Dubbla effekter av melanom Cell-derived faktorer på benmärgen adipocyter differentiering
Summary
Här presenterar vi en pålitlig och enkel tvådimensionell (2D) coculture system för att studera interaktionen mellan tumörceller och benmärgen adipocyter, som avslöjar en dubbla melanom cell-derived faktorer påverkar de benmärgen adipocyter differentiering och utgör också en klassisk metod för mekanistiska studier av skelettmetastaser.
Abstract
Överhörning mellan benmärgen adipocyter och tumörceller kan spela en avgörande roll i processen för skelettmetastaser. Det finns en mängd metoder för att studera betydande överhörning; en tvådimensionell transwell system för coculture är dock fortfarande en klassisk, pålitlig, och enkelt sätt för överhörning studien. Här presenterar vi ett detaljerat protokoll som visar coculture av benmärgen adipocyter och melanomceller. Dock kan ett sådant coculture system inte bara bidra till studiet av cell signal transductions av cancerceller som induceras av benmärgen adipocyter, men också till framtiden mekanistisk studie av skelettmetastaser som kan avslöja nya terapeutiska mål för ben metastas.
Introduction
Skelettmetastaser är utbrett bland patienter med avancerad cancer, men en botande behandling är fortfarande inte tillgänglig. Utöver specialiserade på lagra energi som fett, kan adipocyter stödja tumörtillväxt och metastas i benmärgen och andra organ1,2,3,4,5,6. Dessutom spelar adipocyter en viktig roll i regleringen av cancer cellbiologi7,8,9,10 metabolism4,11,12 ,13,14,15,16, så väl som i ben metastaser1,4,12. I benmärgen nisch, kan adipocyter också påverka den biologiska beteenden cancer celler4,6,17. Samspelet mellan benmärgen adipocyter och cancerceller med osteotropism är väsentliga för förståelsen av skelettmetastaser. Lite är dock känt.
Baserat på nuvarande studier, tillämpas olika metoder adipocyter, inklusive två – eller tredimensionella (2/3D) och ex vivo kulturer17,18,19,20,21. Nyligen, Herroon et al. utformat en ny 3D-kultur-metod att studera interaktioner mellan benmärgen adipocyter och cancer celler22. Även om den 3D coculture är optimal för att imitera fysiologiska interaktioner mellan adipocyter och cancer celler i vivo, det lider av dålig reproducerbarhet22,23. I jämförelse med ett 2D coculture system föreskriva ett 3D coculture system olika cellulära fenotyper, såsom cell morfologi21,22,24,25,26. Dessutom, ex vivo kultur isolerade spongiöst ben vävnad fragment kan leda till en robust utväxt av adipocyter från odlade benmärg celler17.
I motsats till dessa tidigare modeller förblir 2D cell kultur modellen dock en klassisk, tillförlitlig och enkel teknik för snabbt Skanna kandidat molekyler och de fenotyper som ändrats i adipocyter eller cancer celler in vitro-1, 4,6,12,15,27. För att bättre förstå överhörning mellan benmärgen adipocyter och melanomceller, ger vi ett detaljerat protokoll för ett 2D coculture system av benmärgen adipocyter med melanomceller.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cocultures med skär har använts att studera cell-till-cell interaktioner. Systemets 2D coculture är ett effektivt sätt att observera hur de två delar överhörning i vitro, som vi här visade två olika cancer cell-driven effekter på benmärgen adipocyter. Många laboratorier har utnyttjat denna metod för att undersöka överhörning mellan adipocyter och cancer celler6,12,27,39…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Dov Zipori (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel) Vänligen för att ge oss murina benmärgens stromaceller cellen linje 14F1.1. Denna studie stöddes av bidrag från kinesiska National Natural Science Foundation (nr 81771729) och Yongchuan sjukhus av Chongqing medicinska universitetet (Nos. YJQN201330; YJZQN201527).
Materials
| DMEM | Invitrogen Inc. | 11965092 | |
| Fetal Bovine Serum | Invitrogen Inc. | 16000–044 | |
| Phosphate Buffered Saline | Invitrogen Inc. | 14190-144 | |
| Insulin | Sigma-Aldrich | 91077C | |
| 3-isobutyl-1-methyl-xanthine | Sigma-Aldrich | I5879 | |
| Dexamethasone | Sigma-Aldrich | D4902 | |
| Oil Red o | Sigma-Aldrich | O0625 | |
| 24-well plate | Corning | CLS3527 | |
| Transwell insert | Millipore | MCHT24H48 | |
| Penicillin/Streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | |
| isopropanol | Sigma-Aldrich | I9516 | |
| 0.25% trypsin | Thermo Scientific | 25200056 | |
| hemocytometer | Bio-Rad | 1450016 | |
| Culture incubator | Thermo Scientific | ||
| 50ml falcon | Corning | CLS430828 | |
| Clean Bench | Thermo Scientific | – | |
| Microscopy | Olympus | – | |
| 200 μL pipet tips | BeyoGold | FTIP620 | |
| 1000 mL pipet tips | BeyoGold | FTIP628 |
References
- Wang, J., et al. Adipogenic niches for melanoma cell colonization and growth in bone marrow. Laboratory Investigation. 97 (6), 737-745 (2017).
- Trotter, T. N., et al. Adipocyte-Lineage Cells Support Growth and Dissemination of Multiple Myeloma in Bone. The American Journal of Pathology. 186 (11), 3054-3063 (2016).
- Morris, E. V., Edwards, C. M. The role of bone marrow adipocytes in bone metastasis. Journal of Bone Oncology. 5 (3), 121-123 (2016).
- Diedrich, J. D., et al. Bone marrow adipocytes promote the Warburg phenotype in metastatic prostate tumors via HIF-1alpha activation. Oncotarget. 7 (40), 64854-64877 (2016).
- Chkourko Gusky, H., Diedrich, J., MacDougald, O. A., Podgorski, I. Omentum and bone marrow: how adipocyte-rich organs create tumour microenvironments conducive for metastatic progression. Obesity Reviews. 17 (11), 1015-1029 (2016).
- Chen, G. L., et al. High fat diet increases melanoma cell growth in the bone marrow by inducing osteopontin and interleukin 6. Oncotarget. 7 (18), 26653-26669 (2016).
- Balaban, S., et al. Adipocyte lipolysis links obesity to breast cancer growth: adipocyte-derived fatty acids drive breast cancer cell proliferation and migration. Cancer & Metabolism. 5, 1 (2017).
- Huang, C. K., et al. Adipocytes promote malignant growth of breast tumours with monocarboxylate transporter 2 expression via beta-hydroxybutyrate. Nature Communications. 8, 14706 (2017).
- Wang, Y. Y., et al. Mammary adipocytes stimulate breast cancer invasion through metabolic remodeling of tumor cells. JCI Insight. 2 (4), 87489 (2017).
- Wang, C., Gao, C., Meng, K., Qiao, H., Wang, Y. Human adipocytes stimulate invasion of breast cancer MCF-7 cells by secreting IGFBP-2. PLoS One. 10 (3), 0119348 (2015).
- Nieman, K. M., et al. Adipocytes promote ovarian cancer metastasis and provide energy for rapid tumor growth. Nature Medicine. 17 (11), 1498-1503 (2011).
- Herroon, M. K., et al. Bone marrow adipocytes promote tumor growth in bone via FABP4-dependent mechanisms. Oncotarget. 4 (11), 2108-2123 (2013).
- Tabe, Y., et al. Bone Marrow Adipocytes Facilitate Fatty Acid Oxidation Activating AMPK and a Transcriptional Network Supporting Survival of Acute Monocytic Leukemia Cells. Cancer Research. 77 (6), 1453-1464 (2017).
- Wen, Y. A., et al. Adipocytes activate mitochondrial fatty acid oxidation and autophagy to promote tumor growth in colon cancer. Cell Death & Differentiation. 8 (2), 2593 (2017).
- Liu, Z., et al. Mature adipocytes in bone marrow protect myeloma cells against chemotherapy through autophagy activation. Oncotarget. 6 (33), 34329-34341 (2015).
- Ye, H., et al. Leukemic Stem Cells Evade Chemotherapy by Metabolic Adaptation to an Adipose Tissue Niche. Cell Stem Cell. 19 (1), 23-37 (2016).
- Templeton, Z. S., et al. Breast Cancer Cell Colonization of the Human Bone Marrow Adipose Tissue Niche. Neoplasia. 17 (12), 849-861 (2015).
- Daquinag, A. C., Souza, G. R., Kolonin, M. G. Adipose tissue engineering in three-dimensional levitation tissue culture system based on magnetic nanoparticles. Tissue Engineering Part C: Methods. 19 (5), 336-344 (2013).
- Emont, M. P., et al. Using a 3D Culture System to Differentiate Visceral Adipocytes In Vitro. Endocrinology. 156 (12), 4761-4768 (2015).
- Katt, M. E., Placone, A. L., Wong, A. D., Xu, Z. S., Searson, P. C. In Vitro Tumor Models: Advantages, Disadvantages, Variables, and Selecting the Right Platform. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 4, 12 (2016).
- Edmondson, R., Broglie, J. J., Adcock, A. F., Yang, L. Three-dimensional cell culture systems and their applications in drug discovery and cell-based biosensors. ASSAY and Drug Development Technologies. 12 (4), 207-218 (2014).
- Herroon, M. K., Diedrich, J. D., Podgorski, I. New 3D-Culture Approaches to Study Interactions of Bone Marrow Adipocytes with Metastatic Prostate Cancer Cells. Frontiers in Endocrinology (Lausanne). 7, 84 (2016).
- Lee, J. M., et al. A three-dimensional microenvironment alters protein expression and chemosensitivity of epithelial ovarian cancer cells in vitro. Laboratory Investigation. 93 (5), 528-542 (2013).
- Imamura, Y., et al. Comparison of 2D- and 3D-culture models as drug-testing platforms in breast cancer. Oncology Reports. 33 (4), 1837-1843 (2015).
- Birgersdotter, A., Sandberg, R., Ernberg, I. Gene expression perturbation in vitro–a growing case for three-dimensional (3D) culture systems. Seminars in Cancer Biology. 15 (5), 405-412 (2005).
- Wang, W., et al. 3D spheroid culture system on micropatterned substrates for improved differentiation efficiency of multipotent mesenchymal stem cells. Biomaterials. 30 (14), 2705-2715 (2009).
- Dirat, B., et al. Cancer-associated adipocytes exhibit an activated phenotype and contribute to breast cancer invasion. Cancer Research. 71 (7), 2455-2465 (2011).
- Scott, M. A., Nguyen, V. T., Levi, B., James, A. W. Current methods of adipogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Stem Cells and Development. 20 (10), 1793-1804 (2011).
- Zipori, D., Toledo, J., von der Mark, K. Phenotypic heterogeneity among stromal cell lines from mouse bone marrow disclosed in their extracellular matrix composition and interactions with normal and leukemic cells. Blood. 66 (2), 447-455 (1985).
- Maridas, D. E., Rendina-Ruedy, E., Le, P. T., Rosen, C. J. Isolation, Culture, and Differentiation of Bone Marrow Stromal Cells and Osteoclast Progenitors from Mice. Journal of Visualized Experiments. (131), e56750 (2018).
- Iguchi, T., Niino, N., Tamai, S., Sakurai, K., Mori, K. Absolute Quantification of Plasma MicroRNA Levels in Cynomolgus Monkeys, Using Quantitative Real-time Reverse Transcription PCR. Journal of Visualized Experiments. (132), e56850 (2018).
- Bozec, A., Hannemann, N. Mechanism of Regulation of Adipocyte Numbers in Adult Organisms Through Differentiation and Apoptosis Homeostasis. Journal of Visualized Experiments. (112), e53822 (2016).
- Shafat, M. S., et al. Leukemic blasts program bone marrow adipocytes to generate a protumoral microenvironment. Blood. 129 (10), 1320-1332 (2017).
- Gazi, E., et al. Direct evidence of lipid translocation between adipocytes and prostate cancer cells with imaging FTIR microspectroscopy. The Journal of Lipid Research. 48 (8), 1846-1856 (2007).
- Brown, M. D., et al. Influence of omega-6 PUFA arachidonic acid and bone marrow adipocytes on metastatic spread from prostate cancer. British Journal of Cancer. 102 (2), 403-413 (2010).
- Hardaway, A. L., Herroon, M. K., Rajagurubandara, E., Podgorski, I. Marrow adipocyte-derived CXCL1 and CXCL2 contribute to osteolysis in metastatic prostate cancer. Clinical & Experimental Metastasis. 32 (4), 353-368 (2015).
- Aebi, M. Spinal metastasis in the elderly. European Spine Journal. 12, 202-213 (2003).
- Wagner, M., Bjerkvig, R., Wiig, H., Dudley, A. C. Loss of adipocyte specification and necrosis augment tumor-associated inflammation. Adipocyte. 2 (3), 176-183 (2013).
- Bochet, L., et al. Cancer-associated adipocytes promotes breast tumor radioresistance. Biochemical and Biophysical Research Communications. 411 (1), 102-106 (2011).
- Hirano, T., et al. Enhancement of adipogenesis induction by conditioned media obtained from cancer cells. Cancer Letters. 268 (2), 286-294 (2008).
- Gordeev, A. A., Chetverina, H. V., Chetverin, A. B. Planar arrangement of eukaryotic cells in merged hydrogels combines the advantages of 3-D and 2-D cultures. Biotechniques. 52 (5), 325-331 (2012).
