Op zoek naar de bestuurder trajecten van verworven resistentie aan gerichte therapie: resistente Subclone generatie en gevoeligheid herstellen door Gene Knock-down
Summary
Dit is een tijd – en goedkoop cost-effective in vitro protocol van het onderzoek naar de mechanismen van verworven resistentie aan gerichte therapeutische agenten, dat is een zeer onvervulde medische noodzaak in kanker beheer.
Abstract
De afgelopen twee decennia hebben gezien een verschuiving van cytotoxische medicatie naar gerichte therapie in de medische oncologie. Hoewel gerichte therapeutische agenten hebben aangetoond indrukwekkender klinische werkzaamheid en geminimaliseerde bijwerkingen dan traditionele behandelingen, is resistentie de belangrijkste beperking op hun uitkeringen geworden. Verschillende preklinische/in vitro/in vivo modellen van verworven resistentie aan gerichte agentia in de klinische praktijk hebben ontwikkeld voornamelijk met behulp van twee strategieën: i) genetische manipulatie voor de modellering van genotypen van verworven resistentie, en ii) in vitro / in vivo selectie van resistente modellen. In het huidige werk stellen wij een verenigende raamwerk, voor het onderzoeken van de onderliggende mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de verworven resistentie aan gerichte therapeutische agenten, uitgaande van de generatie van resistente cellulaire subklonen naar de beschrijving van Silencing procedures gebruikt voor het herstellen van de gevoeligheid aan de Inhibitor van de omwenteling. Deze eenvoudige tijd en goedkoop cost-effective benadering is breed inzetbaar en kan gemakkelijk worden uitgebreid voor het onderzoek naar resistentie-mechanismen tot andere drugs gerichte therapeutische in verschillende tumor histotypes.
Introduction
In aansluiting op de cruciale ontdekkingen in de moleculaire en cellulaire biologie, zijn een aantal nieuwe gesynthetiseerde antikanker moleculen ontwikkeld om te selectief richten oncogene signaalroutes in een breed scala van soorten van de tumor. Met name twee categorieën van gerichte therapeutische agenten met unieke eigenschappen in oncologie, namelijk synthetische chemische verbindingen en recombinant monoclonal antilichamen, bekend is dat hebben bereikt klinische successen en drastisch veranderde kanker zorg in afgelopen decennia1,2,3.
Niettemin, ondanks hun indrukwekkende eerste reactie op behandeling, het merendeel van de patiënten met kanker hebben ontwikkeld resistentie aan alle gerichte therapeutische agenten, monoklonale antilichamen zowel kinase-remmers. Dientengevolge, is resistentie, de grote hindernis voor de klassieke anti-kanker medicijnen4, nog steeds een grote uitdaging voor opkomende gerichte therapieën5,6.
Weerstand tegen gerichte therapie mogelijk intrinsieke (d.w.z., primaire) of verworven (d.w.z., secundair). Intrinsieke resistentie beschrijft een DOVO gebrek aan respons op therapie, terwijl secundaire weerstand na een periode van reactie op drug behandeling7 optreedt. De laatste is veroorzaakt door uitbraken van kleine cohorten van tumorcellen binnen het grootste deel van de primitieve tumor of genesteld in de distale cryptische anatomische niches, tentoonstellen tot 90% weerstand aan één of meer gerichte therapeutische agenten. Moleculaire mechanismen ten grondslag liggen aan de ontwikkeling van een resistentie aan gerichte therapie vooral gevolg van doel genmutaties en redundante activering van andere pro-overleving signaalroutes, waarvan begrip nog verre van compleet8 is.
In dit werk voorgesteld hebben wij een aanpak op tijd en goedkoop cost-effective om te onderzoeken in vitro mechanismen van verworven resistentie aan gerichte therapeutische agenten, de generatie van resistente cellulaire subklonen vanaf de beschrijving monddood maken procedures voor het herstellen van de gevoeligheid aan de Inhibitor van de omwenteling, een cruciaal instrument dat wordt gebruikt voor het testen en valideren van de werkhypotheses gebruikt. In het bijzonder werd onze aanpak gebruikt om te onderzoeken, in maagkanker, de resistentie-mechanismen voor trastuzumab (bijvoorbeeldHerceptin), een gehumaniseerd monoklonaal antilichaam gericht op het extracellulaire domein van HER2 eiwitten9. Trastuzumab + chemotherapie algemeen aanvaard wordt als de standaardbehandeling van de eerste regel voor HER2-positieve uitgezaaide borstkanker. Dankzij recente Preklinische studies waaruit blijkt dat anti-HER2 therapieën hebben belangrijke activiteit in beide in vitro en in vivo HER2-positieve maagkanker modellen10,11, moleculaire drugs gericht op HER2 geweest uitgebreid onderzocht in klinische proeven, zijn waarvan sommige nog niet afgerond, bij patiënten met gastro-oesofageale kanker12,13,14,15.
Deze studies hebben gewezen op het stijgende aantal patiënten ervaren weerstand tegen trastuzumab16, ook bij wat voor andere gerichte therapeutische remmers is waargenomen. In het bijzonder de respons van trastuzumab was 47% en de gemiddelde totale overleving voor patiënten op trastuzumab + chemotherapie was slechts 2.7 maanden langer dan voor patiënten op chemotherapie alleen17. Dit suggereerde dat terwijl primaire trastuzumab weerstand heerst, secundaire trastuzumab weerstand onvermijdelijk is. Daarom is er dringend behoefte aan het verduidelijken van de mechanismen waardoor HER2-gerichte therapie resistentie in maagkanker, wat nog problematischer gezien de intra-tumoral genetische heterogeniteit van deze neoplasie18.
Mechanismen van resistentie aan trastuzumab in maagkanker gebleken Daarnaast uitdagend om te verklaren, gedeeltelijk als gevolg van de moeilijkheden bij het verkrijgen van betrouwbare preklinische modellen vertegenwoordiger van deze aandoening. Oshima et al. rapporteerde een selectiemethode in vivo van trastuzumab-resistente maagkanker cellijnen, bestaande uit een herhaalde cultuur van een klein residueel peritoneale metastase na behandeling met trastuzumab19. Echter de noodzaak van een behuizing, specifieke dierlijke behandeling deskundigheid, en de goedkeuring van de dier-ethische Commissie toe bijgedragen dat het een methode en kosten-tijdrovend. De aanpak die we in dit werk beschrijven is eenvoudig en breed inzetbaar, en kan gemakkelijk worden uitgebreid tot het onderzoeken van de mechanismen van de weerstand tot andere therapeutische drugs in verschillende tumor histotypes20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Terwijl de persoonlijke en gerichte therapieën hebben ontlokte groeiend enthousiasme, deze zogenaamde ‘slimme’ therapieën gezicht de dezelfde grote hindernis als traditionele chemotherapie drugs, dat wil zeggen, de snelle en onvoorspelbare verwerving van medicamenteuze resistentie. Ter verbetering van de resultaten van gerichte therapie, moeten-resistentie problemen worden opgelost door middel van een beter begrip van de mechanismen die ze veroorzaken. Hier voorgesteld hebben we een algemeen toegankelijk i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedank Dr. Veronica Zanoni voor het bewerken van het manuscript.
Materials
| Trizol Reagent | Invitrogen | 15596026 | TRIzol Reagent is a reagent for isolating high-quality total RNA or simultaneously isolating RNA, DNA, and protein from a variety of biological samples |
| ISCRIPT CDNA SYNTHESIS KIT | Bio-Rad | 1708891 | The iScript cDNA synthesis kit is a sensitive and easy-to-use first-strand cDNA synthesis kit for gene expression analysis using real-time qPCR. |
| TaqMan gene expression assay | Life Technologies | 4331182 | Applied Biosystems TaqMan Gene Expression Assays consist of a pair of unlabeled PCR primers and a TaqMan probe with an Applied Biosystems FAM or VIC dye label on the 5’ end and minor groove binder (MGB) and nonfluorescent quencher (NFQ) on the 3’ end. |
| M-PER Mammalian Protein Extraction Reagent | Thermo Scientific | 78501 | Thermo Scientific M-PER Mammalian Protein Extraction Reagent is designed to provide highly efficient total soluble protein extraction from cultured mammalian cells. |
| Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail (100X) | Thermo Scientific | 78440 | Thermo Scientific Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail (100X) provides the convenience of a single solution with full protein sample protection for cell and tissue lysates. |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | The Thermo Scientific Pierce BCA Protein Assay Kit is a two-component, high-precision, detergent-compatible assay reagent set to measure (A562nm) total protein concentration compared to a protein standard. |
| 4x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 1610747 | Use 4x Laemmli Sample Buffer for preparation of samples for SDS PAGE. For reduction of samples, add a reducing agent such as 2-mercaptoethanol to the buffer prior to mixing with the sample. |
| 4–20% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels | Bio-Rad | 456-1094 | Long-life TGX (Tris-Glycine eXtended) Gels have a novel formulation and can be used for both standard denaturing protein separations as well as native electrophoresis. |
| Precision Plus Protein WesternC Blotting Standards | Bio-Rad | 1610376 | Precision Plus Protein Prestained Standards are available in Dual Color, All Blue, Kaleidoscope, and Dual Xtra formats. All four have the same gel migration patterns, with 3 high-intensity reference bands (25, 50, and 75 kD). |
| 10x Tris/Glycine/SDS | Bio-Rad | 1610732 | 10x Tris/glycine/SDS is a premixed running buffer for separating protein samples by SDS-PAGE. |
| Trans-Blot Turbo Mini PVDF Transfer Packs | Bio-Rad | 1704156 | Trans-Blot Turbo Mini PVDF Transfer Packs for fast, efficient transfer of proteins from mini gels using the Trans-Blot Turbo Transfer System. Each vacuum sealed, ready-to-use transfer pack contains two buffer-saturated ion reservoir stacks and a prewetted PVDF membrane. |
| Precision Protein StrepTactin-HRP Conjugate | Bio-Rad | 1610381 | StrepTactin-Horseradish Peroxidase (HRP) Conjugate for chemiluminescent or colorimetric detection of Precision Plus Protein Unstained Protein Standards or Precision Plus Protein WesternC Protein Standards on western blots. |
| Immun-Star WesternC solution | Bio-Rad | 5572 | Immun-Star WesternC solution, a method of protein detection , detects mid-femtogram amounts of protein. |
| Universal Negative Control | Invitrogen | 12935300 | Negative Control siRNA has no significant sequence similarity to mouse, rat, or human gene sequences. The control has also been tested in cell-based screens and proven to have no significant effect on cell proliferation, viability, or morphology. |
| opti-MEM Glutamax Medium | Thermo Fisher Scientific | 51985026 | Opti-MEM Medium is an improved Minimal Essential Medium (MEM) that allows for a reduction of Fetal Bovine Serum supplementation by at least 50% with no change in growth rate or morphology. |
| Silencer Select Pre-Designed & Validated siRNA | Ambion | 4390824 | RNA interference (RNAi) is the best way to effectively knock down gene expression to study protein function in a wide range of cell types. |
| Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent | Invitrogen | 13778075 | Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent offers an advanced, efficient solution for siRNA delivery. No other siRNA specific transfection reagent provides such easy and efficient siRNA delivery in a wide variety of cell lines including common cell types, stem cells and primary cells, as well as traditionally hard-to-transfect cell types. |
| Mouse anti-IQGAP1 | Invitrigen | 33-8900 | working concentration: 1:400 in 5% milk solution |
| goat anti-mouse IgG-HRP: sc-2005 | Santa Cruz | sc-2005 | working concentration: 1:10000 in 5% milk solution |
| PMSF | Sigma Aldrich | P 7626 | this is an inhibitor of serine proteases and acetylcholinesterase |
| Thermocycler for RT-PCR | MJ Research | MJ Research PTC-200 Thermal Cycler | it allows temperature homogeneity and a ramping speed of up to 3°C/sec. The protocol can be performed also with other thermalcyclers |
| Real Time RT-PCR instrument | Applied Biosystems | 7500 RT-PCR system | This is a five-color platform that uses fluorescence-based polymerase chain reaction (PCR) reagents to provide a relative quantification using comparative CT assay type. The protocol can be performed also with other thermalcyclers |
| Microvolume Spectrophotometers | Thermo Scientific | Nanodrop | It provides an accurate and fast acid nucleid measurement using little volume of sample |
| Blotting system | Bio-Rad | Trans-Blot Turbo system | It perfoms a semy-dry transfer in a few minutes |
| Image acquisition system and gel documentation | Bio-Rad | Chemidoc image system | It is easy to use for chemiluminescent detection |
References
- Gerber, D. E. Targeted therapies: a new generation of cancer treatments. Am Fam Physician. 77 (3), 311-319 (2008).
- Zhang, J., Yang, P. L., Gray, N. S. Targeting cancer with small molecule kinase inhibitors. Nat Rev Cancer. 9 (1), 28-39 (2009).
- Nelson, A. L., Dhimolea, E., Reichert, J. M. Development trends for human monoclonal antibody therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 9 (10), 767-774 (2010).
- Chabner, B. A., Roberts, T. G. Timeline: Chemotherapy and the war on cancer. Nat Rev Cancer. 5 (1), 65-72 (2005).
- Gilbert, L. A., Hemann, M. T. Chemotherapeutic resistance: surviving stressful situations. Cancer Res. 71 (15), 5062-5066 (2011).
- Izar, B., Rotow, J., Gainor, J., Clark, J., Chabner, B. Pharmacokinetics, clinical indications, and resistance mechanisms in molecular targeted therapies in cancer. Pharmacol Rev. 65, 1351-1395 (2013).
- Ellis, L. M., Hicklin, D. J. Resistance to Targeted Therapies: Refining Anticancer Therapy in the Era of Molecular Oncology. Clin Cancer Res. 15 (24), 7471-7478 (2009).
- Asić, K. Dominant mechanisms of primary resistance differ from dominant mechanisms of secondary resistance to targeted therapies. Crit Rev Oncol Hematol. 97, 178-196 (2016).
- Arienti, C., et al. Preclinical evidence of multiple mechanisms underlying trastuzumab resistance in gastric cancer. Oncotarget. 7 (14), 18424-18439 (2016).
- Tanner, M., et al. Amplification of HER-2 in gastric carcinoma: association with Topoisomerase IIalpha gene amplification, intestinal type, poor prognosis and sensitivity to trastuzumab. Ann Oncol. 16 (2), 273-278 (2005).
- Bang, Y. J., et al. Trastuzumab in combination with chemotherapy versus chemotherapy alone for treatment of HER2-positive advanced gastric or gastro-oesophageal junction cancer (ToGA): a phase 3, open-label, randomised controlled trial. Lancet. 376 (9742), 687-697 (2010).
- Shimoyama, S. Unraveling trastuzumab and lapatinib inefficiency in gastric cancer: Future steps (Review). Mol Clin Oncol. 2 (2), 175-181 (2014).
- Kelly, C. M., Janjigian, Y. Y. The genomics and therapeutics of HER2-positive gastric cancer-from trastuzumab and beyond. J Gastrointest Oncol. 7 (5), 750-762 (2016).
- Wong, S. S., et al. Genomic landscape and genetic heterogeneity in gastric adenocarcinoma revealed by whole-genome sequencing. Nat Commun. 5, 5477 (2014).
- Oshima, Y., et al. Lapatinib sensitivities of two novel trastuzumab-resistant HER2 gene-amplified gastric cancer cell lines. Gastric Cancer. 17 (3), 450-462 (2014).
- Pignatta, S., et al. Prolonged exposure to (R)-bicalutamide generates a LNCaP subclone with alteration of mitochondrial genome. Mol Cell Endocrinol. 382 (1), 314-324 (2014).
