以色列魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系
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以色列魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系
以色列魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系
DOI: 10.15761 / ICST.1000278
越来越多的证据将肿瘤的发生归因于癌症干细胞(CSCs)的出现。预测CSCs起源的两个主要理论要么是成体干细胞的转化，要么是成熟细胞的去分化，伴随着上皮向间质转化(EMT)程序[1]的诱导。然而，两者都与遗传和表观遗传畸变的积累有关，这是细胞可塑性[2]的基础。由于肿瘤抑制因子p53的数据链突变与CSCs的形成和癌症相关的EMT都有关联，因此很容易假设突变的p53可能通过诱导EMT和细胞可塑性促进CSCs的形成。在这里，我们将通过分析最近的出版物来评估后一种假设，并通过我们与前列腺癌相关的新数据来支持它。
一个最近被接受的解释癌症发展和复发的概念是分级模型，它预测肿瘤中的一小部分细胞具有自我更新和在各种细胞类型中分化的能力，从而维持持续异质性肿瘤[3]。EMT最初被描述为胚胎发生的关键过程，被证明在各种肿瘤细胞中被EMT-转录因子激活，主要是SLUG/SNAIL、TWIST和ZEB家族。这一激活可能导致细胞迁移和转移。然而，最近的研究将EMT归因于茎干能力的增强;因此，EMT被认为是介导CSC表型的关键过程[1,4]。这主要是由于EMT过程介导的细胞变化，已知该过程可诱导癌细胞可塑性[5]。事实上，EMT被发现与CSCs显著相关。例如，在一个患皮肤癌的小鼠模型中，肿瘤细胞接受EMT (Epcam)治疗−细胞中肿瘤增殖细胞的频率高于上皮细胞(Epcam+细胞)，意味着较高的干性能力[6]。此外，有研究表明，乳腺肿瘤衍生细胞系中EMT的诱导与较高的生成含有频繁CSCs标记的mamospheres的能力相关，因此支持这两者相互关联的观点[7-10]。一些实验表明EMT转录因子的表达与CSCs相关。例如，有人认为Snail通过维持较高的Wnt活性，负责结直肠CSCs从不对称分裂向对称分裂的过渡，从而繁殖CSCs池[11]。TWIST1在食管鳞状细胞癌中异位表达，导致主要自我更新调节因子[12]OCT4显著上调。白血病[13]和卵巢癌[14]的其他癌症模型与CSCs标记CD44的Snail和Twist表达相关。最后，在K-Ras和p53突变的胰腺癌小鼠模型(KPC模型)中，Zeb1被发现对EMT、致瘤能力以及干细胞表型[15]至关重要。总之，这些证据强烈地将CSCs与EMT联系起来，并进一步表明EMT诱导可能导致癌症干细胞。
在一个循序渐进的前列腺转化模型中，我们已经证明突变型p53促进EMT相关基因的表达，包括Twist1诱导和E-cadherin抑制。这伴随着更高的入侵能力和形态紊乱的球状体[16]。虽然Wang Z等人表明沉默野生型p53会导致肝细胞癌(HCC)细胞[17]的EMT、迁移和转移，但我们进一步认为突变型p53的功能活性增加，这比p53单独失活[16]更能增强这种表型。突变型p53对人结肠癌细胞株HCT116中E-cadherin表达的抑制作用也得到证实。然而，在该模型中，p53温度敏感突变体p53- a143并没有表现出增强的侵袭[18]。观察到的表型差异可能源于p53突变类型或测试的细胞类型。在食道细胞模型中，突变的p53R175H与表皮生长因子受体(EGFR)合作，在EMT诱导剂TGFβ治疗后增强EMT表型。这可以通过低水平的E-cadherin和高水平的N-cadherin、Zeb1/2和Snail来证明，并且与egfr诱导的衰老失活有关，这表明突变体p53和EMT在肿瘤发生过程中衰老检查点中发挥了额外的作用。最近，表达WAP-T转基因小鼠的突变型p53显示出较高的EMT基因标记表达，该标记与较高的致瘤分级、增强的血管化和转移潜力[20]相关。几项旨在了解突变p53依赖EMT诱导的分子机制的研究表明，突变p53通过调节关键EMT转录因子的表达增强了EMT的功能活性。例如，我们之前的研究将Twist1水平的诱导归因于突变体p53对表观遗传机制的失调。突变型p53对bmp -1蛋白的抑制导致Twist1启动子上H3K27me3的减少，并激活Twist1表达[16]。此外，在结直肠癌细胞系中，EMT转录因子- Snail和Slug的诱导表达是由于DNA损伤[21]时，突变p53依赖性的EFNB2转录上调。其他研究表明，在子宫内膜癌中，突变体p53抑制了miR-130b (ZEB1的负调控因子)的表达，并通过其介导ZEB1的升高，导致EMT表型[22]。
最近有研究称，组织中高分裂干细胞的频率增加会增加突变的发生率，因此更容易发生肿瘤[23,24]。p53作为基因组的重要守护者，有望在保证干细胞基因组[25]的质量和稳定性方面发挥重要作用。因此，p53突变可能反过来导致畸形干细胞(CSCs)的形成也就不足为奇了。事实上，突变的p53敲入小鼠模型已经表明，骨髓来源的造血和间充质干细胞(MSCs)群体表现出更多的CSCs，这些CSCs能够诱导肿瘤在活的有机体内(26、27)。我们之前观察到突变体p53促进了在体外小鼠胚胎成纤维细胞(mef)的重编程，以产生诱导多能干细胞(iPSC)。这一促进过程导致恶性iPSC的产生，在这方面可以被视为CSCs[28]。这些数据强调突变型p53在介导有害的去分化和加速癌症干细胞恶性肿瘤中的作用。因此，最近的证据表明，在各种类型的癌症中，突变型p53的表达与CSCs的特征相关。例如，p53蛋白源于破坏p53 DNA结合域的缺失突变，被发现积累在脑室下区多能干细胞和转运扩增祖细胞中，这被认为是胶质瘤的细胞起源，导致了胶质瘤[29]的发展。在其他癌症模型中，突变的p53与增强的CSCs特征相关。例如，突变型p53R248W / P72R促进CSCs的特性，如形成更大的肌球和增强干细胞基因(如CD133, ABCG2, Nanog)[30]的表达。因此，在神经胶质和乳腺-突变型p53表达与干细胞标记CD133和CD44[31]的形成和诱导增强相关。此外，我们等人还发现，表达突变型p53的结直肠癌细胞与表达CSCs标记的更大亚群细胞和耐药相关[32,33]。有趣的是，最近，我们观察到表达mscs衍生的高侵袭性肿瘤细胞的突变p53表达了一种胚胎基因特征，这可能证明这种CSCs经历了[27]的重新编程。总之，这些数据进一步支持突变型p53在促进CSCs致癌特性方面的作用。
为了更好地理解突变型p53在促进癌症发展中的功能活性增加，我们最近提出突变型p53与结直肠癌[33]中CSCs标记的高表达有关。此外，在一个前列腺转化模型中，上皮前列腺细胞被永生化(EP156T)，并引入突变型p53R175H或通过显性阴性p53肽GSE56灭活p53，研究p53在前列腺癌发生中的作用。结果表明突变体p53以功能增益的方式诱导EMT[16]。由于EMT程序的诱导被认为与CSCs相关，我们假设突变型p53通过EMT增强了致癌性CSCs的特征。CD44的表达分析高/ CD24低EP156T前列腺中的CSCs标记[34]表明突变体p53中R175H表达CD44的细胞高/ CD24低亚群比野生型p53和GSE56表达细胞要大。这一观察结果在另外的前列腺癌细胞系系统DU145中得到了进一步证实，DU145内源性表达突变型p53P223L, V274F[16]证实了表达突变型p53的前列腺癌细胞系含有更大的CD44的结论高/ CD24低这些观察结果表明突变型p53的功能增强与致瘤性CSCs亚群的增加有关。根据我们的观察，表达突变型p53的EP156T和DU145细胞与较高的EMT特征[16]相关，我们发现当EMT转录因子Twist和SLUG富集CSCs亚群时，E-Cadherin表达降低(图2)，因此推断获得CSCs特征的细胞亚群极有可能受EMT支配。
图1:突变型p53表达细胞含有更大的CD44高/ CD24低子总体中．EP156T (A)和DU145 (B)细胞的建立和维持如前所述[16]。简单地说，上皮性前列腺细胞被永生化(EP156T)，并与突变型p53中的任意一种导入R175H或通过显性阴性p53肽GSE56或控制载体灭活p53。内源性表达突变型p53的DU145细胞系P223L, V274F，与抗p53 shRNA稳定导入，敲除突变型p53P223L, V274F表达式。用抗CD44- apc偶联抗体(eBioscience)和抗cd24 - pe偶联抗体(BD Biosience)对建立的细胞进行免疫染色，然后评估CD44的大小高/ CD24低用FACS分析亚种群。按照前面[29]描述的方法执行FACS程序。表示三个实验平均值的图表。
图2:CD44高/ CD24低突变体p53的EMT特征与亚群体相关P223L, V274F表达DU145的细胞。采用抗CD44和抗cd24抗体对DU145细胞进行免疫染色(如图1所示)高/ CD24低用FACS从整个DU145细胞群中筛选出亚群体。(A)为了保证分选效率，检测CD44中CD44和CD24 mRNA的表达量高/ CD24低(CSCs)亚人群，与CD44相比低/ CD24高(非cscs)亚群体，定量实时PCR (qRT-PCR)。(B)用qRT-PCR检测CSCs亚群中EMT转录因子Twist和SLUG的mRNA水平，以及上皮标记物E-Cadherin的表达，并以非CSCs亚群作为对照。按照前面描述的[29]进行FACS分选和qRT-PCR。表示三个实验平均值的图表。
由于这些观察结果依赖于突变型p53，因此很容易推测突变型p53通过EMT程序的诱导介导癌细胞的CSCs特征。最近发表的一篇论文支持了这一假设，该论文认为突变型p53通过激活YAP/TAZ信号[31]促进了恶性胶质瘤和乳腺癌细胞的CSCs特征，而YAP/TAZ信号[31]已经被认为是EMT过程[35]的调控因子。一旦建立，EMT和CSCs之间以突变型p53依赖的方式形成的重要枢纽，可能被视为理解CSCs增强致癌性背后的分子事件的一个里程碑。
瓦尔达罗特实验室的研究得到了空乘医学研究所(FAMRI)和以色列科学基金会ISF-MOKED卓越中心的资助。V.R.是魏茨曼研究所诺曼和海伦·阿舍癌症研究教授的现任主席。
Hiroshi宫本茂
罗切斯特大学医学中心
评论
收稿日期:2018年6月03日
录用日期:2018年6月20日
发布日期:2018年6月23日
©2018 Solomon H.这是一篇基于创作共用署名许可条款发布的开放获取文章，该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。
Solomon H, Kogan I, Rotter V(2018)突变型p53在上皮-间充质转化和癌症干细胞之间的铰链。综合癌症科学治疗5:DOI: 10.15761/ICST.1000278。
魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系，以色列雷霍沃特赫兹尔街234号，76100。
图1:突变型p53表达细胞含有更大的CD44高/ CD24低子总体中．EP156T (A)和DU145 (B)细胞的建立和维持如前所述[16]。简单地说，上皮性前列腺细胞被永生化(EP156T)，并与突变型p53中的任意一种导入R175H或通过显性阴性p53肽GSE56或控制载体灭活p53。内源性表达突变型p53的DU145细胞系P223L, V274F，与抗p53 shRNA稳定导入，敲除突变型p53P223L, V274F表达式。用抗CD44- apc偶联抗体(eBioscience)和抗cd24 - pe偶联抗体(BD Biosience)对建立的细胞进行免疫染色，然后评估CD44的大小高/ CD24低用FACS分析亚种群。按照前面[29]描述的方法执行FACS程序。表示三个实验平均值的图表。
图2:CD44高/ CD24低突变体p53的EMT特征与亚群体相关P223L, V274F表达DU145的细胞。采用抗CD44和抗cd24抗体对DU145细胞进行免疫染色(如图1所示)高/ CD24低用FACS从整个DU145细胞群中筛选出亚群体。(A)为了保证分选效率，检测CD44中CD44和CD24 mRNA的表达量高/ CD24低(CSCs)亚人群，与CD44相比低/ CD24高(非cscs)亚群体，定量实时PCR (qRT-PCR)。(B)用qRT-PCR检测CSCs亚群中EMT转录因子Twist和SLUG的mRNA水平，以及上皮标记物E-Cadherin的表达，并以非CSCs亚群作为对照。按照前面描述的[29]进行FACS分选和qRT-PCR。表示三个实验平均值的图表。
