To jest efektywny czasowo i kosztowo protokół in vitro, badający mechanizmy nabytej oporności na ukierunkowane środki terapeutyczne, co jest wysoce niezaspokojoną potrzebą medyczną w leczeniu raka.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
To jest efektywny czasowo i kosztowo protokół in vitro, badający mechanizmy nabytej oporności na ukierunkowane środki terapeutyczne, co jest wysoce niezaspokojoną potrzebą medyczną w leczeniu raka.
Ostatnie dwie dekady przyniosły przejście od leków cytotoksycznych do terapii celowanej w onkologii medycznej. Chociaż celowane środki terapeutyczne wykazały bardziej imponującą skuteczność kliniczną i zminimalizowane działania niepożądane niż tradycyjne metody leczenia, oporność na leki stała się głównym ograniczeniem ich korzyści. W praktyce klinicznej opracowano kilka przedklinicznych modeli nabytej oporności na leki celowane in vitro/in vivo, głównie przy użyciu dwóch strategii: i) manipulacji genetycznej w celu modelowania genotypów nabytej oporności oraz ii) selekcji modeli oporności in vitro/in vivo. W niniejszej pracy proponujemy ujednolicenie ram do badania mechanizmów leżących u podstaw nabywanej oporności na celowane środki terapeutyczne, począwszy od generacji lekoopornych subklonów komórkowych, a skończywszy na opisie procedur wyciszania stosowanych w celu przywrócenia wrażliwości na inhibitor. To proste, efektywne czasowo i kosztowo podejście ma szerokie zastosowanie i może być łatwo rozszerzone w celu zbadania mechanizmów oporności na inne celowane leki terapeutyczne w różnych histotypach guza.
Podążając za kluczowymi odkryciami w biologii molekularnej i komórkowej, opracowano szereg nowych syntetyzowanych cząsteczek przeciwnowotworowych, które selektywnie celują w onkogenne szlaki sygnałowe w szerokim zakresie typów nowotworów. W szczególności wiadomo, że dwie kategorie celowanych środków terapeutycznych o unikalnych właściwościach w onkologii, a mianowicie syntetyczne związki chemiczne i rekombinowane przeciwciała monoklonalne, osiągnęły sukcesy kliniczne i radykalnie zmieniły opiekę onkologiczną w ostatnich dziesięcioleciach1,2,3.
Niemniej jednak, pomimo imponującej początkowej odpowiedzi na leczenie, większość pacjentów z rakiem rozwinęła lekooporność na wszystkie ukierunkowane środki terapeutyczne, zarówno przeciwciała monoklonalne, jak i inhibitory kinaz. W związku z tym oporność na leki, główna przeszkoda dla klasycznych leków przeciwnowotworowych4, jest nadal wielkim wyzwaniem dla pojawiających się terapii celowanych5,6.
Oporność na terapię celowaną może być wrodzona (tj. pierwotna) lub nabyta (tj. wtórna). Oporność wewnętrzna opisuje brak odpowiedzi na leczenie de novo, podczas gdy oporność wtórna występuje po okresie odpowiedzi na leczenie farmakologiczne7. Ta ostatnia jest spowodowana wybuchami małych kohort komórek nowotworowych w obrębie większości pierwotnego guza lub zagnieżdżonych w dystalnych kryptycznych niszach anatomicznych, wykazujących do 90% oporności na jeden lub więcej ukierunkowanych środków terapeutycznych. Mechanizmy molekularne leżące u podstaw rozwoju oporności na terapię celowaną wynikają głównie z mutacji genów docelowych i nadmiarowej aktywacji innych szlaków sygnałowych sprzyjających przetrwaniu, których zrozumienie jest nadal dalekie od ukończenia8.
W tej pracy zaproponowaliśmy efektywne czasowo i kosztowo podejście do badania in vitro mechanizmów nabytej oporności na ukierunkowane środki terapeutyczne, zaczynając od generowania lekoopornych subklonów komórkowych do opisu procedur wyciszania stosowanych do przywracania wrażliwości na inhibitor, kluczowego narzędzia używanego do testowania i walidacji hipotez roboczych. W szczególności nasze podejście zostało wykorzystane do zbadania, w raku żołądka, mechanizmów oporności na trastuzumab (np. Herceptin), humanizowane przeciwciało monoklonalne skierowane do domeny zewnątrzkomórkowej białka HER29. Trastuzumab + chemioterapia jest powszechnie akceptowana jako standardowe leczenie pierwszego rzutu HER2-dodatniego raka piersi z przerzutami. Dzięki niedawnym badaniom przedklinicznym wykazującym, że terapie anty-HER2 mają znaczącą aktywność zarówno in vitro, jak i in vivo HER2-dodatnich modeli raka żołądka10,11, leki molekularne ukierunkowane na HER2 zostały szeroko przebadane w badaniach klinicznych, z których część jest nadal w toku, na pacjentach z rakiem żołądka i przełyku12,13,14,15.
Te badania podkreśliły rosnącą liczbę pacjentów doświadczających oporności na trastuzumab16, podobnie jak w przypadku innych celowanych inhibitorów terapeutycznych. W szczególności odsetek odpowiedzi na trastuzumab wynosił 47%, a mediana całkowitego przeżycia u pacjentów przyjmujących trastuzumab + chemioterapia była tylko o 2,7 miesiąca dłuższa niż u pacjentów przyjmujących samą chemioterapię17. Sugeruje to, że podczas gdy pierwotna oporność na trastuzumab jest powszechna, wtórna oporność na trastuzumab jest nieunikniona. Z tego powodu istnieje pilna potrzeba wyjaśnienia mechanizmów powodujących oporność na terapię ukierunkowaną na HER2 w raku żołądka, co jest jeszcze bardziej problematyczne, biorąc pod uwagę wewnątrznowotworową heterogeniczność genetyczną tej nowotworu18.
Ponadto, mechanizmy oporności na trastuzumab w raku żołądka okazały się trudne do wyjaśnienia, częściowo z powodu trudności w uzyskaniu wiarygodnych modeli przedklinicznych reprezentatywnych dla tego schorzenia. Oshima i wsp. opisali metodę selekcji in vivo linii komórkowych raka żołądka opornych na trastuzumab, polegającą na wielokrotnym posiewie niewielkiego resztkowego przerzutu do otrzewnej po leczeniu trastuzumabem19. Jednak potrzeba wybiegu, specjalistycznej wiedzy w zakresie obchodzenia się ze zwierzętami oraz zatwierdzenia przez Komisję Etyki Zwierząt przyczyniła się do tego, że metoda ta stała się czasochłonna i kosztowna. Podejście, które opisujemy w tej pracy, jest proste i ma szerokie zastosowanie, i może być łatwo rozszerzone w celu zbadania mechanizmów oporności na inne leki terapeutyczne w różnych histotypach nowotworów20.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Ten protokół został specjalnie dostosowany do analizy mechanizmów leżących u podstaw nabytej oporności na trastuzumab HER-dodatnich linii komórkowych raka żołądka. Wszystkie potrzebne przyrządy laboratoryjne są podane w Tabeli Materiałów.
1. Generacja subklonów odpornych na terapię celowaną
UWAGA: Jest to najbardziej krytyczny i trudny do standaryzacji krok w protokole ze względu na fakt, że różne linie komórkowe mogą wykazywać różną wrażliwość na celowany inhibitor terapeutyczny, niezależnie od ich histotypu guza lub stężenia zastosowanego leku.
2. Protokół walidacji dla potencjalnego genu oporności na terapię celowaną (gen R)
UWAGA: Po scharakteryzowaniu ekspresji genów, sygnatury związane z nabytą opornością na terapię celowaną i dowolnym genem kandydującym jako czynnik wywołujący oporność będą badane poprzez: a) RT-PCR i b) analizę Western blot.
3. Przywracanie wrażliwości inhibitora terapii celowanej przez kandydujący gen R knock-down
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rycina 1 przedstawia schemat procedury eksperymentalnej. Trzy linie komórkowe raka żołądka wykazujące wysoką ekspresję HER2 i wrażliwość na trastuzumab (IC50 < szczytowe stężenie leku w osoczu, Rycina 2A, wykres lewy) hodowano w pożywce zawierającej celowany środek terapeutyczny. Jako dawkę początkową ustalono stężenie 10-krotnie niższe od szczytowego stężenia trastuzumabu w osoczu (10 µg/mL), a następnie stopniowo ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podczas gdy spersonalizowane i celowane terapie wywołują rosnący entuzjazm, te tak zwane "inteligentne" terapie napotykają tę samą poważną przeszkodę, co tradycyjne leki stosowane w chemioterapii, tj. szybkie i nieprzewidywalne nabycie oporności na leki. Aby poprawić wyniki terapii celowanej, problemy związane z lekoopornością muszą być rozwiązywane poprzez lepsze zrozumienie mechanizmów, które je powodują. W tym artykule przedstawiliśmy szeroko dostępną metodologię in vitro do badania mechanizmów nabyt...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy pragną podziękować dr Veronice Zanoni za redakcję manuskryptu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Odczynnik Trizol | Odczynnik Invitrogen | 15596026 | TRIzol to odczynnik do izolowania wysokiej jakości całkowitego RNA lub jednoczesnego izolowania RNA, DNA i białka z różnych próbek biologicznych |
| ZESTAW DO SYNTEZY CDNA ISCRIPT | Bio-Rad | 1708891 | Zestaw do syntezy cDNA iScript to czuły i łatwy w użyciu zestaw do syntezy pierwszej nici cDNA do analizy ekspresji genów przy użyciu qPCR w czasie rzeczywistym. |
| Test ekspresji genów TaqMan | Life Technologies | 4331182 | Applied Biosystems Testy ekspresji genów TaqMan składają się z pary nieznakowanych starterów PCR i sondy TaqMan z etykietą barwnika Applied Biosystems FAM lub VIC na końcu 5' i spoiwem z małym rowkiem (MGB) oraz niefluorescencyjnym wygaszaczem (NFQ) na końcu 3'. |
| Odczynnik do ekstrakcji białek ssaków M-PER | Thermo Scientific | 78501 | Thermo Scientific Odczynnik do ekstrakcji białek ssaków M-PER został zaprojektowany, aby zapewnić wysoce wydajną ekstrakcję całkowitego rozpuszczalnego białka z hodowanych komórek ssaków. |
| proteazy i fosfatazy Halt (100X) | Thermo Scientific | 78440 | Thermo Scientific Koktajl inhibitorów proteazy i fosfatazy Halt (100X) zapewnia wygodę pojedynczego roztworu z pełną ochroną próbki białka dla lizatów komórkowych i tkankowych. |
| Zestaw do oznaczania białek Pierce BCA | Thermo Scientific | 23225 | Zestaw do oznaczania białek Thermo Scientific Pierce BCA to dwuskładnikowy, wysoce precyzyjny, kompatybilny z detergentami odczynnik do oznaczania całkowitego stężenia białka (A562nm) w porównaniu ze wzorcem białka. |
| 4x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 1610747 | Użyj 4x Laemmli Sample Buffer do przygotowania próbek do SDS PAGE. W celu rozdrobnienia próbek, przed zmieszaniem z próbką dodać do buforu środek redukujący, taki jak 2-merkaptoetanol. |
| 4– 20% Mini-PROTEAN TGX Prefabrykowane żele białkowe | Bio-Rad | 456-1094 | Żele TGX (Tris-Glycine eXtended) o długiej żywotności mają nowatorską formułę i mogą być stosowane zarówno do standardowych separacji białek denaturujących, jak i do natywnej elektroforezy. |
| Standardy Blottingu Precision Plus Protein WesternC | Bio-Rad | 1610376 | Precision Plus są dostępne w formatach Dual Color, All Blue, Kalejdoskop i Dual Xtra. Wszystkie cztery mają takie same wzorce migracji żelu, z 3 pasmami odniesienia o wysokiej intensywności (25, 50 i 75 kD). |
| 10x Tris/Glycine/SDS | Bio-Rad | 1610732 | 10x Tris/glycine/SDS to wstępnie zmieszany bufor do separacji próbek białek metodą SDS-PAGE. |
| Zestawy transferowe Trans-Blot Turbo Mini PVDF | Bio-Rad | 1704156 | Zestawy transferowe Trans-Blot Turbo Mini PVDF do szybkiego i wydajnego transferu białek z mini żeli za pomocą systemu Trans-Blot Turbo Transfer. Każdy uszczelniony próżniowo, gotowy do użycia pakiet transferowy zawiera dwa stosy zbiorników jonów nasyconych buforem i wstępnie zwilżoną membranę PVDF. |
| Precyzyjny koniugat białkowy StrepTactin-HRP | Bio-Rad | 1610381 | koniugatu StrepTactin-Peroksydaza chrzanowa (HRP) do chemiluminescencyjnej lub kolorymetrycznej detekcji wzorców białek niebarwionych Precision Plus Protein lub wzorców białkowych Precision Plus Protein WesternC na zachodnich plamach. |
| Roztwór Immun-Star WesternC | Bio-Rad | 5572 | Roztwór Immun-Star WesternC, metoda wykrywania białek, wykrywa średnie ilości białka w femtogramie. |
| Uniwersalna kontrola negatywna | Invitrogen | 12935300 | Kontrola negatywna siRNA nie ma znaczącego podobieństwa sekwencji do sekwencji genów myszy, szczurów lub ludzi. Kontrola została również przetestowana w badaniach przesiewowych opartych na komórkach i udowodniono, że nie ma znaczącego wpływu na proliferację komórek, żywotność lub morfologię. |
| opti-MEM Glutamax Medium | Thermo Fisher Scientific | 51985026 | Opti-MEM Medium to ulepszone Minimal Essential Medium (MEM), które pozwala na zmniejszenie suplementacji płodowej surowicy bydlęcej o co najmniej 50% bez zmiany tempa wzrostu lub morfologii. |
| Wybór tłumika Wstępnie zaprojektowany i Zwalidowany siRNA | Ambion | 4390824 | interferencja RNA (RNAi) to najlepszy sposób na skuteczne obniżenie ekspresji genów w celu zbadania funkcji białek w szerokim zakresie typów komórek. |
| Odczynnik do transfekcji lipofekcjony RNAiMAX | Invitrogen | 13778075 | Odczynnik do transfekcji Lipofectamine RNAiMAX oferuje zaawansowane, wydajne rozwiązanie do dostarczania siRNA. Żaden inny odczynnik do transfekcji specyficznej dla siRNA nie zapewnia tak łatwego i wydajnego dostarczania siRNA w szerokiej gamie linii komórkowych, w tym w typowych typach komórek, komórkach macierzystych i komórkach pierwotnych, a także w tradycyjnie trudnych do transfekcji typach komórek. |
| Mysi anty-IQGAP1 | Invitrigen | 33-8900 | stężenie robocze: 1:400 w 5% roztworze mleka |
| koza anty-mysie IgG-HRP: sc-2005 | Santa Cruz | sc-2005 | stężenie robocze: 1:10000 w 5% roztworze mleka |
| PMSF | Sigma Aldrich | P 7626 | jest to inhibitor proteaz serynowych i acetylocholinoesterazy |
| Termocykler do badań RT-PCR | MJ Research MJ | Research Termocykler PTC-200 | umożliwia jednorodność temperatury i prędkość narastania do 3° C/sek. Protokół może być również wykonywany z innymi termocyklerami |
| Przyrząd Real Time RT-PCR System RT-PCR | Applied Biosystems | 7500 RT-PCR | Jest to pięciokolorowa platforma, która wykorzystuje odczynniki reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) na bazie fluorescencji w celu zapewnienia względnej kwantyfikacji przy użyciu porównawczego typu testu CT. Protokół może być również wykonywany z innymi termocyklerami |
| Spektrofotometry mikroobjętościowe | Thermo Scientific | Nanodrop | Zapewnia dokładny i szybki pomiar kwasowych nukleidów przy użyciu niewielkiej objętości próbki |
| System Blott | Bio-Rad | Trans-Blot Turbo | Wykonuje transfer sejmowo-suchy w ciągu kilku minut |
| System akwizycji obrazu i dokumentacja żelu | Obraz Bio-Rad | Chemidoc system | Jest łatwy w użyciu do detekcji chemiluminescencyjnej |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.