이 프로토콜은 체외/생체 내 기능 분석, 전사체학 및 컴퓨터 분석을 포함하여 쥐 CAF를 배양, 조작 및 분석하는 방법을 간략하게 설명합니다. 또한, 인간 유방암 종양 컬렉션에서 레이저 캡처 미세 절개 기질 및 상피 구성 요소의 공개적으로 사용 가능한 전사체를 분석하기 위해 개발된 웹 기반 플랫폼에 대해 설명합니다.
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이 프로토콜은 체외/생체 내 기능 분석, 전사체학 및 컴퓨터 분석을 포함하여 쥐 CAF를 배양, 조작 및 분석하는 방법을 간략하게 설명합니다. 또한, 인간 유방암 종양 컬렉션에서 레이저 캡처 미세 절개 기질 및 상피 구성 요소의 공개적으로 사용 가능한 전사체를 분석하기 위해 개발된 웹 기반 플랫폼에 대해 설명합니다.
유방암(BC)의 성장과 공격성에서 종양 미세환경(TME)의 중요한 역할을 확인하는 강력한 연구 결과가 있습니다. TME의 우세한 세포 구성 요소인 암 관련 섬유아세포(CAF)는 종양 유래 활성화 신호에 반응하여 암 및 기타 기질 세포와의 복잡한 혼선을 통해 TME의 행동에 큰 영향을 미칩니다. 쥐 모델은 내인성 TME의 평가와 syngeneic xenograft 연구를 사용하여 면역 체계 관여의 평가를 가능하게 하기 때문에 BC 진행에서 CAF의 역할의 기저에 있는 메커니즘을 조사하는 데 광범위하게 사용됩니다. 여기에서는 in vitro 및 in vivo 접근법을 모두 사용하여 BC 유래 CAF를 배양하고, 유전자 발현을 조작하고, 종양 유발 기능을 평가하는 일련의 방법을 제시합니다. 또한 CAF 유전자 발현 프로파일링 및 전사체 분석을 위한 프로토콜과 공개적으로 사용 가능한 벌크 RNA-seq 데이터를 사용하여 원발성 종양에서 전사 서명을 추론하기 위한 컴퓨터 절차에 대해 설명합니다. 또한 레이저 캡처 미세 절제 BC 종양에서 기질 및 상피 구성 요소의 전사체를 분석하기 위한 사용자 친화적인 웹 기반 도구를 소개합니다. 궁극적으로 이러한 방법은 CAF-종양 상호 작용을 유도하는 분자 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 새로운 치료 표적을 식별할 수 있는 잠재력을 가질 수 있습니다.
유방암(BC)은 여성에게 영향을 미치는 가장 흔한 악성 종양이며 진단, 치료 결정 및 예후를 안내하는 뚜렷한 분자 프로필을 가진 상당한 분자 이질성을 특징으로 합니다. 종양 미세환경(TME)은 또한 매우 이질적이며 종양 진행, 면역 및 치료 결과에 중요한 역할을 합니다.
암 관련 섬유아세포(CAF)는 TME에서 가장 풍부한 세포 유형이며 종양 발달의 핵심 조절자입니다. 이들은 세포외 기질 침착 및 리모델링, 혈관 신생, 면역 회피 및 약물 내성에 기여합니다 1,2,3,4,5,6. CAF는 세포-세포 간 직접 접촉, 세포외소포체의 방출7, 다양한 용해성 인자의 분비 2,5를 통해 종양 세포에 영향을 미쳐 종양의 성장, 침습 및 치료 저항성을 촉진합니다 8,9,10. 실제로, 기질 관련 유전자 서명은 BC 진행 및 치료 반응에 대한 예측 가치를 가지고 있으며 화학요법에 대한 내성과 관련이 있습니다 11,12,13,14. 그러나 CAF가 매력적인 치료 표적으로 제시되는 상당한 증거에도 불구하고, 이러한 세포를 대상으로 하는 임상시험은 대부분 실패했다15. 한 가지 주요 과제는 CAF가 종양 행동을 조절하는 분자 메커니즘에 대한 이해가 제한적이라는 것입니다. 최근 단세포 및 공간 전사체 분석의 발전으로 BC 16,17,18,19,20,21에서 CAF의 복잡성에 대한 심층적인 통찰력을 제공하여 특정 기능 프로그램16,22을 가진 별개의 CAF 하위 유형을 식별할 수 있게 하고 복잡성과 가소성을 더욱 강조할 수 있습니다23.
종양유전자 또는 종양억제유전자가 과발현되거나 비활성화된 유전자 조작 마우스 모델(GEMM)은 인간 암을 연구하기 위한 잘 정립된 모델입니다 24,25,26,27. 야생형 마우스에 종양 세포를 이식하는 syngeneic 모델과 비교했을 때,23,28, GEMM은 BC의 다단계 진행과 암세포와 TME 사이의 상호작용을 보다 정확하게 모방한다. 그러나 GEMM에서 CAF의 활동을 조작하는 것은 이질성으로 인해 어려웠으며, 이로 인해 다른 기질 또는 상피 구성 요소에 대한 off-target effect 없이 모든 CAF 아형을 표적으로 삼기가 어렵습니다5. GEMM을 in vitro CAF 조작과 같은 보완적 접근 방식과 결합하면 in vitro 및 in vivo 환경 모두에서 기능 상실 실험을 위한 세포 모델을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 특정 유전자의 기능적 역할을 탐구하기 위한 안정적인 세포 모델을 개발하는 것은 노화의 빠른 시작으로 인해 여전히 어려운 과제입니다.
여기에서는 CAF에서 안정적인 기능 상실 실험을 위한 강력한 플랫폼에 대해 설명하고, 그 다음에는 기능 적 체외 및 생체 내 분석과 엔지니어링된 세포의 전사 프로파일링을 설명합니다. 이 접근법은 유방암에서 CAF 발현 유전자의 기능적 관련성을 해부하기 위한 포괄적인 전략을 제공하며, 기존 방법에 비해 특이성, 재현성 및 적응성 측면에서 장점이 있습니다. 이 접근 방식은 또한 인간 유방 종양에서 레이저로 미세 절개된 기질 및 상피 구획의 전사체를 탐색하기 위한 새로운 웹 기반 도구로 보완되어 종 간 비교를 가능하게 하고 인간 데이터에서 가설 생성을 용이하게 합니다.
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이 연구는 마우스 취급 및 조직 샘플링에 관한 모든 기관 지침을 준수합니다. 모든 절차는 국내 및 국제 법률과 정책에 따라 수행되었습니다. 마우스는 50% 습도에서 22°C에서 12시간 라이트/다크 사이클 하에 특정 병원체가 없는 형질전환 유닛에 수용되었으며 음식과 물을 임의로 제공했습니다. 수술 절차는 절차 중과 수술 후 기간 동안 적절한 마취 및 진통제를 보장하기 위해 기관의 수의학 지침을 따라야 합니다. Table of Materials 는 이 프로토콜에 사용되는 재료, 시약 및 기기에 대한 세부 정보를 제공합니다.
1. 세포 배양
2. CAF와 유선종양의 분리
참고: 이 단계는 직경 5-10mm의 진행된 단계 종양에 최적화되어 있습니다(참조29 참조).
3. 바이러스 형질도입에 의한 불멸화
참고: 다음 단계 중 일부는 레트로바이러스 벡터를 처리하기에 적합한 환경(예: BSL2+)에서 수행해야 합니다. 교육기관 규칙을 확인하십시오.
4. 표현형 특성화
참고: 알파 평활근 액틴(α-SMA), 카베올린, 섬유아세포 활성화 단백질(FAP), N-cadherin, 혈소판 유래 성장 인자 베타(PDGFR-β), S100A4 및 비멘틴29 와 같은 CAF 마커는 RT-qPCR 및 웨스턴 블롯으로 평가할 수 있습니다.
5. 유전자 넉다운 분석
참고: 유전자 발현을 안정적으로 방해하기 위해 특별히 설계된 shRNA를 발현하는 렌티바이러스 입자로 iCAF를 transduction합니다. 이는 https://www.addgene.org/protocols/plko/#C 에서 사용 가능한 프로토콜에 따라 pLKO.1-Puro와 같은 적절한 렌티바이러스 벡터에서 표적화 염기서열을 클로닝하여 얻을 수 있습니다. 특이적 표적화 염기서열은 공개적으로 사용 가능한 shRNA 설계 도구(예: Broad Institute, https://portals.broadinstitute.org/gpp/public/ 의 GPP-Genetic Perturbation Portal)를 사용하여 선택할 수 있습니다. 대안적으로, 미리 만들어진 표적화 벡터 세트가 상업적으로 이용 가능합니다(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). 각 유전자에 대해 4-5개의 서로 다른 shRNA를 설계하고 실험에 가장 적합한 2개를 선택하는 것이 좋습니다. 또한 비타겟팅 벡터를 negative control로 생성합니다. 다음 단계 중 일부는 HIV 유래 바이러스(예: BSL2+)를 처리하기에 적합한 환경에서 수행해야 합니다. 교육기관 규칙을 확인합니다.
6. 종양 세포에서 CM을 가진 iCAF의 슈퍼 활성화
참고: 다음 단계는 iCAF의 전종양 활성의 체외 특성화 방법을 보여줍니다. CAF의 전종양 활성은 아래와 같이 마우스 BC 종양 세포(super-activation, s.a.)의 CM과 함께 배양함으로써 강화될 수 있습니다.
7. 종양 세포 증식
8. 이주와 침략
9. 원발성 종양 성장 및 폐 전이 형성
참고: 다음 단계는 CAF의 전종양 활성의 생체 내 특성화 방법을 보여줍니다. 이 단계는 syngeneic 마우스 모델에서 동시 주입을 통해 CAF의 in vivo pro-tumorigenic feature를 평가하는 데 최적화되어 있습니다. CAF와 4T1 셀은 모두 BALB/c 마우스 배경에서 가져온 것이므로 BALB/c 마우스가 사용됩니다.
10. 유전자 발현 서명
11. 원발성 종양에서 시그니처 발현 추정
참고: 다음 단계는 공개적으로 사용 가능한 BC 원발성 종양의 전사체 데이터에서 STAT3 조절 시그니처29 의 발현을 전산적으로 추정하여 동일한 샘플 세트에서 추정된 기질 비율과의 관계를 테스트하는 절차를 설명합니다.
12. 유전자 서명의 발현과 임상적 특징 사이의 관계를 시험합니다.
13. 종양 기질에 대한 서명 조절 테스트
참고: 벌크 RNA 염기서열분석을 통해 분석된 원발성 종양에서 기질 서명의 발현은 상세한 임상 주석이 있는 대규모 환자 코호트에 의존할 수 있는 이점이 있습니다. 반면에, 기질과 상피를 분리하는 것만이 정상 조직과 비교했을 때 종양의 두 세포 구획 중 하나에서 유전자 발현 변화를 정의할 수 있다42. MetaLCM은 레이저로 캡처한 미세절부 유방 종양의 전사체 데이터 세트 분석을 용이하게 하는 ShinyApp입니다. 이 도구를 통해 사용자는 레이저 캡처 미세절부 유방 종양의 전사체 데이터 세트에서 두 질환 간에 차등적으로 발현된 강력한 유전자를 검색하고 종양 기질에서 이전에 정의된 유전자 서명의 조절을 테스트할 수 있습니다. 다음 단계에서는 MetaLCM을 사용하는 방법을 설명합니다.
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CAF의 활동에 대한 체외 평가
유방암(BC)의 공격적인 특징에 대한 유선종양 유래 암 관련 섬유아세포(CAF)의 기여도는 3단계에 따라 생성된 불멸 CAF(iCAF)를 사용하여 연구되었습니다. iCAF는 6단계에서 설명한 대로 초활성화한 다음 sDMEM에서 굶주려 CM을 수집하여 48시간 동안 4T1 세포를 처리하는 데 사용되었습니다(7.1단계 참조). 이 치료 후에는 시험관 내 기능 분석이 이어졌습니다. 그림 1 은 대조군 기아 배지(CTR)에 비해 s.a. iCAFs CM을 사용한 치료로 4T1 세포의 증식이 크게 향상되었음을 보여줍니다. 이러한 증식 증가는 일반적으로 24시간 이내에 시작되어 다음 며칠 동안 계속 증가합니다. 이러한 실험의 경우, CM으로 치료하기 전에 도금된 세포의 수와 배지의 혈청 비율을 모두 최적화하는 것이 중요합니다. s.a. iCAFs CM은 또...
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이 연구에서는 쥐 CAF의 불멸화와 in vitro 및 in vivo 모두에서 종양 유발 촉진 활성의 특성화를 위한 최적화된 프로토콜을 제시합니다. 마커 발현을 기반으로 특정 CAF subtype을 선택적으로 분리하는 대신, 이질성을 보존하기 위해 전체 세포 집단을 유지하기로 결정했습니다. 세포는 전체적으로 기능적으로 특성화되었으며 유전자 발현 프로파일을 분석하여 다양성을 포착했습니다. CAF를 불멸화하는 것은 1차 CAF가 노화되기 전에 거칠 수 있는 계대 수가 제한되어 있기 때문에 이 연구에서 매우 중요했습니다. 이 접근법을 사용하여 생성된 불멸화된 세포는 CAF가 다양한 치료에 대한 암세포 반응에 어떻게 영향을 미치는지 조사할 수 있기 때문에 화학요법 내성을 포함한 다양한 CAF 매개 현상을 연구하는 데 유용한 도구입니다. 불멸화된 세포에서 유전자 조작이 용이하기 때문에 기능 연구에 특히 유용합니다. 그러나 불멸화는 세포의 표현형과...
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저자는 경쟁 이익이 없음을 선언합니다.
이 연구는 이탈리아 암 연구 협회(AIRC, IG16930 및 IG24851 to V.P.)의 지원을 받았습니다. 이탈리아 대학 연구부(MIUR PRIN 2017 및 2022에서 VP로); Truus and Gerrit van Riemsdijk 재단, 리히텐슈타인, V.P. 기부; 피에몬테 지역(굴절). A.S.는 이탈리아 암 연구 재단(FIRC)의 박사 후 연구원의 지원을 받았고, L.A.는 Fondazione Umberto Veronesi의 지원을 받았습니다.
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