该协议概述了培养、作和分析小鼠 CAFs 的方法,包括 体外/体内 功能测定、转录组学和计算分析。此外,它还描述了一个基于 Web 的平台,该平台用于分析来自人类乳腺癌肿瘤集合的激光捕获显微解剖基质和上皮成分的公开可用转录组。
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该协议概述了培养、作和分析小鼠 CAFs 的方法,包括 体外/体内 功能测定、转录组学和计算分析。此外,它还描述了一个基于 Web 的平台,该平台用于分析来自人类乳腺癌肿瘤集合的激光捕获显微解剖基质和上皮成分的公开可用转录组。
一项令人信服的研究证实了肿瘤微环境 (TME) 在乳腺癌 (BC) 的生长和侵袭性中的关键作用。癌症相关成纤维细胞 (CAF) 是 TME 的主要细胞成分,通过与癌症和其他基质细胞的复杂串扰响应肿瘤来源的激活信号,显着影响其行为。小鼠模型被广泛用于研究 CAF 在 BC 进展中作用的潜在机制,因为它们允许使用同基因异种移植研究评估内源性 TME 和评估免疫系统参与。在这里,我们提出了一组使用 体外 和 体内 方法培养 BC 衍生的 CAFs、纵基因表达和评估其促肿瘤功能的方法。我们还描述了 CAF 基因表达谱和转录组学分析的方案,以及使用公开可用的批量 RNA-seq 数据推断原发性肿瘤转录特征的计算程序。此外,我们介绍了一种用户友好的、基于 Web 的工具,用于分析激光捕获显微解剖 BC 肿瘤的基质和上皮成分的转录组。最终,这些方法可以为驱动 CAF-肿瘤相互作用的分子机制提供有价值的见解,并具有确定新治疗靶点的潜力。
乳腺癌 (BC) 是影响女性的最常见恶性肿瘤,其特征是显著的分子异质性,具有不同的分子特征指导诊断、治疗决策和预后。肿瘤微环境 (TME) 也具有高度异质性,在肿瘤进展、免疫和治疗结果中起着关键作用。
癌症相关成纤维细胞 (CAF) 是 TME 中最丰富的细胞类型,也是肿瘤发展的关键调节因子。它们有助于细胞外基质沉积和重塑、血管生成、免疫逃逸和耐药性 1,2,3,4,5,6。CAF 通过直接细胞间接触、细胞外囊泡的释放7 和各种可溶性因子的分泌 2,5 影响肿瘤细胞,以促进肿瘤生长、侵袭和治疗耐药性 8,9,10。事实上,基质相关基因特征对 BC 进展和治疗反应具有预测价值,并且与化疗耐药性相关 11,12,13,14。然而,尽管大量证据表明 CAFs 是一个有吸引力的治疗靶点,但针对这些细胞的临床试验在很大程度上失败了15。一个主要挑战是对 CAF 调节肿瘤行为的分子机制的理解有限。单细胞和空间转录组学分析的最新进展为深入了解 BC 中 CAF 的复杂性16、17、18、19、20、21,能够识别具有特定功能程序的不同 CAF 亚型16,22 并进一步突出它们的复杂性和可塑性23。
基因工程小鼠模型 (GEMM) 中的癌基因或肿瘤抑制基因过表达或失活,是研究人类癌症的成熟模型 24,25,26,27。与涉及在野生型小鼠中移植肿瘤细胞的同基因模型23,28 相比,GEMM 更准确地模拟了 BC 的多步进展以及癌细胞与 TME 之间的相互作用。然而,由于 CAF 的异质性,在 GEMM 中纵 CAF 的活性一直具有挑战性,这使得很难靶向所有 CAF 亚型,而不会对其他基质或上皮成分产生脱靶效应5。将 GEMM 与互补方法(例如体外 CAF作)相结合,可以帮助生成用于体外和体内功能丧失实验的细胞模型。然而,由于衰老的快速开始,开发稳定的细胞模型以探索特定基因的功能作用仍然具有挑战性。
在这里,我们描述了一个强大的平台,用于在 CAFs 中进行稳定的功能丧失实验,然后进行工程细胞的功能 体外 和 体内 分析以及转录分析;这种方法为剖析乳腺癌中 CAF 表达基因的功能相关性提供了一种全面的策略,与现有方法相比,在特异性、可重复性和适应性方面具有优势。这种方法还得到了一种基于网络的新型工具的补充,用于探索人类乳腺肿瘤激光捕获显微解剖基质和上皮区室的转录组,从而实现跨物种比较并促进从人类数据中生成假设。
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本研究符合有关小鼠处理和组织采样的所有机构指南。所有程序均根据国家和国际法律和政策执行。将小鼠饲养在无特异性病原体的转基因单元中,在 22 °C、50% 湿度下进行 12 小时的光照/黑暗循环,并 随意提供食物和水。外科手术必须遵循机构兽医的指示,以确保在手术期间和术后进行适当的麻醉和镇痛。 材料表 提供了有关本协议中使用的材料、试剂和仪器的详细信息。
1. 细胞培养
2. CAF 从乳腺肿瘤中分离
注意:此步骤针对直径为 5-10 mm 的晚期肿瘤进行了优化(参见参考文献29 )。
3. 通过病毒转导永生化
注:以下一些步骤必须在适合处理逆转录病毒载体(例如 BSL2+)的环境中进行;检查您的机构规则。
4. 表型特征
注:CAF 标志物,如 α 平滑肌肌动蛋白 (α-SMA)、小窝蛋白、成纤维细胞活化蛋白 (FAP)、N-钙粘蛋白、血小板衍生生长因子 β (PDGFR-β)、S100A4 和波形蛋白29 可以通过 RT-qPCR 和 Western Blot 进行评估。
5. 基因敲低分析
注:为了稳定干扰基因表达,我们用表达专门设计的 shRNA 的慢病毒颗粒转导 iCAFs。这些可以通过在合适的慢病毒载体(如 pLKO.1-Puro)中克隆靶向序列来获得,遵循 https://www.addgene.org/protocols/plko/#C 上可用的方案。可以使用公开可用的 shRNA 设计工具(即 Broad Institute 的 GPP-Genetic Perturbation Portal,https://portals.broadinstitute.org/gpp/public/)选择特定的靶向序列。或者,市售的预制靶向载体集(https://en.vectorbuilder.com/products-services/service/shrna-knockdown-solutions.html、https://www.sigmaaldrich.com/IT/it/technical-documents/technical-article/genomics/gene-expression-and-silencing/mission-shrna-getting-started https://www.origene.com/products/rnai/shrna-lentiviral-particles)。我们建议针对每个基因设计 4-5 种不同的 shRNA,并选择最好的 2 种进行实验。还生成非靶向载体作为阴性对照。必须在适合处理 HIV 衍生病毒(例如 BSL2+)的环境中采取以下一些步骤。检查您的机构规则。
6. 来自肿瘤细胞的 CM 的 iCAFs 的超级激活
注:以下步骤说明了 iCAFs 促肿瘤活性的 体外 表征方法。如下所述,通过将 CAFs 与来自小鼠 BC 肿瘤细胞的 CM 孵育(超级激活,s.a.)可以增强 CAFs 的促肿瘤活性。
7. 肿瘤细胞增殖
8. 迁移和入侵
9. 原发性肿瘤生长和肺转移形成
注意:以下步骤说明了 CAFs 促肿瘤活性的 体内 表征方法。此步骤经过优化,可通过在同基因小鼠模型中共注射来评估 CAFs 的体内 促肿瘤特征。由于 CAFs 和 4T1 细胞都来自 BALB/c 小鼠背景,因此使用 BALB/c 小鼠。
10. 基因表达特征
11. 特征在原发性肿瘤中的表达估计
注:以下步骤描述了在 BC 原发肿瘤的公开转录组学数据中计算估计 STAT3 调节特征29 的表达的程序,测试其与同一组样本中估计的基质比例的关系。
12. 测试基因特征表达与临床特征之间的关系
13. 测试特征在肿瘤基质中的调节
注意:通过批量 RNA 测序分析的原发性肿瘤中基质特征的表达具有依赖于具有详细临床注释的大型患者队列的优势。另一方面,与正常组织相比,只有分离基质和上皮才能定义肿瘤中两个细胞区室中任何一个的基因表达变化42。MetaLCM 是一款 ShinyApp,有助于分析激光捕获显微解剖乳腺肿瘤的转录组数据集。通过该工具,用户可以在激光捕获显微解剖乳腺肿瘤的转录组数据集中搜索两种情况之间稳健的差异表达基因,并测试肿瘤基质中先前定义的基因特征的调控。以下步骤介绍如何使用 MetaLCM。
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CAF 活性的体外评估
使用根据步骤 3 生成的永生化 CAF (iCAF) 研究乳腺肿瘤来源的癌症相关成纤维细胞 (CAF) 对乳腺癌 (BC) 侵袭性特征的贡献。如步骤 6 中所述,iCAFs 被超级激活,然后在 sDMEM 中饥饿以收集其 CM,用于处理 4T1 细胞 48 小时(参见步骤 7.1)。该处理之后进行 体外 功能测定。 图 1 显示,与对照饥饿培养基 (CTR) ?...
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在这项研究中,我们提出了小鼠 CAFs 永生化及其体外和体内促肿瘤活性表征的优化方案。我们没有根据标志物表达选择性地分离特定的 CAF 亚型,而是选择保留整个细胞群以保持异质性。将细胞作为一个整体进行功能表征,并分析其基因表达谱以捕获其多样性。由于原发性 CAFs 在衰老之前可以经历的传代次数有限,因此使 CAFs 永生化对于这项研究至关重要。?...
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作者声明没有利益冲突。
这项工作得到了意大利癌症研究协会 (AIRC, IG16930 and IG24851 to VP) 的支持;意大利大学与研究部(MIUR PRIN 2017 和 2022 年获得 VP);列支敦士登 Truus 和 Gerrit van Riemsdijk 基金会,向 VP 捐款;皮埃蒙特地区(偏转)。A.S. 得到了意大利癌症研究基金会 (FIRC) 博士后奖学金的支持,L.A. 得到了 Fondazione Umberto Veronesi 的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1Kb 加 DNA 分子量标准品 | 赛默飞世尔科技 | 10787018 | |
| 24孔板 | 萨斯泰特 | 833922 | |
| 96孔板 | 萨斯泰特 | 833924 | |
| 醋酸 | 西格玛·奥尔迪奇 | 695092 | |
| AgeI-HF型 | 新英格兰生物实验室 | R3552 | 储存在-20度;C |
| 甜菜碱 Betadine | 美达制药 | 23907076 | |
| Bürker 计数室 | 大众 | 40443703 | |
| 烧灼低温 FineTip Disp | 基勒 | AX10339KL | |
| 离心机 | 埃彭多夫 | 5810R型 | |
| 锥形管 15 mL | 萨斯泰特 | 62554502 | |
| 锥形管 50 mL | 萨斯泰特 | 62547254 | |
| Cryopure 2 mL 微管 | 萨斯泰特 | 72380992 | |
| 水晶紫 | 西格玛·奥尔迪奇 | C0775 | 储存在 RT,在通风柜中使用 |
| 培养板直径100mm | 萨斯泰特 | 833902 | |
| 培养板直径60mm | 萨斯泰特 | 833920 | |
| ddH20 | 自制 | 在室温储存,在生物罩中使用 | |
| 数显卡尺 | 普雷西瓦 | 02-301-2 | |
| 数码显微镜 | 徕卡 | DM6B型 | |
| 二甲基亚砜 | 西格玛·奥尔迪奇 | D8418 | 在生物罩中使用 |
| 杜尔贝科's 改装鹰's 培养基 (DMEM) | 吉布科 | 11965092 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| EcoRI-HF型 | 新英格兰生物实验室 | R3101型 | 储存在-20度;C |
| 乙二胺四乙酸 (EDTA) | 西格玛·奥尔迪奇 | E6758 | 在室温储存,在生物罩中使用 |
| 胎牛血清 (FBS) | 吉布科 | 16000044 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 过滤吸头 10 和微;L | 萨斯泰特 | 703010255 | |
| 过滤吸头 100 & micro;L | 萨斯泰特 | 703030255 | |
| 过滤吸头 1000 和微;L | 萨斯泰特 | 703060255 | |
| 过滤吸头 20 & micro;L | 萨斯泰特 | 703030265 | |
| 过滤吸头 200 & micro;L | 萨斯泰特 | 703031255 | |
| Filtropur S Plus 0,20 & 微;m | 萨斯泰特 | 831826102 | |
| Filtropur S Plus 0,45 & 微;m | 萨斯泰特 | 831826 | |
| 细剪刀 | 2生物 | 1406009 | |
| 镊子 | 2生物 | 1102412 | |
| 遗传素 | 吉布科 | 10131035 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| Lipofectamine 2000 转染试剂 | 赛默飞世尔科技 | 11668019 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 基质胶入侵室,有 8 &m PET膜 | 康宁 | 354480 | |
| 酶标仪(吸光度 600 nm) | 普罗梅加 | 通用3500型 | |
| 微管 1.5 mL | 萨斯泰特 | 7269001 | |
| Optimem | 吉布科 | 31985047 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 多聚甲醛 (PFA) | 西格玛·奥尔迪奇 | 158127 | 储存在 RT,在通风橱中使用 |
| pBABE-neo 大TcDNA | 阿德基因 | 1780 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| pCL-安福 | 诺沃斯生物 | 18746853 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| pCMV-R8.74 型 | 阿德基因 | 22036 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| pCMV-VSVG | 阿德基因 | 8454 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| 青霉素-链霉素(Pen Strepto,10,000 &g/mL) | 吉布科 | 15140122 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 相差显微镜 | 奥林巴斯 | BX42型 | |
| 磷酸盐缓冲盐水 (公共广播公司) | 自制 | 在室温储存,在生物罩中使用 | |
| pLKO.1-Puro | 阿德基因 | 10878 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| 聚-L-赖氨酸溶液 | 西格玛·奥尔迪奇 | P8920 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 嘌呤霉素二盐酸盐来自 白骨链霉菌 Streptomyces alboniger | 西格玛·奥尔迪奇 | 第 8833 号 | |
| rCutSmart 缓冲液 | 新英格兰生物实验室 | B6004型 | 储存在-20度;C |
| 啮齿动物剃须刀 | 埃斯库拉普 | GT416型 | |
| 罗斯威尔公园纪念研究所 (RPMI) | 吉布科 | 61870010 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 圆头口渴拭子 | 西格玛·奥尔迪奇 | Z744127 | |
| 手术刀 | 吉马 | 27041 | |
| Secura 半微量天平 | 缝纫机 | SECURA125-1S | |
| 血清移液器 10 mL | 萨斯泰特 | 861254001 | |
| 血清移液器 2 mL | 萨斯泰特 | 861252001 | |
| 血清移液器 25 mL | 萨斯泰特 | 861256001 | |
| 血清移液器 5 mL | 萨斯泰特 | 861253001 | |
| 缝合 5-0 | 艾西康 | 1866克 | |
| 注射器 10 mL | 五费尔特 | 00202250E14 | |
| 注射器 5 mL | 五费尔特 | 00202250E12 | |
| 注射器 Omnican 胰岛素 1 mL | 布 劳 恩 | 9151125S | |
| 组织 adesive | 3M 维特邦德 | 1469SB的 | |
| Transwell 插入物 8 和微;m 孔 | 隼 | 353097 | |
| Transwell 基质胶插入物 8 & micro;m 孔 | 康宁 | 354480 | |
| 胰蛋白酶-EDTA(0.5%),无酚红 | 吉布科 | 15400054 | |
| Vivaspin 20 离心浓缩机 MWCO 10,000 Da | 西格玛·奥尔迪奇 | Z614602 |
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