生物学的サンプルからの癌幹細胞の検出と精製のためのDNA色素誘発側母集団表現型の活用
Summary
生物学的試料からの幹細胞集団の特徴付けおよび単離を可能にする方法は、癌およびそれを超える幹細胞標的化治療の進歩にとって重要である。ここでは、色素誘発性の側方集団表現型を用いた癌幹細胞単離のための詳細なプロトコールを提供する。
Abstract
がんは幹細胞に起因する疾患であり、これらの細胞の根絶が主要な治療目標となっている。 Cancer Stem Cells（CSCs）の脆弱性を解読し、適切な分子標的を特定することは、細胞系やex vivo腫瘍組織などの異種試料での特異的差別を可能にする方法に依存しています。フローサイトメトリー/ FACSは、単一細胞レベルで生物学的サンプルをマルチパラメトリックに解剖するための強力な技術であり、下流の分析のために生きた細胞を回収するための選択方法である。 CD44およびCD133のような表面マーカーならびにアルデヒドデヒドロゲナーゼ酵素活性の検出は、FACSによる腫瘍サンプルからのCSCを定義および分類するためにしばしば用いられてきた。ここで方法論的詳細に示されている相補的アプローチは、一般に側方集団（SP）と呼ばれる蛍光dim細胞の明確な集団を同定するABC薬物トランスポーターによる機能的色素押出を利用する。 SPがん細胞は、標準的な幹細胞の特徴を示し、色素押し出し薬物輸送体（最も頻繁にはABCB1 / P-糖タンパク質/ MDR1 / CD243およびABCG2 / Bcrp1 / CD338）を阻害する物質を使用して廃止され、機能的に確認され得る。さらに、SPアッセイは、表面抗原の染色、アルデヒドデヒドロゲナーゼ検出、および死細胞識別（ 例えば 、7-AADまたはヨウ化プロピジウム（PI））などの他のフローサイトメトリー評価と適合する。したがって、我々は、表現型パラメータではなく機能的に基づいて、CSC同定、単離およびサブキャラクタリゼーションを機械的に行うための価値ある、広く適用可能な方法を記載する。もともとHoechst 33342をトリガー色素として使用していましたが、ここではバイオレットレーザー光源を備えたフローサイトメーターで分解可能な、より新しいViolet色素に基づくSP表現型に焦点を当てます。
Introduction
原発性癌治療の有効性は、この疾患の遺伝的および分子的理解の魅力的進歩、治療用抗体および小分子阻害剤などの標的薬物の出現のために、過去10年間で実質的に改善されている。対照的に、転移性および再発性の疾患は依然として典型的に治癒不可能であり、罹患率および死亡率はこれらの臨床的状況において依然として高いままである。 CSCは、腫瘍内の別個の亜集団を表し、クローン原性/腫瘍原性、多剤耐性および非対称細胞分裂1,2などの標準的な幹細胞特性を付与される。したがって、CSCは、転移性の進行および腫瘍の異種性を促進するだけでなく、患者の再発の素因となる治療中も持続する。したがって、治療的CSC除去は、疾患の再発を予防し、がんの長期治癒を可能にする重要な医学的必要性である3 </sup>。
脆弱性の特定およびCSCを根絶する戦略の解明は、その後の発現プロファイリングおよび/または機能検査のための生物学的サンプルからの精製を可能にする方法に大きく依存する。次に、そのような方法は、これらの細胞に特異的な表面、細胞内または機能的マーカーに依存する。 CSC特異的表面マーカーには、CD44、CD133、CD24およびCD90が含まれるが、これらに限定されず、乳癌および大腸癌を含む様々な腫瘍実体におけるCSC集団を同定するために使用されてきた4 。別のマーカーであるアルデヒドデヒドロゲナーゼ（ALDH）は、細胞内局在を示し、機能的に検出することができ、その酵素的変換により光を生じるそれぞれの基質を提供することができる。この試験を用いて、CSC集団は多様な腫瘍実体においても同定されている5 。一般にSP分析と呼ばれ、ここではm ABC薬物輸送体による活性色素流出を利用して、蛍光dim型幹様細胞の小さな集団を同定する6,7,8。これを達成するために、所与の試料を、受動拡散によってすべての細胞に入り、結合のために核およびミトコンドリアDNAを標的とする親油性DNA結合フルオロフォアの存在下でインキュベートする。 ABC薬物輸送体発現を欠いている非CSCsは染料を蓄積し、明るい蛍光をもたらし、CSCsは蛍光を減少させる染料を能動的に押し出す。薬物輸送体活性の薬理学的阻害は、SP表現型を排除し機能的に確認し、制御目的に使用すべきである。 SP特性を示すCSC集団が、とりわけ、卵巣癌9,10 、前立腺癌11 、> 12、乳癌13 、肺癌14 、子宮内膜癌15 、神経膠腫16,17および骨肉腫18 。重要なことには、特定の腫瘍細胞識別戦略（ある種の宿主細胞集団もSP特性を示すことができる）のような追加の課題があるにもかかわらず、SPアッセイは癌細胞株および原発腫瘍組織の両方に適合する19,20 。
2つの最も確立されたSPを与える薬物輸送体は、ABCB1 / P-糖タンパク質/ MDR1 / CD243およびABCG2 / Bcrp1 / CD338である。しかし、他の薬物トランスポーターもSP表現型の分子決定因子（ 例えば 、ABCB5）であり得る22 。 ABCB1ABCG2の活性は、fumitremorgin C（FTC）6,19を用いて特異的に排除することができるが、ベラパミルで効率的にブロックすることができる。 SP分析の特別な強さは、他の染色（ 例えば 、表面マーカーおよびALDH）と組み合わせることができ、生細胞の回収を可能にし、下流の機能検査と互換性があることである。さらに、SPC検出は、CSC集団の中でABC薬物輸送体の高い保存率のために広く適用可能である（9,23）。
もともと、SP検出は、Hoechst 33342をトリガー色素24として用いて行われている。この染料は優れた解像度を達成するが、紫外線レーザー励起を必要とする。したがって、その適用性は当然、ハイエンドフローサイトメトリー機器に限定される。 DyeCycle Violet（DCV） 25の登場により、新しいAvenuこの方法を紫外線レーザー源を欠く標準的なフローサイトメトリー機器（DCV-SP細胞を分解するのに紫色レーザー源で十分）に応用することができました。重要なことに、Hoechst 33342およびDCVは共通のポンプ特異性を共有しており、どちらの色素も同じ細胞集団を同定する必要があることを示しています。
ここでは、DCVベースのSP分析の詳細な実験プロトコルを提供し、独立したラボで素早く簡単に再生することができます。我々は、この有用な細胞生物学的方法の最適化と標準化に貢献すべきであるCSC研究者のための資料としてこの論文を認識する。
Protocol
Representative Results
Discussion
癌の臨床管理の進歩は、CSCを標的とする治療様式の開発にも依存する。生物学的サンプルからのCSCの確実な単離を可能にする方法は、適切な標的の同定を促進し、したがって、この努力において非常に重要である。 SP分析は、ABCの薬物トランスポーターを発現するCSC集団を同定するための確立された、そして貴重な技術であり、DCVの実施は、標準的なフローサイトメトリー機器へのその適用?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Maximilian Boeschはオーストリア科学基金FWFのErwinSchrödingerFellowship（助成金番号J-3807）の支援を受けています。
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 |
References
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