedside to biomarkers. Journal of Clinical Oncology. 31 (17), 2205-2218 (2013).
  54. Carmeliet, P., Jain, R. K. Principles and mechanisms of vessel normalization for cancer and other angiogenic diseases. Nature Reviews Drug Discovery. 10 (6), 417-427 (2011).
  55. Meijer, E. F., Baish, J. W., Padera, T. P., Fukumura, D. Measuring Vascular Permeability In Vivo. Methods in Molecular Biology. 1458, 71-85 (2016).
check_url/it/59633?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Karagiannis, G. S., Pastoriza, J. M., Borriello, L., Jafari, R., Coste, A., Condeelis, J. S., Oktay, M. H., Entenberg, D. Assessing Tumor Microenvironment of Metastasis Doorway-Mediated Vascular Permeability Associated with Cancer Cell Dissemination using Intravital Imaging and Fixed Tissue Analysis. J. Vis. Exp. (148), e59633, doi:10.3791/59633 (2019).

View Video