Summary

Kanserle İlişkili Fibroblastların Tümör Büyümesindeki Rolünü Araştırmak İçin Bir Fare Modeli

Published: December 22, 2020
doi:

Summary

Kanser hücrelerini ve fibroblastları birlikte enjekte etmek ve zamanla tümör büyümesini izlemek için bir protokol sağlanır. Bu protokol, fibroblastların tümör büyümesinin düzenleyicileri olarak rolünün moleküler temelini anlamak için kullanılabilir.

Abstract

Kanserle ilişkili fibroblastlar (CAF’ler), tümörü teşvik eden bir mikro çevre oluşturarak tümör büyümesinde önemli bir rol oynayabilir. CAF’ların tümör mikroortamındaki rolünü inceleyen modeller, fibroblastların, farklı dokulardan fibroblastların ve fibroblastlardaki spesifik genetik faktörlerin fonksiyonel önemini anlamak için yararlı olabilir. Fare modelleri, in vivo bağlamda tümör büyümesine ve ilerlemesine katkıda bulunanları anlamak için gereklidir. Burada, kanser hücrelerinin fibroblastlarla karıştırıldığı ve tümör geliştirmek için farelere verildiği bir protokol sağlanır. Zaman içindeki tümör boyutları ve nihai tümör ağırlıkları belirlenir ve gruplar arasında karşılaştırılır. Açıklanan protokol, CAF’ların tümör büyümesi ve ilerlemesindeki fonksiyonel rolü hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir.

Introduction

Tümör mikroçevresinde, en belirgin hücre tiplerinden biri kanserle ilişkili fibroblasttır (CAF)1. Bu karsinomla ilişkili fibroblastlar tümör baskılayıcı bir rol oynayabilir 2,3. Örneğin, S100A eksprese eden fibroblastlar, kanserojenleri kapsülleyebilen ve karsinom oluşumuna karşı koruma sağlayabilen kollajenleri salgılar4. Ayrıca, pankreas kanserinde α-düz kas aktini (SMA) pozitif miyofibroblastların tükenmesi immünsüpresyona neden olur ve pankreas kanseri ilerlemesini hızlandırır2. CAF’lar ayrıca kanser hücreleri ile birlikte gelişebilir ve tümör ilerlemesini teşvik edebilir 5,6,7,8. Fibroblastlar, tümörü teşvik eden bir ortam yaratan hücre dışı matriks proteinlerini sentezleyebilir ve salgılayabilir8. Bu hücre dışı matriks proteinleri, tümör ilerlemesi ile ilişkili olan dokunun mekanik sertleşmesine neden olabilir 9,10. Biriken hücre dışı matriks, bağışıklık infiltrasyonunu inhibe eden fiziksel bir bariyer görevi görebilir11. CAF’lar tarafından matriks birikimi de tümör invazyonu ile ilişkilendirilmiştir, çünkü CAF’lar tarafından üretilen fibronektinin tümör invazyonunu teşvik ettiği gösterilmiştir12. CAF’lar anjiyogenezi teşvik eder ve dönüştürücü büyüme faktörü-β (TGF-β), vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF), interlökin-6 (IL-6) ve CXC-kemokin ligand 12 (CXCL12)13,14,15 salgılayarak immünosüpresif hücreleri tümör mikroçevresine alır. Tümör büyümesini teşvik etmedeki merkezi rolleri nedeniyle, kanserle ilişkili fibroblastlar anti-kanser tedavisi için ortaya çıkan bir hedeftir 6,16,17,18.

Aşağıdaki protokol, fibroblastların tümör büyümesinin iyi kurulmuş ve yaygın olarak kullanılan bir fare modelinde tümörlerin büyümesini nasıl etkilediğini test etmek için bir yöntem açıklamaktadır. Fibroblastların tümör mikroortamındaki önemini anlamak için, büyümelerini izlemek için kanser hücrelerini farelere sokmak için standart protokol, kanser hücresi girişi ile fibroblastları içerecek şekilde değiştirildi. Kanser hücreleri deri altından veya intradermal olarak sokulabilir. İntradermal giriş, cildin kendisinden kaynaklanan tümörlerle sonuçlanır. Kanser hücrelerinin ve fibroblastların farelere birlikte enjekte edildiği ksenogreftler, fibroblastların, fibroblastların alt popülasyonlarının ve protein faktörlerinin kanser büyümesini teşvik etme yeteneğindeki rolünü incelemek için önemli bir metodolojik araçtır 19,20,21. Kanser hücrelerinin ve fibroblastların farelere birlikte enjeksiyonu için ayrıntılı bir protokol sağlanmıştır. Bu yöntem, fibroblastların varlığını veya yokluğunu karşılaştırmak, farklı kaynaklardan fibroblastları karşılaştırmak içinkullanılabilir 20 veya fibroblastları spesifik proteinlerin ekspresyonu olan ve olmayan fibroblastları karşılaştırmakiçin 19. Kanser hücreleri ve fibroblastlar tanıtıldıktan sonra, zamanla tümör boyutu izlenebilir. Deneylerin sonunda, tümörler diseke edilebilir ve tartılabilir. Zaman içinde tümör büyümesi izlenerek, farklı faktörlerin önemi diseke edilebilir.

Fibroblastların tümör büyümesindeki rolünü incelemek için olası alternatif yaklaşımlar vardır. Örnek olarak, fibroblastlarda tercihen ifade edilen sürücülerle genlerin dokuya özgü nakavtını sağlayan Cre-loxed tabanlı modeller vardır. Bu tür yaklaşımlar ayrıca tümör progresyonu için fibroblastlarda spesifik genlerin ve yolakların rolünü araştırmak için fırsatlar sağlar. Cre-lox tabanlı yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, sağlanan protokol, fibroblastların rolünü izlemek için önemli ölçüde daha hızlı bir yaklaşımı temsil edecektir, çünkü tümör büyümesi sadece birkaç hafta içinde izlenecektir. Sağlanan yaklaşım aynı zamanda önemli ölçüde daha ucuzdur, çünkü genetiği değiştirilmiş farelerin kolonilerinin üretilmesini ve barındırılmasını gerektirmez. Sağlanan protokol, fare kolonileri geliştirmeye ihtiyaç duymak yerine shRNA’lar kullanarak farklı genlerin yıkılmasının etkisini hızlı bir şekilde test etmek için kullanılabilir. Sağlanan yaklaşım aynı zamanda daha esnektir, çünkü farklı sayıda fibroblastın, farklı kanser hücrelerinin ve fibroblastların farklı oranlarının, farklı genlerin yıkılmasına ve hatta farklı doku bölgelerinden veya türlerden fibroblastların karşılaştırılmasına izin verecektir. Bir Cre-lox yaklaşımı, fibroblastların farelerde daha fizyolojik bir bağlamda bulunması avantajına sahip olacaktır.

Burada bildirilen protokol, fibroblastların tümör büyümesi üzerindeki etkilerini hızlı ve uygun maliyetli bir şekilde izlemek isteyen bilim adamları için değerli olacaktır. Bu protokol, tümör büyümesi üzerine tümör büyümesi üzerine farklı kaynaklardan fibroblastların veya fibroblastların farklı alt kümelerini araştıran bilim adamları için özellikle değerlidir. Tümör başlangıcının fizyolojik bir bağlamda gerçekleşmesi önemliyse, genetik olarak tasarlanmış fare modelleri düşünülmelidir.

Bu deneyleri gerçekleştirmek için birkaç olası yaklaşım vardır. Bağışıklık yetkin fareler, fibroblast-immün hücre etkileşimlerinin araştırılmasına izin verecek konakçı olarak kullanılabilir. Bağışıklık yetkin fare modelleri için, fare kanseri hücreleri ve fare embriyonik fibroblastları (MEF’ler) enjekte edilmelidir. MEF’lerin kullanımı ayrıca, araştırmacının, ilgilendiği bir genin varlığını veya yokluğunu test etmek için çok çeşitli nakavt fare suşlarından yararlanmasına izin verir. Alternatif olarak, bağışıklık yetersizliği olan fareler, insan kanser hücrelerinden türetilen farelerde tümörlerin büyümesini teşvik etmede insan fibroblastlarının rolünü test etmek için kullanılabilir. Kanser hücrelerinin tanıtımı deri altından veya ortotopik olarak yapılabilir. Melanom için, aşağıda tarif edildiği gibi, tümör-fibroblast karışımı, bir melanomun gelişeceği cilt içindeki yeri daha yakından simüle eden ortotopik enjeksiyon için intradermal olarak enjekte edilebilir.

Protocol

Açıklanan tüm deneyler, Los Angeles’taki Kaliforniya Üniversitesi’ndeki Hayvan Bakım Komitesi tarafından onaylandı. NOT: Fare suşu için konakçı farelerle eşleşen kanser hücrelerini ve fibroblastları seçin. Konakçı farenin cinsiyetiyle eşleşen kanser hücrelerini ve fibroblastları seçin. Fareleri üreme kolonilerinden alın veya saygın satıcılardan satın alın. Tümörleri ~ 8-10 haftalık farelere tanıtın. Kürklü fareler, saç folikülü döngüsünün telojen vey…

Representative Results

A2058 insan melanom hücreleri ve primer insan dermal fibroblastları steril koşullar altında kültürlendi. Hücreler toplandı ve PBS ile üç kez yıkandı. İmmün yetmezlikli fareler (NU / J – Foxn1 çıplak suşu), yalnızca 0.25 milyon A2058 melanom hücresi ile bir kanatta deri altından enjekte edildi. Diğer kanatta, farelere 0.25 milyon A2058 melanom hücresi ve 0.75 milyon fibroblast karışımı enjekte edildi. Hücreler, bağışıklık yetmezliği olan 12 fareye enjekte e…

Discussion

Şekil 1’deki deneyde, insan dermal fibroblastlarının insan A2058 melanom hücreleri ile birlikte tanıtılması, melanom hücrelerinin birlikte enjekte edilen fibroblastlar olmadan tanıtıldığından daha büyük tümörlerle sonuçlandı. Bu fark, tümör hacmine ve tümör ağırlığına bağlı olarak kolayca tespit edilebilir. Sonuçlar, kanserle ilişkili fibroblastların tümör büyümesini destekleyebileceğine dair birçok raporla tutarlıdır5,6,7,8<su…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, Coller laboratuvarının tüm üyelerine yararlı girdiler için teşekkür eder. H.A.C., Rita Allen Vakfı’nın Milton E. Cassel bursiyeriydi. NIH / NCI 1 R01 CA221296-01A1, NIH 1 R01 AR070245-01A1, Melanom Araştırma İttifakı Takım Bilimi Ödülü, Kanser Araştırma Enstitüsü Klinik Laboratuvar Entegrasyon Programı Ödülü, Iris Cantor Kadın Sağlığı Merkezi / UCLA CTSI NIH Grant UL1TR000124, California Üniversitesi Kanser Araştırma Koordinasyon Komitesi, David Geffen Tıp Fakültesi Metabolizma Tema Ödülü, Klinik Translasyonel Bilim Enstitüsü ve Jonsson Kapsamlı Kanser Merkezi’ni kabul ediyoruz. Geniş Kök Hücre Araştırma Merkezi’nden (Rose Hills ve Ha Gaba) İnovasyon Ödülleri, Prostat Kanserinde UCLA SPORE’den bir Ödül (P50CA092131 Ödül Numarası altında Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Kanser Enstitüsü), Geniş Kök Hücre Merkezi’nden bir İnovasyon Ödülü, UCLA’daki Eli ve Edythe Geniş Rejeneratif Tıp ve Kök Hücre Araştırma Merkezi’nden bir İnovasyon Ödülü, Tümör Hücresi Biyolojisi Eğitim Programı (USHHS Ruth L. Kirschstein Kurumsal Ulusal Araştırma Hizmeti Ödülü # T32 CA009056), UCLA AR071307’deki Dermatoloji T32 Programı ve UCLA Kas Hücresi Biyolojisi, Patofizyolojisi ve Terapötikleri T32 Eğitim Programı 5 T32 AF 65972.

Materials

26G Needles Fisher Scientific 14-826-10
Alcohol swabs Fisher Scientific 326895
Animal clipper miniARCO with surgical blade #40 WAHL Professional 8787-450A
Athymic nude mice (NU/J) The Jackson labs 002019 These mice are immunocompromised and can be used for experiments in which human cells are introduced. Immunocompetent mice can also be used if mouse cancer cells and fibroblasts will be introduced.
Cancer cells ATCC ATCC® CRL-11147™ This is the catalog number for a primary human melanoma cell line. Other cancer cell types can also be used.
Cell Culture Multi Flasks Fisher Scientific 14-826-95
Centrifuge for conical tubes capable of reaching 180 x g Fisher Scientific 14-432-22
Countess Cell Counting Chamber Fisher Scientific C10228
Dulbecco's Modified Eagle Medium Fisher Scientific 11965-118
Fetal bovine serum Fisher Scientific MT35010CV
Fibroblasts  ATCC PCS-201-012 We isolate fibroblasts from skin in our lab. This is a catalog number for an adult primary human dermal fibroblast cell line. MEFs and fibroblasts derived from other sites can also be used.
Isoflurane Henry Schein Animal Health NDC 11695-6776-2
PBS USP grade for injection into mice Fisher Scientific 50-751-7476
Sterile 10 ml serological pipet Celltreat 667210B
Sterile 5 ml serological pipet Celltreat 229005B
Sterile 50 ml centrifuge tubes Genesee Scientific 28-108
Sterile Syringe Filters pore size 0.2 microns Fisher Scientific 09-740-61A
Sterile tissue culture-grade Trypsin-EDTA Fisher Scientific 15400054
Sterile tissue-culture grade PBS Fisher Scientific 50-751-7476
Sterle 25 ml serological pipet Celltreat 667225B
TC treated 100 x 20 mm dishes Genesee Scientific 25-202
TC treated 150 x 20 mm dishes Genesee Scientific 25-203
TC treated 60 x 15 mm dishes Genesee Scientific 25-260
Trypan blue Fisher Scientific C10228

References

  1. Liu, T., et al. Cancer-associated fibroblasts: an emerging target of anti-cancer immunotherapy. Journal of Hematology and Oncololgy. 12 (1), 86 (2019).
  2. Ozdemir, B. C., et al. Depletion of carcinoma-associated fibroblasts and fibrosis induces immunosuppression and accelerates pancreas cancer with reduced survival. Cancer Cell. 25 (6), 719-734 (2014).
  3. Rhim, A. D., et al. Stromal elements act to restrain, rather than support, pancreatic ductal adenocarcinoma. Cancer Cell. 25 (6), 735-747 (2014).
  4. Zhang, J., et al. Fibroblast-specific protein 1/S100A4-positive cells prevent carcinoma through collagen production and encapsulation of carcinogens. Cancer Research. 73 (9), 2770-2781 (2013).
  5. Ohlund, D., Elyada, E., Tuveson, D. Fibroblast heterogeneity in the cancer wound. Journal of Experimental Medicine. 211 (8), 1503-1523 (2014).
  6. Chen, X., Song, E. Turning foes to friends: targeting cancer-associated fibroblasts. Nature Reviews Drug Discovery. 18 (2), 99-115 (2019).
  7. Wang, W., et al. Crosstalk to stromal fibroblasts induces resistance of lung cancer to epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors. Clinical Cancer Research. 15 (21), 6630-6638 (2009).
  8. Hwang, R. F., et al. Cancer-associated stromal fibroblasts promote pancreatic tumor progression. Cancer Research. 68 (3), 918-926 (2008).
  9. Tsujino, T., et al. Stromal myofibroblasts predict disease recurrence for colorectal cancer. Clinical Cancer Research. 13 (7), 2082-2090 (2007).
  10. Laklai, H., et al. Genotype tunes pancreatic ductal adenocarcinoma tissue tension to induce matricellular fibrosis and tumor progression. Nature Medicine. 22 (5), 497-505 (2016).
  11. Cukierman, E., Bassi, D. E. Physico-mechanical aspects of extracellular matrix influences on tumorigenic behaviors. Seminars in Cancer Biology. 20 (3), 139-145 (2010).
  12. Attieh, Y., et al. Cancer-associated fibroblasts lead tumor invasion through integrin-beta3-dependent fibronectin assembly. Journal of Cell Biology. 216 (11), 3509-3520 (2017).
  13. Ahmadzadeh, M., Rosenberg, S. A. TGF-beta 1 attenuates the acquisition and expression of effector function by tumor antigen-specific human memory CD8 T cells. Journal of Immunology. 174 (9), 5215-5223 (2005).
  14. Feig, C., et al. Targeting CXCL12 from FAP-expressing carcinoma-associated fibroblasts synergizes with anti-PD-L1 immunotherapy in pancreatic cancer. Proceedings of the National Academy of Science, U S A. 110 (50), 20212-20217 (2013).
  15. Kojima, Y., et al. Autocrine TGF-beta and stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) signaling drives the evolution of tumor-promoting mammary stromal myofibroblasts. Proceedings of the National Academy of Science, U S A. 107 (46), 20009-20014 (2010).
  16. Kalluri, R. The biology and function of fibroblasts in cancer. Nature Reviews Cancer. 16 (9), 582-598 (2016).
  17. Ziani, L., Chouaib, S., Thiery, J. Alteration of the Antitumor Immune Response by Cancer-Associated Fibroblasts. Frontiers in Immunology. 9, 414 (2018).
  18. Sahai, E., et al. A framework for advancing our understanding of cancer-associated fibroblasts. Nature Reviews Cancer. 20 (3), 174-186 (2020).
  19. Grum-Schwensen, B., et al. Suppression of tumor development and metastasis formation in mice lacking the S100A4(mts1) gene. Cancer Research. 65 (9), 3772-3780 (2005).
  20. Kojima, M., et al. Human subperitoneal fibroblast and cancer cell interaction creates microenvironment that enhances tumor progression and metastasis. PLoS One. 9 (2), 88018 (2014).
  21. Noel, A., et al. Enhancement of tumorigenicity of human breast adenocarcinoma cells in nude mice by matrigel and fibroblasts. British Journal of Cancer. 68 (5), 909-915 (1993).
  22. Sullivan, L. M. Estimation from samples. Circulation. 114 (5), 445-449 (2006).
  23. Yamada, K. M., Cukierman, E. Modeling tissue morphogenesis and cancer in 3D. Cell. 130 (4), 601-610 (2007).
  24. Damianova, R., Stefanova, N., Cukierman, E., Momchilova, A., Pankov, R. Three-dimensional matrix induces sustained activation of ERK1/2 via Src/Ras/Raf signaling pathway. Cell Biology International. 32 (2), 229-234 (2008).
  25. Rhee, S. Fibroblasts in three dimensional matrices: cell migration and matrix remodeling. Experimental & Molecular Medicine. 41 (12), 858-865 (2009).
  26. Hoffman, R. M. Application of GFP imaging in cancer. Labortatory Investigation. 95 (4), 432-452 (2015).
  27. Orimo, A., et al. Stromal fibroblasts present in invasive human breast carcinomas promote tumor growth and angiogenesis through elevated SDF-1/CXCL12 secretion. Cell. 121 (3), 335-348 (2005).
  28. Naito, Y., et al. CD8+ T cells infiltrated within cancer cell nests as a prognostic factor in human colorectal cancer. Cancer Research. 58 (16), 3491-3494 (1998).
  29. Fu, C., Jiang, A. Dendritic Cells and CD8 T Cell Immunity in Tumor Microenvironment. Frontiers Immunolofy. 9, 3059 (2018).
  30. Lakins, M. A., Ghorani, E., Munir, H., Martins, C. P., Shields, J. D. Cancer-associated fibroblasts induce antigen-specific deletion of CD8 (+) T Cells to protect tumour cells. Nature Communications. 9 (1), 948 (2018).
  31. Kato, T., et al. Cancer-Associated Fibroblasts Affect Intratumoral CD8(+) and FoxP3(+) T Cells Via IL6 in the Tumor Microenvironment. Clinical Cancer Research. 24 (19), 4820-4833 (2018).
  32. Gorchs, L., et al. Human Pancreatic Carcinoma-Associated Fibroblasts Promote Expression of Co-inhibitory Markers on CD4(+) and CD8(+) T-Cells. Frontiers Immunology. 10, 847 (2019).
  33. Duscher, D., et al. Fibroblast-Specific Deletion of Hypoxia Inducible Factor-1 Critically Impairs Murine Cutaneous Neovascularization and Wound Healing. Plastic Reconstructive Surgery. 136 (5), 1004-1013 (2015).
  34. Zheng, B., Zhang, Z., Black, C. M., de Crombrugghe, B., Denton, C. P. Ligand-dependent genetic recombination in fibroblasts : a potentially powerful technique for investigating gene function in fibrosis. American Journal of Pathology. 160 (5), 1609-1617 (2002).
  35. Swonger, J. M., Liu, J. S., Ivey, M. J., Tallquist, M. D. Genetic tools for identifying and manipulating fibroblasts in the mouse. Differentiation. 92 (3), 66-83 (2016).
  36. Krtolica, A., Parrinello, S., Lockett, S., Desprez, P. Y., Campisi, J. Senescent fibroblasts promote epithelial cell growth and tumorigenesis: a link between cancer and aging. Proceedings of the National Academy of Science, U S A. 98 (21), 12072-12077 (2001).
  37. Ortiz-Montero, P., Londono-Vallejo, A., Vernot, J. P. Senescence-associated IL-6 and IL-8 cytokines induce a self- and cross-reinforced senescence/inflammatory milieu strengthening tumorigenic capabilities in the MCF-7 breast cancer cell line. Cell Communication and Signaling. 15 (1), 17 (2017).
  38. Coppe, J. P., et al. Senescence-associated secretory phenotypes reveal cell-nonautonomous functions of oncogenic RAS and the p53 tumor suppressor. PLoS Biology. 6 (12), 2853-2868 (2008).
  39. Coller, H. A., Sang, L., Roberts, J. M. A new description of cellular quiescence. PLoS Biolofy. 4 (3), 83 (2006).
  40. Mitra, M., et al. Alternative polyadenylation factors link cell cycle to migration. Genome Biolofy. 19 (1), 176 (2018).
  41. Lemons, J. M., et al. Quiescent fibroblasts exhibit high metabolic activity. PLoS Biology. 8 (10), 1000514 (2010).
  42. Suh, E. J., et al. A microRNA network regulates proliferative timing and extracellular matrix synthesis during cellular quiescence in fibroblasts. Genome Biology. 13 (12), 121 (2012).
  43. Legesse-Miller, A., et al. Quiescent fibroblasts are protected from proteasome inhibition-mediated toxicity. Molecular Biology of the Cell. 23 (18), 3566-3581 (2012).
  44. Evertts, A. G., et al. H4K20 methylation regulates quiescence and chromatin compaction. Molecular Biology of the Cell. 24 (19), 3025-3037 (2013).
  45. Johnson, L. A., et al. Matrix stiffness corresponding to strictured bowel induces a fibrogenic response in human colonic fibroblasts. Inflammatory Bowel Disease. 19 (5), 891-903 (2013).
  46. Marinkovic, A., Liu, F., Tschumperlin, D. J. Matrices of physiologic stiffness potently inactivate idiopathic pulmonary fibrosis fibroblasts. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 48 (4), 422-430 (2013).
  47. Tschumperlin, D. J. Fibroblasts and the ground they walk on. Physiology (Bethesda). 28 (6), 380-390 (2013).
  48. Tschumperlin, D. J., et al. Mechanotransduction through growth-factor shedding into the extracellular space. Nature. 429 (6987), 83-86 (2004).
  49. Doyle, A. D., Wang, F. W., Matsumoto, K., Yamada, K. M. One-dimensional topography underlies three-dimensional fibrillar cell migration. Journal of Cell Biology. 184 (4), 481-490 (2009).
  50. Alexander, J., Cukierman, E. Stromal dynamic reciprocity in cancer: intricacies of fibroblastic-ECM interactions. Current Opinions in Cell Biology. 42, 80-93 (2016).
check_url/61883?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Jelinek, D., Zhang, E. R., Ambrus, A., Haley, E., Guinn, E., Vo, A., Le, P., Kesaf, A. E., Nguyen, J., Guo, L., Frederick, D., Sun, Z., Guo, N., Sevier, P., Bilotta, E., Atai, K., Voisin, L., Coller, H. A. A Mouse Model to Investigate the Role of Cancer-Associated Fibroblasts in Tumor Growth. J. Vis. Exp. (166), e61883, doi:10.3791/61883 (2020).

View Video