DNA 염료에 의한 측면 집단 표현형을 활용하여 생물학적 샘플에서 암 줄기 세포를 검출하고 정제
Summary
생물학적 시료에서 줄기 세포 집단의 특성 분석 및 분리를 허용하는 방법은 암 및 그 이상에서 줄기 세포 표적 처리의 발전에 중요합니다. 여기에서 우리는 염료에 의해 유발 된 부작용 표현형을 사용하는 암 줄기 세포 분리를위한 상세한 프로토콜을 제공합니다.
Abstract
암은 줄기 세포 중심 질병이며이 세포의 박멸이 주요 치료 목표가되었습니다. Cancer Stem Cells (CSCs)의 취약성을 해독하고 적절한 분자 표적을 확인하는 것은 세포주 및 생체 외 종양 조직과 같은 이종 시료에서 특유한 차별을 허용하는 방법에 의존합니다. 유동 세포 계측법 / FACS는 단일 세포 수준에서 생물학적 시료를 다중 매개 변수 분석하는 강력한 기술이며 하류 분석을 위해 살아있는 세포를 회수 할 수있는 최신 방법입니다. 알데하이드 탈수소 효소 효소 활성의 검출뿐만 아니라 CD44 및 CD133과 같은 표면 마커는 종종 FACS에 의한 종양 샘플로부터의 CSC를 정의하고 분류하는데 사용되어왔다. 방법 론적 세부 사항에서 여기에 묘사 된 보완적인 접근법은 ABC 약물 전달체에 의한 기능성 염료 압출을 사용하며, 이는 측면 집단 (SP)으로 일반적으로 불리는 형광성 세포의 개별 집단을 확인합니다. SP암세포는 표준 줄기 세포 특징을 나타내고, 염료 압출 약물 전달체 (가장 빈번하게 ABCB1 / P- 당단백 / MDR1 / CD243 및 ABCG2 / Bcrp1 / CD338)를 억제하는 제제를 사용하여 폐색되고 기능적으로 확인 될 수있다. 또한 SP 분석법은 표면 항원 염색, 알데하이드 탈수소 효소 검출 및 사상 세포 판별 ( 예 : 7-AAD 또는 propidium iodide (PI))과 같은 다른 유동 세포 계측법 평가와 호환됩니다. 따라서 우리는 표현형 매개 변수가 아닌 기능적으로 기계적으로 CSC 식별, 격리 및 하위 특성화를위한 가치 있고 광범위하게 적용 가능한 방법을 설명합니다. 원래 Hoechst 33342를 트리거링 염료로 사용해 왔지만 여기에서는 보라색 레이저 소스가 장착 된 모든 유동 세포 계측기에서 분해 할 수있는보다 최근의 Violet 염료 기반 SP 표현형에 초점을 맞 춥니 다.
Introduction
1 차 암 치료법의 효능은 질병의 유전 및 분자 이해의 진보와 치료 용 항체 및 소분자 억제제와 같은 표적 약물의 출현으로 인해 지난 10 년 동안 상당히 향상되었습니다. 대조적으로, 전이성 및 재발 성 질환은 여전히 치료가 불가능하고, 이환률 및 사망률은이 임상 환경에서 여전히 높습니다. CSCs는 종양 내의 분명한 하위 집단을 대표하고 clonogenicity / tumorigenicity, 다중 약물 저항 및 비대칭 세포 분열과 같은 표준 줄기 세포 특성을 부여받습니다. 따라서 CSC는 전이성 진행과 종양 이질성을 촉진 할뿐만 아니라 환자가 재발하는 경향이있는 치료 중에도 지속됩니다. 그러므로 치료 CSC 제거는 질병 재발을 예방하고 암의 장기 치료를 가능하게하는 중요한 의학적 필요성이다. </sup>.
취약성 식별 및 CSC 퇴치 전략의 설명은 후속 발현 프로파일 작성 및 / 또는 기능 조사를 위해 생물학적 샘플로부터 정제 할 수있는 방법에 크게 의존합니다. 차례로, 그러한 방법은 이들 세포에 특이적인 표면, 세포 내 또는 기능성 마커에 의존한다. CSC 특이적인 표면 마커는 CD44, CD133, CD24 및 CD90을 포함하지만 이에 국한되지 않고 유방암 및 대장 암을 포함한 다양한 종양 개체에서 CSC 개체군을 확인하는 데 사용되었습니다. 또 다른 마커, 알데히드 탈수소 효소 (ALDH)는 세포 내 국소화를 보여 주며 효소 전환이 빛을 생성하는 각각의 기질을 제공하여 기능적으로 검출 될 수 있습니다. 이 검사를 사용하여 CSC 집단은 다양한 종양 개체에서도 확인되었습니다. 일반적으로 SP 분석이라고도하며 여기에서 묘사 된 보완적인 방법 ethodological 세부 정보, 형광 염료 줄기 같은 세포의 작은 인구를 식별하는 ABC 약물 전송에 의한 활성 염료 유출을 활용 6 , 7 , 8 . 이를 위해, 주어진 샘플을 수동 확산을 통해 모든 세포로 들어가는 친 지질 성 DNA 결합 형광 단의 존재 하에서 배양하고, 결합을 위해 핵 및 미토콘드리아 DNA를 표적으로한다. ABC 약물 전달체 발현이없는 비 -CSCs는 형광을 감소시키는 염료를 축적하는 반면, CSC는 형광을 감소시키는 염료를 능동적으로 압출한다. 약물 전달체 활성의 약리학 적 억제는 SP 표현형을 폐기하고 기능적으로 확인하며 대조 목적으로 사용해야한다. SP 특성을 나타내는 CSC 개체군이 난소 암 9 , 10 , 전립선 암 11 ,> 12, 유방암 13 , 폐암 14 , 자궁 내막 암 15 , 신경아 교종 16 , 17 및 뼈 육종 18 . 중요한 물질은 비록 특정 종양 세포 판별 전략 (특정 숙주 세포 집단이 SP 특성을 나타낼 수 있음)과 같은 추가적인 문제를 제기하지만, SP 분석은 암 세포주와 원발 종양 조직 모두와 양립 할 수 있습니다 19 , 20 .
두 가지 가장 확립 된 SP- 부여 약물 전달체는 ABCB1 / P- 당단백 / MDR1 / CD243 및 ABCG2 / Bcrp1 / CD338 8,9,21; 그러나 다른 약물 전달체도 SP 표현형 ( 예 : ABCB5)의 분자 결정 인자 일 수 있습니다 22 . ABCB1ABCG2의 활성이 fumitremorgin C (FTC) 6 , 19 로 특이 적으로 제거 될 수있는 반면, 베라파밀로 효과적으로 차단 될 수있다. SP 분석의 특별한 강점은 다른 염색 ( 예 : 표면 마커 및 ALDH)과 결합 할 수 있으며 살아있는 세포 복구가 가능하므로 하위 기능 조사와 호환된다는 것입니다. 더욱이, SP 검출은 CSC 집단 중 ABC 약물 전달체의 높은 보존으로 인해 광범위하게 적용 가능하다.
원래 SP 검출은 Hoechst 33342를 유발 염료로 사용하여 수행되었습니다 24 . 이 염료는 우수한 해상도를 달성하지만 자외선 레이저 여기가 필요합니다. 따라서 그 적용 성은 하이 엔드 유동 세포 계측기에 자연적으로 제한됩니다. DyeCycle Violet (DCV) 25 의 도래는 새로운 Avenu(자외선 레이저 소스가 DCV-SP 세포를 분해하기에 충분 함)가 부족한 표준 유동 세포 계측기구에이 방법의 적용 가능성을 확장시켰다. 중요하게도 Hoechst 33342와 DCV는 일반적인 펌프 특이성을 공유하므로 두 염료 모두 동일한 세포 집단을 식별해야합니다.
여기서는 DCV 기반 SP 분석에 대한 자세한 실험 프로토콜을 제공하여 독립적 인 실험실에서 쉽고 빠르게 재생산 할 수 있습니다. 따라서 우리는이 유용한 세포 생물학적 방법의 최적화 및 표준화에 기여해야하는 CSC 연구원을위한 자료로 우리의 논문을 인식합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
암의 임상 관리의 진행은 또한 CSCs를 타깃으로하는 치료 양식 개발에 달려있다. 생물학적 시료로부터 CSCs의 신뢰성있는 분리를 가능하게하는 방법은 적합한 표적의 동정을 가속화 할 것이므로이 노력에서 매우 중요합니다. SP 분석은 ABC 약물 전달체를 발현하는 CSC 집단을 확인하기위한 확립되고 가치있는 기술이며 DCV의 구현은 표준 유동 세포 계측 도구에 대한 적용 가능성을 확장 시켰습니다. ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Maximilian Boesch는 Austrian Science Fund FWF의 Erwin Schrödinger Fellows (승인 번호 J-3807)의 지원을받습니다.
Materials
| Vybrant DyeCycle Violet | Thermo Fisher Scientific | V35003 | Ready to use |
| Verapamil hydrochloride | Sigma-Aldrich | V4629 | Dissolve in ethanol |
| Fumitremorgin C | Sigma-Aldrich | F9054 | Dissolve in DMSO |
| 7-AAD (or propidium iodide) | BioLegend | 420403 | Ready to use |
| Standard cell culture reagents (e.g., medium, FBS, L-glutamine, antibiotics, PBS, trypsin-EDTA, etc.) | Different suppliers | ||
| Sample/cells of interest (e.g., human or murine cancer cell line, human or murine tumor tissue) | Different suppliers | ||
| Flow cytometric instrument (analyzer or cell sorter) | Different suppliers | Violet laser source required | |
| FACS tubes (round-bottom) | Different suppliers | Tubes with cap recommended | |
| 70 µm cut-off strainers | Different suppliers | Optional but recommended | |
| Digestion enzyme mix (e.g., collagenase/dispase/Dnase) | Different suppliers | Only relevant for tissue dissociation | |
| Flurochrome-conjugated antibodies against surface markers of interest | Different suppliers | Optional | |
| ALDEFLUOR Kit | STEMCELL Technologies | 01700 | Optional |
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