發(fā)布時間 :2022-13-01
腫瘤藥物和腫瘤耐藥性一直存在 “矛”和“盾”的關系。2022年9月,圣裘德兒童研究醫(yī)院DR. Green研究團隊在國際最權威的學術期刊之一Cell上發(fā)表了《Sublethal cytochrome c release generates drug-tolerant persister cells》一文,揭示了亞致死性細胞色素c釋放產生藥物耐受持久性細胞的機制。藥物耐受持久性細胞會在腫瘤常規(guī)治療以及靶向治療中逃避細胞凋亡,是有效癌癥治療的主要非遺傳障礙。
示意圖:細胞色素c誘導血紅素調節(jié)抑制劑(HRI)激酶的激活以及整合應激反應(ISR)的參與,促進ATF4的合成,使腫瘤細胞“逃出生天”,引發(fā)后續(xù)的不良預后。
持久性細胞系的制備
持久性細胞在功能上定義為細胞死亡誘導處理后仍然存活的細胞。研究人員發(fā)現使用針對bcl-2、bcl-xl、bcl-w的抑制劑處理后存活下來的細胞會表現出持久性表型,包括體內定植、轉移以及對GPX4抑制鐵死亡的敏感性增加。
首先,研究人員通過Incucyte® 實時活細胞分析系統(tǒng)確認了細胞給藥的最大靶向劑量,然后構建了持久性細胞模型,發(fā)現持久性細胞可以使小鼠具有更高的腫瘤負荷,轉移率檢測發(fā)現持久性細胞具有更高的轉移能力。
Incucyte® 定量分析加入1.5 mM ABT737和3 mM S63845 (S6) 抑制劑處理后,PC9 WT(野生型)細胞 、PC9 DKO (BAX和BAK雙敲除)細胞、PC9 TKO(BAX、BAK和BOK三重敲除)細胞、40 mM Q-VD-OPh+ PC9 WT細胞(加入抗凋亡藥物對照組)的死亡情況確認細胞給藥的最大靶向劑量,400 ng/mL PI作為死細胞染料;尾靜脈注射熒光素酶標記細胞的活體評估表明,注射持久性細胞的小鼠具有更高的腫瘤負荷。
接下來,研究人員發(fā)現持久性表型在很大程度上取決于Bcl-2家族效應蛋白,使用bcl-2、bcl-xl、bcl-w的抑制劑處理BAX、BAK和BOK(TKO)缺陷的PC9(PS)細胞,并將其與野生型PT細胞進行比較,TKO PS的肺定殖能力及轉移潛力與PT細胞無顯著性差異。
熒光素酶或CTV 、CFSE標記細胞分析表明持久性細胞表型依賴于Bcl-2。
細胞色素c-HRI-AT4通路驅動藥物耐受持久性表型的產生
為了進一步了解持久性表型產生的機制,研究人員對抑制劑處理后不同時間點的PC9 PT和相應的PS進行了單細胞RNA測序。轉錄組學軌跡分析揭示了持久性細胞中短暫的ISR(綜合應激反應)表達譜,并且確定了抑制劑誘導的ISR,依賴于Bcl-2效應蛋白,但不依賴于胱天蛋白酶激活。而且亞致死MOMP(線粒體外膜透化)的參與對ISR激活至關重要,細胞色素c激活血紅素調節(jié)抑制劑 (HRI)并參與持久性表型。最終研究結果表明,細胞色素c-HRI-AT4通路驅動藥物耐受持久性表型的產生。
Incucyte® 分析加入1.5 mM ABT737和3 mM S6 處理細胞色素酶敲除后重新表達pCYCS WT(細胞色素酶野生型) 或者pCYCS K72R(細胞色素酶突變型)的細胞死亡情況,表明細胞色素c參與持久性表型,400 ng/mL PI作為死細胞染料。
Incucyte® 定量分析1.5 mM ABT737和3 mM S6處理的單獨轉染或組合轉染siNT、siBAX、siBAK、siBOK的 PC9細胞死亡情況,表明單獨BAX的缺失幾乎完全消除了對藥物的敏感性,BAX為效應蛋白,400 ng/mL PI作為死細胞染料。
這一新發(fā)現解釋了為什么腫瘤細胞容易對治療藥物產生耐藥性,雖然不同的治療藥物作用機制可能不同,但大多數藥物最終都會誘導細胞死亡,當細胞死亡被抑制,這些持久性細胞會對癌癥治療產生耐藥性,本研究結果為開發(fā)通過抑制癌細胞獲得持久性特征來阻止復發(fā)的藥物奠定了基礎。
在本研究中,研究人員多次通過Incucyte® S3實時活細胞分析系統(tǒng)監(jiān)測與分析細胞死亡,用于確認細胞給藥的最大靶向劑量、關鍵蛋白是否參與持久性表型等。
為什么要用Incucyte® 實時活細胞分析系統(tǒng)?
培養(yǎng)箱內可長達數周的連續(xù)觀察,最短幾分鐘間隔拍攝,減少人力,防止過多操作對細胞的傷害;這篇文章部分實驗細胞在處理8小時后就會出現明顯的死亡,每30min自動對細胞進行檢測,實時記錄并定量分析細胞死亡情況,可以不錯過實驗的關鍵信息,并保證細胞處在穩(wěn)定培養(yǎng)環(huán)境中;
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