Auf der Suche nach Treiber Wege erworbene Resistenz auf die gezielte Therapie: resistente Subclone Generation und Sensibilität wiederherzustellen, indem Sie Gene Knock-down-

Summary

Dies ist eine Zeit und Kosten wirtschaftlicheren in-vitro- Protokoll untersucht die Mechanismen der erworbenen Resistenz gegen gezielte therapeutische Wirkstoffe, die eine höchst medizinischer Bedarf im Krebs-Management.

Abstract

Die letzten zwei Jahrzehnten haben eine Verlagerung von Zytostatika, zielgerichtete Therapie in der medizinischen Onkologie gesehen. Obwohl gezielt Therapeutika beeindruckender klinische Wirksamkeit und minimiert Nebenwirkungen als herkömmliche Behandlungen gezeigt haben, geworden Resistenzen die wichtigste Einschränkung auf ihre Vorteile. Mehreren präklinischen/in vitro/in vivo Modellen der erworbene Resistenz gegen gezielte Mittel in der klinischen Praxis wurden hauptsächlich mit Hilfe von zwei Strategien entwickelt: i) Genmanipulation für die Modellierung von Genotypen der erworbenen Resistenz und (Ii) in-vitro- / in-vivo beständig Modellauswahl. In der vorliegenden Arbeit schlagen wir einen einheitlichen Rahmen für die Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen verantwortlich für erworbene Resistenz zu zielgerichteten Therapeutika, ausgehend von der Generation von Medikamenten-resistenten zellulären Subclones zur Beschreibung der Verfahren zur Wiederherstellung der Empfindlichkeit der Inhibitors-Stummschaltung. Diesem einfache Zeit und Kosten wirtschaftlicheren Ansatz ist vielseitig einsetzbar und kann leicht erweitert werden, um die Resistenzmechanismen gegenüber anderen gezielten therapeutischen Medikamenten in verschiedenen Tumor Histotypes zu untersuchen.

Introduction

Im Anschluss an die entscheidenden Entdeckungen in der molekularen und zellulären Biologie, haben eine Reihe von neuartigen synthetisierten krebsbekämpfende Moleküle entwickelt, um selektiv onkogenen Signalwege in einer Vielzahl von Tumorarten abzielen. Vor allem zwei Kategorien von zielgerichteten Therapeutika mit einzigartigen Eigenschaften in der Onkologie, nämlich synthetische chemische Verbindungen und rekombinanter monoklonaler Antikörper, sind dafür bekannt, klinische Erfolge und dramatisch verändert Krebsbehandlung in erreicht haben den letzten Jahrzehnten^1,2,3.

Dennoch, trotz ihrer beeindruckenden ersten Ansprechen auf die Behandlung haben die meisten Krebspatienten Resistenzen auf alle zielgerichteten Therapeutika, monoklonale Antikörper und Kinase-Inhibitoren entwickelt. Infolgedessen ist Resistenzen, die große Hürde für die klassische Anti-Krebs-Medikamente⁴, nach wie vor eine große Herausforderung für neue zielgerichtete Therapien^5,6.

Widerstand gegen gezielte Therapie möglicherweise intrinsischen (d.h.primäre) oder erworbene (d.h., sekundäre). Intrinsische Resistenz beschreibt de Novo mangelnder Ansprechen auf die Therapie, während sekundäre Resistenz nach einer Antwort auf Droge Behandlung⁷auftritt. Letzteres ist verursacht durch Ausbrüche der kleinen Kohorten von Tumorzellen innerhalb der Großteil des ursprünglichen Tumors oder eingebettet in den distalen kryptische anatomische Nischen, ausstellen von bis zu 90 % Widerstand gegen eine oder mehrere gezielte Therapeutika. Molekulare Mechanismen einer Resistenzentwicklung, gezielte Therapie vor allem ergeben sich aus Ziel-Gen-Mutationen und redundante Aktivierung von anderen pro-Survival Signalwege, deren Verständnis noch lange nicht komplett^{8 ist}.

In dieser Arbeit haben wir vorgeschlagen, einen Zeit und Kosten wirtschaftlicheren Ansatz zur Untersuchung der in-vitro- Mechanismen der erworbenen Resistenz gegen gezielte Therapeutika, ausgehend von der Generation von Medikamenten-resistenten zellulären Subclones zur Beschreibung der zum Schweigen zu bringen Verfahren zur Wiederherstellung der Empfindlichkeit auf den Inhibitor, ein entscheidendes Instrument für testen und validieren der Arbeitshypothesen verwendet. Insbesondere war unser Ansatz verwendet, zu untersuchen, bei Magenkrebs, die Resistenzmechanismen zu Trastuzumab (z.B.Herceptin), ein humanisierter monoklonaler Antikörper gezielt die extrazelluläre Domäne des HER2-Protein-⁹. Trastuzumab + Chemotherapie ist weithin anerkannt als der standard Erstlinien Behandlung von HER2-positivem metastasierendem Brustkrebs. Dank den letzten präklinischen Studien, die zeigen, dass Anti-HER2 Therapien haben signifikante Aktivität in beide in Vitro und in Vivo HER2-positivem Magenkrebs Modelle^10,11, molekulare Medikamente gegen HER2 gewesen umfassend in klinischen Studien untersucht, sind von denen einige noch im Gange, bei Patienten mit Gastroesophageal Krebs^12,13,14,15.

Diese Studien haben betont, dass die steigende Zahl von Patienten, bei denen Widerstandsfähigkeit gegen Trastuzumab¹⁶, ähnlich wie was für andere gezielte therapeutische Inhibitoren beobachtet wird. Insbesondere die Rücklaufquote von Trastuzumab betrug 47 %, und die mediane Gesamtüberleben für Trastuzumab + Chemotherapie-Patienten betrug nur 2,7 Monate länger als bei Patienten unter Chemotherapie allein¹⁷. Dies schlug während primäre Trastuzumab-Resistenz vorherrscht, sekundäre Trastuzumab Widerstand unvermeidlich ist. Aus diesem Grund ist die dringende Notwendigkeit zur Klärung der Mechanismen, die HER2-gezielte Therapieresistenz bei Magenkrebs, was angesichts die Intra-Tumor genetische Heterogenität dieser Neoplasie¹⁸noch problematischer ist.

Darüber hinaus haben die Mechanismen der Resistenz gegen Trastuzumab bei Magenkrebs schwierig zu erklären, teilweise aufgrund der Schwierigkeiten bei der Beschaffung von zuverlässigen präklinischen Modellen Vertreter dieser Erkrankung bewährt. Oshima Et Al. berichtet eine in Vivo Auswahlmethode Trastuzumab resistenten Magen-Krebs-Zell-Linien, bestehend aus einer wiederholten Kultur eine kleine verbleibende peritonealen Metastasen nach einer Behandlung mit Trastuzumab¹⁹. Allerdings trugen die Notwendigkeit eines Gehäuses, bestimmten tierischen Umgang mit Know-how und der Genehmigung der Tier-Ethik-Kommission, so dass es eine Methode zeitaufwändig und Kosten. Der Ansatz, den wir in dieser Arbeit zu beschreiben ist einfach und vielseitig einsetzbar und kann leicht erweitert werden, um die Resistenzmechanismen gegenüber anderen therapeutischen Medikamenten in verschiedenen Tumor Histotypes²⁰zu untersuchen.

Protocol

Hinweis: Dieses Protokoll wurde speziell für die Analyse der Mechanismen, die erworbenen Resistenz gegen Trastuzumab HER-positivem Magenkrebs Zell-Linien angepasst. Alle Laborgeräte benötigt werden in der Tabelle der Materialiengemeldet. 1. Generation der gezielten Therapie resistente Subclones Hinweis: Dies ist der kritische und schwierige Schritt in das Protokoll zu standardisieren, da verschiedene Zelllinien unterschiedliche Empfindlichkeiten, d…

Representative Results

Abbildung 1 steckt den Rahmen für die Versuchsdurchführung. Drei Magenkrebs-Zelllinien mit dem Ausdruck eines hohen Maß an HER2 und anfällig für Trastuzumab (IC50 < Plasma Spitzenpegel von Drogen, Figur 2A, linke Diagramm) im Kulturmedium, enthält das gezielte therapeutische Mittel gewachsen waren. Eine Dosis 10-Mal niedriger als der Peak-Plasma-Konzentration von Trastuzumab (10 µg/mL) wurde als die Anfangsdosis…

Discussion

Während personalisiert und gezielte Therapien haben wachsende Begeisterung ausgelöst, diese so genannten “intelligenten” Therapien stellen die gleiche Hürde als herkömmliche Chemotherapeutika, d. h., die schnelle und unvorhersehbare Übernahme von Resistenzen. Um die Ergebnisse der gezielten Therapie zu verbessern, müssen Medikamentenresistenz Probleme durch ein besseres Verständnis der Mechanismen gelöst werden, die sie verursachen. Hier haben wir eine leicht zugänglich in-vitro- Methodik zur U…

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