PLoS ONE: matrixmetalloproteinase-10 Fremmer Kras-medieret Bronchio-Alveolær Stem Cell Ekspansion og lungekræft Dannelse

abstrakt

Matrix metalloproteinase 10 (MMP-10; stromelysin 2) er et medlem af en stor familie af strukturelt beslægtede matrixmetalloproteinaser, hvoraf mange har været impliceret i tumorprogression, invasion og metastase. Vi identificerede nylig

MMP10

som et gen, der er stærkt induceret i tumorfremkaldende lung bronchioalveolar stamceller (BASCs) ved aktivering af onkogen

Kras

i en musemodel af lunge adenocarcinom. Men potentielle rolle

MMP10

i lunge tumorigenese er ikke blevet behandlet,. Her vil vi vise, at

MMP10

er overudtrykt i lungetumorer induceret af enten røg kræftfremkaldende urethan eller onkogen

Kras.

Desuden rapporterer vi en betydelig reduktion i lunge tumor antal og størrelse efter urethan eksponering eller genetisk aktivering af onkogen

Kras

i

MMP10

null (

MMP10

– /-

) mus. Denne hæmmende effekt afspejles i en defekt i evne

MMP10

deficiente BASCs at udvide og undergår forandring som reaktion på urethan eller onkogen

Kras in vivo

in vitro

, viser en rolle for

MMP10

i tumor-initierende aktivitet

Kras

transformerede lunge stamceller. For at bestemme den potentielle relevans af MMP10 i human cancer vi analyseret MMP10 udtryk i offentligt tilgængelige genekspressionsprofiler af humane kræftformer. Vores analyse viser, at MMP10 er stærkt overudtrykt i humane lunge tumorer. Gene sæt enhancement analyse (GSEA) viser, at forhøjede

MMP10

udtryk korrelerer med både kræft stamceller og tumor metastase genomiske signaturer i menneskelig lungekræft. Endelig er MMP10 forhøjet i mange menneskelige tumortyper tyder på en udbredt rolle for MMP10 i human malignitet. Vi konkluderer, at

MMP10

spiller en vigtig rolle i lungetumor initiering via opretholdelse af et højt tumorigen, cancer-igangsættende, stængel-lignende cellepopulation, og at MMP10-ekspression er associeret med stamceller-lignende, yderst metastatiske genotyper i humane lungecancere. Disse resultater indikerer, at MMP10 kan repræsentere en ny behandlingsmetode til at målrette lunge cancer stamceller

Henvisning:. Regala RP, Justilien V, Walsh MP, Weems C, Khoor A, Murray NR, et al. (2011) matrixmetalloproteinase-10 Fremmer

Kras-

Mediated Bronchio-Alveolær Stem Cell Ekspansion og lungekræft Formation. PLoS ONE 6 (10): e26439. doi: 10,1371 /journal.pone.0026439

Redaktør: Hana Algül, Technische Universität München, Tyskland

Modtaget: Juli 25, 2011; Accepteret: 27. september 2011; Udgivet: 17 oktober 2011

Copyright: © 2011 Regala et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af tilskud fra National Cancer Institute (R01 CA081436-13 og R21 CA151250-01), V Foundation for Cancer Research, og James og Esther kong Biomedical Research Program (1KG-05-33.971) til APF; en Ruth A. Kirschstein Postdoc Fellowship Award CA115160 fra NCI (RPR); og en NIH Research Supplement til fremme mangfoldighed i sundhedsrelateret forskning Award fra NCI (VJ). Alan P. Fields er Monica Flynn Jacoby Professor of Cancer Research, en begavelse, der giver delvis støtte for sin forskning program. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Ikke-småcellet lungecancer (NSCLC) er den mest almindelige årsag til cancer dødsfald i USA [1]. Trods fremskridt i behandling, kliniske resultat af patienter med lungecancer er stadig dårlig. Derfor er der fortsat et behov for at identificere underliggende mekanismer af lunge tumorigenese som kunne føre til mere effektive midler til forebyggelse, diagnose, prognose og målrettede behandlinger.

Emerging beviser understøtter eksistensen af ​​sjældne subpopulationer af kræftceller med stamceller-lignende egenskaber [2], [3], [4]. Disse kræft-initierende celler eller cancer stamceller (CSCS) udviser selvfornyelse, tumor-igangsætte aktivitet, og evnen til at understøtte tumor vedligeholdelse og metastase [2], [4], [5], [6]. Således CSCS synes at være kritiske mål for effektiv, potentielt helbredende behandling af kræft. Desværre, CSCS udviser iboende resistens mod kemoterapi [7], [8], hvilket understreger behovet for at identificere nye terapeutiske mål til effektivt udrydde CSCS. CSCS deler molekylære og genomiske træk med embryonale stamceller, og embryonale stamceller genomiske signaturer er beriget i stærkt tumorigene cancer stamceller. Sådanne CSCS er blevet beskrevet i leukæmi [9], og solide tumorer, herunder melanom [10], bryst [11], hjerne [12], [13], [14], prostata [15], hoved og hals [16] , pancreas [17], coloncarcinomer [18], [19] og lunge [20], [21].

Vi har for nylig vist, at MMP10 er påkrævet til den transformerede vækst og invasion af humane NSCLC-celler

In vitro

[22]. Imidlertid rolle MMP10 i lungen tumorigenese ikke er blevet behandlet,. Her bruger vi en kombination af mus carcinogenese modeller og analyse af humane tumorer at vise, at MMP10 spiller en roman, uventet rolle i

Kras

medieret lungekræft initiering, lungekræft stamceller ekspansion, og metastase. Vores data viser, at MMP10 er et attraktivt terapeutisk mål for CSCS.

Resultater

MMP10 tab hæmmer Kras-medieret lunge tumorigenese

For at afgøre, om

MMP10

er involveret i lunge tumordannelse blev mus behandlet med røgen kræftfremkaldende urethan at inducere lungeadenokarcinom tumorer anvendelse af veletablerede protokoller [23]. Immunohistokemisk analyse viste, at MMP10-ekspression er forhøjet i urethan-inducerede tumorer, især på områder med kontakt mellem tumoren og den omgivende stroma (figur 1A). Disse resultater er i overensstemmelse med tidligere observationer i humane NSCLC tumorer [22], [24], [25]. Det er interessant, da MMP10

–

/

–

mus blev udsat for urethan, disse mus udviklede signifikant færre (figur 1B), og mindre (figur 1C) tumorer, og udstillet et mindre samlet tumorbyrde (figur 1 D) end ikke-transgene (NTG) kuld. Analyse af tumorklassificering bruge systemet beskrevet af Kelly-Spratt et al. [26] vist, at urethan-inducerede tumorer fra NTG og MMP10

–

/

–

mus viste en lignende fordeling af tumorer langs hyperplasi-adenom-carcinom progression ordning (figur 1E). Disse data viser, at MMP10 spiller en vigtig fremmende rolle i urethan-induceret lunge tumorigenese primært på det tumor initiering fase

MMP10

-. /- IBooked.dk mus og NTG søskende blev injiceret med urethan og analyseret som beskrevet i

Materialer og metoder

. A) H p . 0,012 tumor nummer, p 0,019 tumor byrde; p = 0,034 tumorstørrelse). E) Urethane-inducerede tumorer fra NTG og MMP10

–

/

–

mus blev gradueret som hyperplasi, adenom eller adenocarcinom hjælp offentliggjorte kriterier [26]. Resultater er præsenteret som procent af de samlede tumorer af hver kvalitet. Statistisk analyse ved hjælp Mann-Whitney U test viste ingen statistisk signifikant forskel i tumor klasse mellem urethan-inducerede tumorer i NTG og MMP10

–

/

–

mus (p = 0,39).

Siden urethan-induceret lunge tumorigenese menes at blive drevet, i det mindste delvis, gennem opkøb af

Kras

mutationer, vi vurderet, om MMP10 spiller en lignende fremmende rolle i

Kras

medieret lunge tumorigenese. Til dette formål, krydsede vi MMP10

–

/

–

mus til

Kras

LA

mus, hvor spontane rekombination begivenheder medfører aktivering af en mutant

Kras

G12D

allel i lungen, der driver lunge tumor dannelse [27]. Lung tumorer i

Kras

LA

mus udtrykkelig forhøjet MMP10, der udviser et lignende mønster af udtryk som i urethan-induceret lunge tumorer (Figur 2A). Ligner vores observation i urethan-behandlede mus, bitransgenic

Kras

LA2-service /

MMP10

– /-

mus udviklede færre (figur 2B) og mindre (Figur 2C) tumorer , og udviser lavere samlet tumor byrde (figur 2D) end

Kras

LA2

mus. Analyse af tumorklassificering anvendelse af pointsystemet udtænkt af Jackson et al. [28] viste, at ~16% af tumorer i

Kras

LA

mus var høj kvalitet adenocaricnomas (grad 3), mens mindre end 1% af tumorerne i

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus grad 3 (Figur 2E). Disse data antyder, at MMP10 i denne model er vigtig i både tumor initiering og progression. Taget sammen vores data viser, at

MMP10

spiller en vigtig rolle i flere modeller af lunge tumor dannelse.

A) immunhistokemisk farvning af

Kras

LA2

lunge tumor for muse MMP10. Højere forstørrelse foto af MMP10 immunofarvning er vist i det indsatte. Kvantitativ analyse af B) tumor nummer, C) tumor størrelse og D) tumor byrde i

Kras

LA2

og

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus . Kolonner, betyder; barer, SEM, n = 13, (*) angiver p = 0,04. E) Tumorer fra

Kras

LA2

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus blev kategoriseret som avanceret adenomatøs hyperplasi (AAH), eller grad 1, 2 eller 3 adenomer anvendelse af den publicerede scoring kriterier beskrevet af Jackson et al. [28]. Resultater er præsenteret som procent af de samlede tumorer af hver kvalitet. Statistisk analyse ved hjælp Mann-Whitney U test viste en signifikant fald i højere lønklasse tumorer i

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus; * P. 0,002

MMP10 er nødvendig for Kras-medieret bronchio-alveolær stamcelle ekspansion in vivo

Det faktum, at

MMP10

deficiente mus udvikler færre

Kras

medierede lungetumorer tyder på, at

MMP10

er involveret i den initiativtagende trin

Kras

medieret lunge tumorigenese

in vivo

. Indledning af

Kras

medierede lungetumorer menes at involvere klonal udvidelse af

Kras

transformerede bronchio-alveolære stamceller (BASCs), formodede regionale stamceller, der findes på de terminale bronkioler støder op til det alveolære rum [29]. Derfor har vi vurderet, om

MMP10

-deficiency påvirker udvidelsen af ​​BASCs som reaktion på urethan og onkogene

Kras in vivo

. Vi identificere og kvantificere det BASCs i paraffinsnit af muselunger ved dobbelt immunfluorescensfarvning for overfladeaktivt protein C (SPC) og Clara celle-specifikt protein (CCSP) som tidligere beskrevet [29], [30]. BASCs observeres ved bronchioalveolar kanal kryds ved terminal bronkioler som dobbelt SPC /CCSP positive celler (figur 3A). Enten urethan behandling eller tilstedeværelsen af ​​onkogene

Kras

forårsagede en udvidelse af BASCs på de terminale bronkioler (figur 3A). Kvantitativ analyse af lunge vævssnit fra NTG og

MMP10

– /-

mus i fravær eller nærvær af urethan viste, at urethan-behandlede NTG-mus udviser en betydelig stigning i antallet af BASC pr terminal bronchiole ( BASCs /TB) sammenlignet med kontrol- NTG-mus (figur 3B). Urethane-behandlede

MMP10

– /-

mus viste en meget signifikant diminiution i BASC ekspansion, således at fordelingen og antallet af BASCs ikke var signifikant forskellig fra ubehandlede NTG mus (figur 3B). En lignende hæmning af onkogen BASC ekspansion blev observeret i

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus

in vivo

sammenlignet med

Kras

LA2

mus (figur 3C). Derfor, i to uafhængige modeller af

Kras

medieret lunge tumorigenese, bemærkede vi, at

MMP10

mangel fører til betydelige fald i lunge tumor antal, størrelse og byrder; og i hver model, den hæmmende effekt af

MMP10

mangel på tumorigenese blev afspejlet i en defekt i onkogene udvidelse af BASCs

in vivo

. Interessant, er MMP10 mangel ikke at have en effekt på BASC homeostase per se, da BASC antal og fordeling i MMP10

–

/

–

mus er ikke signifikant forskellig fra den for NTG-mus. Snarere synes MMP10 at være vigtig for onkogen udvidelse af BASCs som reaktion på urethan eller

Kras

aktivering.

A) Immunfluorescerende analyse af CCSP (grøn) og SPC (rød) dobbelt positive BASCs ( hvide pile) i terminal bronkioler (TB) af kontrol NTG og urethan-behandlede NTG og

MMP10

– /- iBooked.dk mus (

øverste paneler

), og fra NTG,

Kras

LA2

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus (

lavere paneler

). B) Kvantitativ analyse af BASCs i kontrol NTG, og urethan behandlet NTG og

MMP10

– /-

mus. % TB’er; barer +/- SEM, n = ≥30 TB’er /genotype. p 0,0005 urethan behandlet NTG vs.

MMP10

– /-

; p 0,0001 ubehandlet NTG vs. urethan-behandlede NTG; Ingen signifikant forskel mellem ubehandlet ikke-NTG vs. urethan behandlet

MMP10

– /-

mus. C) Kvantitativ analyse af BASCs i lunge TB’er af NTG,

Kras

LA2

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus. Kolonner, procentvise TBS; barer = /-SEM, n≥50 TB’er /genotype; p 0,001 NTG vs.

Kras

LA

mus; p 0,003

Kras

LA

mus vs.

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus; blev observeret nogen signifikant forskel i BASC nummer eller fordelingen mellem NTG og

Kras

LA2 /MMP10

– /-

(p = 0,76) eller MMP10

–

/

–

(p = 0,76) mus

MMP10 er nødvendig for Kras-medieret BASC transformation in vitro

i betragtning af betydningen af ​​BASCs i tumor. indledning, og den hæmmende effekt af

MMP10

tab på

Kras

medieret BASC ekspansion

in vivo

, vi vurderede rolle MMP10 i

Kras

medieret BASC ekspansion og transformation

in vitro.

Til dette formål udnyttede vi

LSL-Kras

mus, en model, hvor en betinget lox-stop-lox (LSL)

Kras

allel kan aktiveres af Cre-medieret rekombination [31]. BASCs blev isoleret fra NTG,

LSL-Kras,

LSL-Kras /MMP-10

– /-

mus og karakteriseret for berigelse af BASCs bruger dobbelt immunofluorescens og flowcytometri. Vores Basc præparater bestod af 86% SPC /CCSP dobbelt positive celler ved analyse ved flowcytometri bekræfter isoleringen af ​​en stærkt beriget BASC population (figur 4A). Behandling af BASCs fra

LSL-Kras

mus med adenovirus, der udtrykker Cre-rekombinase (AdCre) til at aktivere onkogene

Kras

allel ført til en betydelig stigning i MMP10 mRNA overflod, mens AdCre-behandlede BASCs fra

LSL-Kras /MMP10

– /-

mus udtrykte nogen påviselig MMP10 mRNA som forventet (figur 4B). Disse resultater bekræfter vores tidligere fund, at MMP10 udtryk induceres i BASCs efter udtryk for onkogen

Kras

[30]. AdCre behandlede BASCs fra NTG eller

MMP10

– /- iBooked.dk mus danner små, meget organiseret sfæriske kolonier når forgyldt med tredimensionelle Matrigel kultur af tilsvarende størrelse og antal (figur 4C). I modsætning hertil AdCre behandlede BASCs fra

LSL-Kras

mus vokse som større amorfe, uorganiserede karakteristiske kolonier af

Kras

medieret transformation (figur 4C, midterste panel [30]). AdCre behandlede BASCs fra

LSL-Kras /MMP10

– /-

mus danne kolonier lignende i størrelse, antal og morfologi til dem fra NTG og MMP10

–

/

–

mus (figur 4C). Kvantitativ analyse bekræftede, at BASC kolonier fra

LSL-Kras

mus er af større diameter end kolonier fra NTG, MMP10

–

/

–

eller

LSL-Kras /MMP10

– /-

BASCs (figur 4D). Således

MMP10

er nødvendig for onkogen

Kras

induceret morfologisk transformation og udvidelse af BASCs

in vitro

men har ingen mærkbar virkning på vedligeholdelsen af ​​ikke-transformerede BASCs i kultur

BASCs isoleret fra NTG,

MMP10

-. /-

,

LSL-Kras

, og

LSL-Kras /MMP10

– /- Salg mus blev behandlet med AdCre og udpladet i tredimensionale Matrigel kultur som beskrevet i

Eksperimentelle procedurer

. A) flowcytometri af isolerede BASCs for SPC og CCSP B) QPCR for MMP10 i BASCs fra NTG,

LSL-Kras,

og

LSL-Kras /MMP10

– /-

mus . Fold af NTG + /

– SEM

. n = 3, * p 0,000008. C) morfologi BASC kolonier fra NTG,

MMP10

– /-

,

LSL-Kras

, og

LSL-Kras /MMP10

– /-

mus. D) Analyse af BASC koloni størrelse. % NTG +/- SEM. n = 85 NTG, 56

MMP10

– /-

, 30 (

LSL-Kras

) og 80 (

LSL-Kras /MMP10

– /-

). * P 0.00001 NTG vs,

LSL-Kras;

** p 0,00001

LSL-Kras

vs.

LSL-Kras /MMP10

– /-

.

MMP10-ekspression er associeret med stamcelle signaturer og metastase i human lungecancer

Vi har tidligere påvist, at MMP10 overudtrykkes i humant NSCLC og er vigtig for transformerede vækst og invasion af humant NSCLC celler

in vitro

[22]. I betragtning af den uventede rolle MMP10 i udvidelse af

Kras

transformerede mus lunge BASC og tumorfremkaldende aktivitet, vi beregningsmæssigt udforsket forholdet mellem MMP10 udtryk, kræft stamceller celle udtryk profiler og metastase i humane lungekræft. Til dette formål har vi delt et offentligt tilgængeligt datasæt bestående af hele genomet ekspression af humane lunge-adenocarcinomer (GSE11969) i to lige store grupper af 30 prøver bestående af tumorerne med den højeste (Høj) og laveste (Low) MMP10 RNA ekspression hhv. Statistisk analyse bekræftede disse to grupper af prøver ekspression af signifikant forskellige niveauer af MMP10 mRNA (figur 5A). Vi udførte derefter gen sæt berigelse analyse (GSEA) mod gen-sæt til rådighed som en del af Molecular signaturer Database (msig) Version 3.0, som beskrevet i

Materialer og metoder

at måle nogen association mellem MMP10 og kræft stamceller genekspression profiler. Gene sæt blev identificeret ved at søge på msig database for gen-signaturer indeholder udtrykkene “cancer” og “stammer” i deres beskrivelser. GSEA afslørede, at 37 af de 50 (74%) kræft stamceller underskrifter blev beriget i de høje MMP10 prøverne, og at 14 underskrifter blev væsentligt beriget med en p-værdi 0,05 og FDR 25% (Tabel 1). Interessant nok blev kun 1/50 stamceller signatur beriget med lave MMP10 prøver. Denne signatur beskrevet gener, der er nedreguleres i gliom stamceller, [32], yderligere støtte til sammenslutningen af ​​høj MMP10 med kræft stamceller genotype. En separat GSEA ved hjælp af en uafhængig lungeadenokarcinom genekspression datasæt (GSE13213) valideret vores indledende analyse. 44/50 stamceller signaturer blev beriget i høje MMP10 tumorprøver og ingen blev beriget i den lave MMP10 tumorprøver fra dette andet datasæt. 10 stamceller celle gen sæt blev væsentligt beriget med en p-værdi 0,05 (tabel 2), hvoraf syv blev også signifikant beriget i den første lunge adenocarcinom gen sæt. Disse data giver overbevisende dokumentation for, at høj MMP10-ekspression i humane NSCLC-tumorer er associeret med en cancer stilk-lignende genekspressionsprofil.

A), Gene udtryk data fra primære humane lungeceller adenocarcinomer blev inddelt i to grupper på 30 prøver bestående af laveste (lav) og højeste (høj) MMP10 udtrykke lunge tumorer. n = 30; * P = 2,8 × 10

-33. B) MMP10 i normal lunge versus lunge tumorer med (

Met.

) Og uden (

Ingen Met.

) Knoglemetastaser. n = 3, normaler, n = 9, No Mets, n = 7, Met .; NS = ikke signifikant, * p = 0,008; ** P = 0,04. C) MMP10 mRNA-ekspression i humane tumorer. Data udtrykkes som fold-ændring fra matchet normal. Vejviser

Vi udførte også en uvildig analyse ved hjælp hver gen sat i msig databasen. I denne analyse, de øverste stamcelle underskrifter forblev signifikant beriget (

data ikke vist

). Tabel 3 viser de højsignifikante gen signaturer forbundet med høj MMP10. Betydeligt, 3 af top 5 gen sæt identificeret indeholder MMP10 som en del af signaturen. Den øverste scoring gen sæt beskriver en signatur består af gener over-udtrykt i tidlige fase hoved og hals tumorer tyder på en involvering i tidlig tumorigenese [33]. Blandt de gen-sæt, der i væsentlig grad korrelerer med høj MMP10 udtryk, mange relateret til tumor progression, dårlig klinisk resultat og metastatisk potentiale. For specifikt undersøge sammenhængen mellem MMP10 og lunge tumor metastase, vi analyserede en tredje genekspression datasæt fra tidlig stadie humane lunge adenocarcinom prøver, der havde produceret en metastase i knoglevæv sammenlignet med prøver, der havde ikke [34]. Analyse viste, at MMP10 ekspression blev signifikant forhøjet i de primære tumorer, der producerede metastaser i sammenligning med normale lungevæv, men ikke i dem, der ikke gjorde det, hvilket indikerer en associering mellem MMP10-ekspression og metastatisk potentiale (figur 5B). Interessant, GSEA af metastatisk lungekræft gen sæt viste en stærkt signifikant korrelation med 10 stamcelle signaturer (p-værdi 0,05 og FDR 25%), hvoraf fire var også blandt de mest betydningsfulde gen sæt identificeret ved hjælp GSEA af de høje MMP10 lunge adenocarcinomer (tabel 4). Disse sidstnævnte resultater afslører en sammenhæng mellem metastatisk potentiale og dæmme-lignende karakteristika i primære humane lunge adenokarcinomer.

I betragtning af betydningen af ​​forhøjet MMP10 udtryk i menneskelig lungekræft biologi, vi næste vurdering af, om MMP10 ekspression blev også forhøjet i andre former for human cancer. Genekspressionsprofilering afslørede, at MMP10 almindeligvis overudtrykkes i mange former for human cancer, herunder lunge, hoved og hals, esophageal, blære, hud, colorektal, bryst-, livmoderhals-, nasopharyngeal, tunge og pancreascancer (figur 5C og tabel 5), hvilket tyder en udbredt rolle for MMP10 i human malignitet.

Discussion

Forøgelse tyder på, at mange cancertyper, herunder lungekræft, besidder en lille subpopulation af celler, der udviser kendetegnende træk af stamceller. Disse “cancer stamceller” menes at være ansvarlig for igangsætning, vedligeholdelse, progression og metastatisk spredning af tumorer. De fleste nuværende modaliteter for lungekræft behandling i sidste ende mislykkes, måske på grund af iboende modstand CSCS til terapi, hvilket resulterer i sygdom tilbagefald og nedsat patient overlevelse. Derfor kan molekylær karakterisering af de mekanismer, der styrer overlevelse og vækst af CSCS holde en afgørende nøgle til at udvikle mere effektive terapeutiske strategier, der vil forbedre det kliniske resultat af patienter med lungekræft.

De matrixmetalloproteinaser (MMP) har længe været impliceret i tumorudvikling og metastase. Vi har for nylig vist, at MMP10 er overudtrykt i NSCLC og er en kritisk mål for onkogen

Kras

kræves for forvandlet vækst og invasion af humane NSCLC celler

in vitro

[22]. Vores nuværende undersøgelse giver overbevisende dokumentation for, at MMP10 udøver sine pro-tumorgene virkninger, i det mindste delvist, ved at opretholde en population af CSCS der driver tumorinitiering og metastase. Ikke alene er MMP10 forhøjet i tumorer udviklet i to forskellige musemodeller for

Kras

induceret lunge adenocarcinom, genetisk knockout af

MMP10

fører til dannelse af signifikant færre tumorer, hvilket tyder på en effekt af MMP10 på tumor initiering. I overensstemmelse med denne konklusion, er MMP10 overflod stærkt forhøjet i BASCs transformeret med onkogen

Kras

[30], og genetisk tab af

MMP10

fører til en fiasko for BASCs udtrykke onkogen

Kras

for at udvide

in vivo,

og undergår morfologisk transformation

in vitro

. Selv om det er stadig uklart, om BASCs repræsenterer regionale lunge stamceller, indikerer stærke indicier for, at de er involveret i tumor initiering i musen lunge. BASCs undergår ekspansion og transformation som svar på

Kras

aktivering [29], og genetisk og /eller farmakologisk forstyrrelse af flere vigtige onkogene pathway gener involveret i

Kras

medieret tumorigenese, herunder

Prkci

[30],

Pik3ca

[35], og

Bmi1

[36], føre til hæmning af BASC ekspansion og

Kras

medieret tumordannelse

in vivo

. På den anden side, de seneste undersøgelser har vist, at både Sca1

+ (herunder BASCs) og Sca1

– celler udviser tumor-igangsætte aktivitet i

Kras

mus, hvilket viser, at BASCs er ikke den eneste kilde af tumor-initierende celler i denne model [37]. Disse fund indikerer, at tumor genotype er en vigtig determinant for tumor-initierende celler. Hos mennesker, lunge adenocarcinomer, som ofte huser

Kras

mutationer, udvikler ofte på bronchio-alveolære kanal krydset og vise enten luftveje eller alveolær differentiering, eller begge [38], hvilket tyder på, at nogle af disse tumorer kan have sin oprindelse fra BASC-lignende celler.

Vores data giver belæg for, at den rolle,

MMP10

i lunge CSCS er celle autonom. Både

Kras

LA2

og urethan tumor modeller viser MMP10 farvning i tumorceller, med lidt at ingen farvning i tumorassocierede-stroma eller morfologisk normale lunge epitel. Endnu vigtigere er de tumor hæmmende virkninger af den genetiske tab af MMP10 afspejles i en defekt i onkogen udvidelse af BASCs

in vivo

in vitro

. Medens mange MMP’er produceret af tumormikromiljøet spille fremtrædende roller i invasive og metastatiske egenskaber af lunge tumorceller, vores data, at MMP10 specifikt tjener til at understøtte autonom vækst af CSCS. Men vores data ikke udelukke en medvirkende rolle for MMP10 produceret af og /eller udøver sine virkninger på tumor mikromiljø. Men vores undersøgelser gør giver ny indsigt i en stort set unappreciated rolle for MMP10 i reguleringen af ​​CSC adfærd. Interessant MMP’er er blevet impliceret i reguleringen af ​​tumorcellevækst gennem spaltning og aktivering af celleoverflade proteiner involveret i reguleringen af ​​cellevækst, såsom Notch [39], [40] og gennem proteolytisk frigivelse af aktive vækstfaktorer, såsom TGF, IGF og TNF fra latente ekstracellulære butikker [41]. Fremtidige undersøgelser vil fokusere på fastlæggelse af de specifikke molekylære mekanismer, der bidrager til MMP10-medieret CSC spredning.

Kræft stamceller (CSCS) er defineret ved deres evne til klonalt ekspandere, initiere tumorer, vedligeholde tumor progression og deltage i tumor metastase. Fænotypen af ​​disse celler er forbundet med en genotype beslægtet med embryonale stamceller. Vores konklusion om, at MMP10 udtryk er forbundet med CSC genotyper i humane lunge tumorer giver overbevisende indicier, at MMP10 spiller en kritisk rolle i opretholdelsen af ​​CSCS inden humane lunge tumorer. I denne forbindelse er det interessant at bemærke, at der er blevet observeret MMP10 udtryk være forhøjet i tumor-initierende stamceller-lignende celler isoleret fra humane småcellet lungecancer cellelinier [42], hvilket tyder på, at MMP10 også kan fungere i opretholdelsen af ​​disse CSCS.

Den førende årsag til kræft-relaterede dødsfald i lungekræftpatienter er metastatisk spredning. CSCS menes at være cellerne i en tumor, der har evnen til metastaserende til fjerne steder. Vores konklusion om, at MMP10 er stærkt udtrykt i lungekræft-initierende BASCs, og er forbundet med CSC genotypen i humane lunge tumorer tyder på, at MMP10 kan fremme både CSC vedligeholdelse og metastatisk potentiale gennem dens rolle i CSC spredning og metastatisk adfærd. Vores konklusion om, at MMP10 er forhøjet i humane CSCS og at MMP10 er stærkt udtryk i krydsfeltet mellem muse lunge tumorer og det omgivende væv, hvilket tyder på en rolle for MMP10 i tumor invasion, og er i overensstemmelse med vores tidligere finansiering som MMP10 er nødvendig for invasion af humane NSCLC celler

in vitro

[22]. Disse områder med øget MMP10 farvning kan repræsentere hjemmehørende CSCS. Den omstændighed, at MMP10 er mere stærkt udtrykt i tumorer med høj metastatisk potentiale, og i de metastatiske læsioner af disse tumorer er konsistent med den foreslåede rolle CSC i metastatisk spredning. Vi kan imidlertid ikke formelt udelukke en yderligere rolle for MMP10 i løs tumorceller, der bidrager til den metastatiske potentiale af tumorer. Vores ekspressionsprofil data for humane tumorer demonstrerer en tæt funktionel forbindelse mellem CSC, MMP10-ekspression og metastatisk potentiale, hvilket antyder, at MMP10 spiller en lignende rolle i human lunge adenocarcinom CSC invasion og metastase. Vores resultater viser også, at MMP10 i høj grad udtrykkes i mange humane tumortyper, og er forbundet med dårligt resultat, metastatisk potentiale og cancer stamceller signaturer. Disse resultater tyder på en udbredt rolle for MMP10 i human malignitet og identificere MMP10 som en ny terapeutisk mål i cancer stamceller.

Materialer og metoder

Mus Urethane- og Kras

LA2-medieret Lung tumorgenese Studies

Nullizygous

MMP10 Hotel (

MMP10

– /-

) mus blev opnået fra National Cancer Institute Mutant Mouse Regional Resource center (MMRRC). Musene blev genereret på en blandet 129 /C57BL /6J baggrund, og huser en målrettet afbrydelse af exoner 1-3 af musen

MMP10

gen. Musene blev avlet på en ren C57BL /6J baggrund gennem 10 generationer. Genotypebestemmelse blev udført ved PCR ved anvendelse af primere anbefalet af MMRRC.

MMP10

– /- Restaurant mus og ikke-transgene individer fra samme kuld blev injiceret intraperitonealt med urethan ved 1 mg /kg legemsvægt ugentligt i seks uger for at inducere lungetumorer. Kontrolmus blev injiceret med saltvand. Mus blev analyseret tolv uger efter den første injektion for tilstedeværelsen af ​​lungelæsioner.

Kras

LA2

mus, der genereres som beskrevet tidligere [27], blev parret med

MMP10

– /- iBooked.dk mus til at generere bitransgenic

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus.

Kras

LA2

Kras

LA2 /MMP10

– /-

mus blev høstet ved de angivne tidspunkter at vurderes tumor nummer, tumorstørrelse, tumor byrde og patologisk klassificering af et bord-certificeret patolog (AK).

MMP10

– /-

og ikke-transgene mus tjente som negative kontroller.