Modélisation du carcinome épidermoïde bucco-œsophagien dans les organoïdes 3D

Samuel Flashner; Cecilia Martin; Norihiro Matsuura; Masataka Shimonosono; Yasuto Tomita; Masaki Morimoto; Ogoegbunam Okolo; Victoria X. Yu; Anuraag S. Parikh; Andres J. P. Klein-Szanto; Kelley Yan; Joel T. Gabre; Chao Lu; Fatemeh Momen-Heravi; Anil K. Rustgi; Hiroshi Nakagawa

doi:10.3791/64676

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Article de méthode

Modélisation du carcinome épidermoïde bucco-œsophagien dans les organoïdes 3D

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DOI :

10.3791/64676

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23 décembre 2022

Samuel Flashner^*¹ , Cecilia Martin^*¹^,² , Norihiro Matsuura¹ , Masataka Shimonosono¹ , Yasuto Tomita¹ , Masaki Morimoto¹ , Ogoegbunam Okolo¹ , Victoria X. Yu¹^,³ , Anuraag S. Parikh¹^,³ , Andres J. P. Klein-Szanto⁴ , Kelley Yan¹^,² , Joel T. Gabre¹^,⁵ , Chao Lu¹^,⁶ , Fatemeh Momen-Heravi¹^,⁷ , Anil K. Rustgi¹^,⁵ , Hiroshi Nakagawa¹^,²^,⁵

¹Herbert Irving Comprehensive Cancer Center, Columbia University, ²Organoid and Cell Culture Core, Columbia University Digestive and Liver Diseases Research Center, Columbia University, ³Department of Otolaryngology, Head and Neck Surgery, Columbia University, ⁴Histopathology Facility, Fox Chase Cancer Center, ⁵Division of Digestive and Liver Diseases, Department of Medicine, Columbia University, ⁶Department of Genetics and Development, Columbia University, ⁷Section of Oral, Diagnostic and Rehabilitation Sciences, College of Dental Medicine, Columbia University

^* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit les étapes clés pour générer et caractériser les organoïdes 3D murins oraux-œsophagiens qui représentent les lésions de carcinome épidermoïde normal, prénéoplasique et épidermoïde induites par cancérogenèse chimique.

Résumé

Le carcinome épidermoïde de l’œsophage (ESCC) est répandu dans le monde entier, représentant 90% de tous les cas de cancer de l’œsophage chaque année, et est le plus mortel de tous les carcinomes épidermoïdes humains. Malgré les progrès récents dans la définition des changements moléculaires accompagnant l’initiation et le développement de l’ESCC, le pronostic du patient reste sombre. L’annotation fonctionnelle de ces changements moléculaires est la prochaine étape nécessaire et nécessite des modèles qui capturent les caractéristiques moléculaires de l’ESCC et peuvent être manipulés facilement et à peu de frais pour l’annotation fonctionnelle. Les souris traitées avec la fumée de tabac mimétique 4-nitroquinoléine 1-oxyde (4NQO) forment de manière prévisible un ESCC et une prénéoplasie œsophagienne. Il convient de noter que les lésions de 4NQO apparaissent également dans la cavité buccale, le plus souvent dans la langue, ainsi que dans le préestomac, qui partagent tous l’épithélium pavimenteux stratifié. Cependant, ces souris ne peuvent pas être simplement manipulées pour tester des hypothèses fonctionnelles, car la génération de modèles murins isogéniques nécessite beaucoup de temps et de ressources. Ici, nous surmontons cette limitation en générant des organoïdes tridimensionnels (3D) dérivés de cellules uniques à partir de souris traitées avec 4NQO pour caractériser les ESCC murins ou les cellules prénéoplasiques ex vivo. Ces organoïdes capturent les caractéristiques saillantes de l’ESCC et de la prénéoplasie œsophagienne, peuvent être exploités rapidement et à peu de frais pour former des modèles isogéniques et peuvent être utilisés pour des expériences de transplantation syngénique. Nous démontrons comment générer des organoïdes 3D à partir de tissu œsophagien murin normal, prénéoplasique et SCC et maintenir et cryopréserver ces organoïdes. Les applications de ces organoïdes polyvalents sont vastes et comprennent l’utilisation de souris génétiquement modifiées et une caractérisation plus poussée par cytométrie de flux ou immunohistochimie, la génération de lignées organoïdes isogéniques à l’aide des technologies CRISPR et le criblage de médicaments ou la transplantation syngénique. Nous pensons que l’adoption généralisée des techniques démontrées dans ce protocole accélérera les progrès dans ce domaine pour lutter contre le lourd fardeau de la CSC.

Introduction

Le carcinome épidermoïde œsophagien (ESCC) est le plus mortel des carcinomes épidermoïdes humains, en raison de son diagnostic tardif, de sa résistance au traitement et de ses métastases ^1,2. L’ESCC provient de l’épithélium pavimenteux stratifié, qui tapisse la surface luminale de l’œsophage. L’épithélium pavimenteux est composé de cellules basales prolifératives et de cellules différenciées dans la couche de cellules suprabasales. Dans des conditions physiologiques, les cellules basales expriment des marqueurs tels que p63, Sox2 et la cytokératine K5 et K14, tandis que les cellules différenciées expriment K4,....