Buscando vías de controlador de adquirir resistencia a la terapia dirigida: sensibilidad restaurar por Gene Knock-down y generación Subclone resistente a los medicamentos
Summary
Se trata de un protocolo de tiempo y costo efectiva en vitro investigando los mecanismos de resistencia adquirida a agentes terapéuticos dirigidos, que es una gran necesidad médica en el manejo del cáncer.
Abstract
Las últimas dos décadas han visto un cambio de fármacos citotóxicos a terapia dirigida en oncología médica. Aunque agentes terapéuticos dirigidos han demostrado eficacia clínica más impresionante y minimizado los efectos adversos de los tratamientos tradicionales, resistencia a las drogas se ha convertido en la principal limitación para sus beneficios. Han desarrollado varios modelos preclínicos/in vitro/in vivo de resistencia adquirida a agentes dirigidos en la práctica clínica principalmente mediante el uso de dos estrategias: i) genética manipulación para el modelado de genotipos de resistencia adquirida y ii) en vitro / vivo en selección de modelos resistentes. En el presente trabajo, proponemos un marco unificador para la investigación de los mecanismos subyacentes responsables de la resistencia adquirida a agentes terapéuticos dirigidos, a partir de la generación de subclones celulares resistente a los medicamentos a la descripción de procedimientos utilizados para restaurar la sensibilidad a los inhibidores de silenciamiento. Este tiempo y costo efectiva enfoque simple es ampliamente aplicable y podría ampliarse fácilmente para investigar mecanismos de resistencia a otras drogas terapéuticas específicas en diferentes tumor histotypes.
Introduction
Después de los cruciales descubrimientos en biología molecular y celular, se han desarrollado una serie de novela sintetizadas moléculas contra el cáncer para atacar selectivamente las vías de señalización oncogénicas en una amplia gama de tipos de tumores. En particular, compuestos de químicos sintéticos es decir, de dos categorías de agentes terapéuticos dirigidos con propiedades únicas en oncología, y anticuerpos monoclonales recombinantes, se sabe que han logrado éxitos clínicos y atención del cáncer dramáticamente alterada en las últimas décadas1,2,3.
Sin embargo, a pesar de su impresionante respuesta inicial al tratamiento, la mayoría de los pacientes con cáncer ha desarrollado resistencia a los medicamentos a todos los agentes terapéuticos específicos, anticuerpos monoclonales y los inhibidores de la cinasa. Como consecuencia, resistencia a las drogas, el gran obstáculo para medicamentos contra el cáncer clásico4, sigue siendo un gran desafío para nuevas terapias dirigidas5,6.
Resistencia a la terapia dirigida puede ser intrínseca (es decir, primario) o adquirido (es decir, secundaria). Resistencia intrínseca describe de nuevo la falta de respuesta a la terapia, mientras que resistencia secundaria se produce después de un período de respuesta a drogas tratamiento7. Esta última es causada por brotes de cohortes pequeñas de las células del tumor dentro de la mayor parte del tumor primitivo o ubicada en lugares anatómicos crípticos distales, exhibiendo hasta el 90% resistencia a uno o más dirigidos a agentes terapéuticos. Mecanismos moleculares que subyacen a un desarrollo de la resistencia a la terapia dirigida principalmente resultan de mutaciones en el gen blanco y redundante activación de otras vías de señalización de supervivencia Pro, cuya comprensión todavía está lejos de completo8.
En este trabajo, propone un enfoque de tiempo y costo efectiva para investigar en vitro los mecanismos de resistencia adquirida a agentes terapéuticos dirigidos, a partir de la generación de subclones celulares resistente a los medicamentos a la descripción de silenciamiento procedimientos utilizados para la restauración de la sensibilidad al inhibidor, una herramienta crucial para probar y validar las hipótesis de trabajo. En particular, nuestro acercamiento fue utilizado para investigar, en el cáncer gástrico, los mecanismos de resistencia al trastuzumab (por ejemplo, Herceptin), un anticuerpo monoclonal humanizado contra el dominio extracelular de HER2 proteína9. Trastuzumab + quimioterapia es ampliamente aceptado como el tratamiento estándar de primera línea para cáncer de mama metastásico HER2-positivo. Gracias a recientes estudios preclínicos demostrando anti-HER2 terapias tienen actividad significativa en ambos en vitro y en vivo positivo para HER2 cáncer de estómago modelos10,11, fármacos moleculares dirigidas a HER2 han sido examinado extensamente en ensayos clínicos, algunos de los cuales están todavía en curso, en pacientes con cáncer gastroesofágico12,13,14,15.
Estos estudios han hecho hincapié en el creciente número de pacientes que experimentan resistencia a trastuzumab16, similar a lo observado por otros inhibidores de la terapéuticas específicas. En particular, la tasa de respuesta de trastuzumab fue de 47% y la mediana de supervivencia global para pacientes con trastuzumab + quimioterapia fue superior para los pacientes en quimioterapia solo17sólo 2,7 meses. Esto sugiere que mientras que la resistencia al trastuzumab primaria predomina, la resistencia al trastuzumab secundaria es inevitable. Por esta razón, hay necesidad urgente de aclarar los mecanismos que causan la resistencia de la terapia dirigida HER2 en cáncer gástrico, que es aún más problemático dada la heterogeneidad genética intra tumoral de esta neoplasia18.
Además, mecanismos de resistencia al trastuzumab en el cáncer gástrico han probado difíciles de explicar, parcialmente debido a la dificultad en la obtención de representante de modelos preclínicos confiable de esta condición. Oshima et al reportó un método de selección en vivo de líneas celulares de cáncer gástrico trastuzumab-resistente, que consiste en una cultura repetida de una pequeña metástasis peritoneal residual después del tratamiento con trastuzumab19. Sin embargo, la necesidad de un recinto, de conocimientos específicos manejo de animales y de la aprobación del Comité de ética Animal contribuyó a lo que es un método de consumo de tiempo y costo. El enfoque se describe en este trabajo es simple y ampliamente aplicables y podría ampliarse fácilmente para investigar los mecanismos de resistencia a otras drogas terapéuticas en el tumor diferentes histotypes20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Personalizado y dirigido terapias han suscitado entusiasmo creciente, estas supuestas terapias ‘inteligentes’ enfrentan el mismo obstáculo importante como drogas de la quimioterapia tradicional, es decir, la adquisición rápida e impredecible de la farmacorresistencia. Para mejorar los resultados de la terapia dirigida, deben resolverse problemas de resistencia a los fármacos a través de una mejor comprensión de los mecanismos que las causan. Aquí, presentamos una metodología ampliamente accesible en …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a Dr. Verónica Zanoni por editar el manuscrito.
Materials
| Trizol Reagent | Invitrogen | 15596026 | TRIzol Reagent is a reagent for isolating high-quality total RNA or simultaneously isolating RNA, DNA, and protein from a variety of biological samples |
| ISCRIPT CDNA SYNTHESIS KIT | Bio-Rad | 1708891 | The iScript cDNA synthesis kit is a sensitive and easy-to-use first-strand cDNA synthesis kit for gene expression analysis using real-time qPCR. |
| TaqMan gene expression assay | Life Technologies | 4331182 | Applied Biosystems TaqMan Gene Expression Assays consist of a pair of unlabeled PCR primers and a TaqMan probe with an Applied Biosystems FAM or VIC dye label on the 5’ end and minor groove binder (MGB) and nonfluorescent quencher (NFQ) on the 3’ end. |
| M-PER Mammalian Protein Extraction Reagent | Thermo Scientific | 78501 | Thermo Scientific M-PER Mammalian Protein Extraction Reagent is designed to provide highly efficient total soluble protein extraction from cultured mammalian cells. |
| Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail (100X) | Thermo Scientific | 78440 | Thermo Scientific Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail (100X) provides the convenience of a single solution with full protein sample protection for cell and tissue lysates. |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | The Thermo Scientific Pierce BCA Protein Assay Kit is a two-component, high-precision, detergent-compatible assay reagent set to measure (A562nm) total protein concentration compared to a protein standard. |
| 4x Laemmli Sample Buffer | Bio-Rad | 1610747 | Use 4x Laemmli Sample Buffer for preparation of samples for SDS PAGE. For reduction of samples, add a reducing agent such as 2-mercaptoethanol to the buffer prior to mixing with the sample. |
| 4–20% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels | Bio-Rad | 456-1094 | Long-life TGX (Tris-Glycine eXtended) Gels have a novel formulation and can be used for both standard denaturing protein separations as well as native electrophoresis. |
| Precision Plus Protein WesternC Blotting Standards | Bio-Rad | 1610376 | Precision Plus Protein Prestained Standards are available in Dual Color, All Blue, Kaleidoscope, and Dual Xtra formats. All four have the same gel migration patterns, with 3 high-intensity reference bands (25, 50, and 75 kD). |
| 10x Tris/Glycine/SDS | Bio-Rad | 1610732 | 10x Tris/glycine/SDS is a premixed running buffer for separating protein samples by SDS-PAGE. |
| Trans-Blot Turbo Mini PVDF Transfer Packs | Bio-Rad | 1704156 | Trans-Blot Turbo Mini PVDF Transfer Packs for fast, efficient transfer of proteins from mini gels using the Trans-Blot Turbo Transfer System. Each vacuum sealed, ready-to-use transfer pack contains two buffer-saturated ion reservoir stacks and a prewetted PVDF membrane. |
| Precision Protein StrepTactin-HRP Conjugate | Bio-Rad | 1610381 | StrepTactin-Horseradish Peroxidase (HRP) Conjugate for chemiluminescent or colorimetric detection of Precision Plus Protein Unstained Protein Standards or Precision Plus Protein WesternC Protein Standards on western blots. |
| Immun-Star WesternC solution | Bio-Rad | 5572 | Immun-Star WesternC solution, a method of protein detection , detects mid-femtogram amounts of protein. |
| Universal Negative Control | Invitrogen | 12935300 | Negative Control siRNA has no significant sequence similarity to mouse, rat, or human gene sequences. The control has also been tested in cell-based screens and proven to have no significant effect on cell proliferation, viability, or morphology. |
| opti-MEM Glutamax Medium | Thermo Fisher Scientific | 51985026 | Opti-MEM Medium is an improved Minimal Essential Medium (MEM) that allows for a reduction of Fetal Bovine Serum supplementation by at least 50% with no change in growth rate or morphology. |
| Silencer Select Pre-Designed & Validated siRNA | Ambion | 4390824 | RNA interference (RNAi) is the best way to effectively knock down gene expression to study protein function in a wide range of cell types. |
| Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent | Invitrogen | 13778075 | Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent offers an advanced, efficient solution for siRNA delivery. No other siRNA specific transfection reagent provides such easy and efficient siRNA delivery in a wide variety of cell lines including common cell types, stem cells and primary cells, as well as traditionally hard-to-transfect cell types. |
| Mouse anti-IQGAP1 | Invitrigen | 33-8900 | working concentration: 1:400 in 5% milk solution |
| goat anti-mouse IgG-HRP: sc-2005 | Santa Cruz | sc-2005 | working concentration: 1:10000 in 5% milk solution |
| PMSF | Sigma Aldrich | P 7626 | this is an inhibitor of serine proteases and acetylcholinesterase |
| Thermocycler for RT-PCR | MJ Research | MJ Research PTC-200 Thermal Cycler | it allows temperature homogeneity and a ramping speed of up to 3°C/sec. The protocol can be performed also with other thermalcyclers |
| Real Time RT-PCR instrument | Applied Biosystems | 7500 RT-PCR system | This is a five-color platform that uses fluorescence-based polymerase chain reaction (PCR) reagents to provide a relative quantification using comparative CT assay type. The protocol can be performed also with other thermalcyclers |
| Microvolume Spectrophotometers | Thermo Scientific | Nanodrop | It provides an accurate and fast acid nucleid measurement using little volume of sample |
| Blotting system | Bio-Rad | Trans-Blot Turbo system | It perfoms a semy-dry transfer in a few minutes |
| Image acquisition system and gel documentation | Bio-Rad | Chemidoc image system | It is easy to use for chemiluminescent detection |
References
- Gerber, D. E. Targeted therapies: a new generation of cancer treatments. Am Fam Physician. 77 (3), 311-319 (2008).
- Zhang, J., Yang, P. L., Gray, N. S. Targeting cancer with small molecule kinase inhibitors. Nat Rev Cancer. 9 (1), 28-39 (2009).
- Nelson, A. L., Dhimolea, E., Reichert, J. M. Development trends for human monoclonal antibody therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 9 (10), 767-774 (2010).
- Chabner, B. A., Roberts, T. G. Timeline: Chemotherapy and the war on cancer. Nat Rev Cancer. 5 (1), 65-72 (2005).
- Gilbert, L. A., Hemann, M. T. Chemotherapeutic resistance: surviving stressful situations. Cancer Res. 71 (15), 5062-5066 (2011).
- Izar, B., Rotow, J., Gainor, J., Clark, J., Chabner, B. Pharmacokinetics, clinical indications, and resistance mechanisms in molecular targeted therapies in cancer. Pharmacol Rev. 65, 1351-1395 (2013).
- Ellis, L. M., Hicklin, D. J. Resistance to Targeted Therapies: Refining Anticancer Therapy in the Era of Molecular Oncology. Clin Cancer Res. 15 (24), 7471-7478 (2009).
- Asić, K. Dominant mechanisms of primary resistance differ from dominant mechanisms of secondary resistance to targeted therapies. Crit Rev Oncol Hematol. 97, 178-196 (2016).
- Arienti, C., et al. Preclinical evidence of multiple mechanisms underlying trastuzumab resistance in gastric cancer. Oncotarget. 7 (14), 18424-18439 (2016).
- Tanner, M., et al. Amplification of HER-2 in gastric carcinoma: association with Topoisomerase IIalpha gene amplification, intestinal type, poor prognosis and sensitivity to trastuzumab. Ann Oncol. 16 (2), 273-278 (2005).
- Bang, Y. J., et al. Trastuzumab in combination with chemotherapy versus chemotherapy alone for treatment of HER2-positive advanced gastric or gastro-oesophageal junction cancer (ToGA): a phase 3, open-label, randomised controlled trial. Lancet. 376 (9742), 687-697 (2010).
- Shimoyama, S. Unraveling trastuzumab and lapatinib inefficiency in gastric cancer: Future steps (Review). Mol Clin Oncol. 2 (2), 175-181 (2014).
- Kelly, C. M., Janjigian, Y. Y. The genomics and therapeutics of HER2-positive gastric cancer-from trastuzumab and beyond. J Gastrointest Oncol. 7 (5), 750-762 (2016).
- Wong, S. S., et al. Genomic landscape and genetic heterogeneity in gastric adenocarcinoma revealed by whole-genome sequencing. Nat Commun. 5, 5477 (2014).
- Oshima, Y., et al. Lapatinib sensitivities of two novel trastuzumab-resistant HER2 gene-amplified gastric cancer cell lines. Gastric Cancer. 17 (3), 450-462 (2014).
- Pignatta, S., et al. Prolonged exposure to (R)-bicalutamide generates a LNCaP subclone with alteration of mitochondrial genome. Mol Cell Endocrinol. 382 (1), 314-324 (2014).
