Nádorové kmenové buňky - CSCs (Cancer stem cells) Původ CSCs ? a) somatické kmenové buňky b) TA buňky (progenitory)* Podstatou je akumulace chyb v regulaci diferenciace, proliferace a apoptósy. Tyto chyby mohou být jak na základě poškození/změn DNA (genů - mutace, translokace,..), tak na úrovni epigenetických mechanismů, případně kombinací obou. => chybná odpověď na vnější signály (růstové faktory, proteiny ECM, buňky) Norma 5 tem ce Progenitor o :i an 5 it-.amplify cells Cancer s tem cel Lze i experimentálně navodit zvýšením exprese oncogenu, např ras + myc. Kmenové buňky nádorů jsou zodpovědné za návrat (relaps) onemocnění a metastáze CSCs podobně jako jiné SSC -> rezistence na toxické faktory (MDR proteiny) -> pomalá proliferace (=>self-renewal) - in vivo mají všechny nádory benigní/maligní/metastázující CSC? ne všechny buňky izolované z nádorů jsou schopny dávat nádorům vzniknout in vitro jsou nádorové linie s SP buňkami (jejich SC ???) i bez SP buněk! SSCs jsou pro danou tkáň prakticky stejné, u CSCs to ale neplatí (rozdíly ve fenotypu i genotypu) = mnohé nádory i CSCs mají jedinečné vlastnosti! potenciál CSC je závislý na původní buňce -> CSC z diferenciačné časnějších typů mají „agresivnější" fenotyp Hypotetický „niche" nádorových kmenových buněk - model neurální CSC Bbftd vessels Secréled factors CSC niche ^ Self-renewal Drjg resistance Radiation resistance Differentiation CSC-specific antigens Ailles & Weissman, 2007 Primary tu mar Metastasis or iKSl recurrence Tumor resection and adjuvant tnsrepy TEiclt of TAngiogenic quiescence switch! Exit of TAngiogenic quiescence switch Spontaneous reversion after long In vivo ■ i r i ■ ■ - ■ Model regulace tumorogeneze přesmykem aktivity MAPK Erk a p38 Ranganathan 2006 A - znázornění progrese nádoru u pacienta B - proliferace x dormance (quiescence) nádorových buněk v závislosti na aktivitě MAPK Erk a p38 C - mechanismus aktivace Erk a p38 FN fibril s Integrln ^ ĚGFň IIIJil*I.WI.IJJ.IIIH^ MBHIIWIIBIIII^ ^ FN molecules • * • * EGFR Intrjgrin FAK inliibitio i Erk \ JL CDC42 Praliferation Tumorigenic ty p38 \ Umu/tli Arrest I: ■ Tu ■ ■■ ■■ t Proliferation Growth Arrest Tu moři gen i city Dormancy Dobře prokázané CSCs jsou u nádorů původu neurálního hematopoetického prsního Hematopoeticke CSCs Normal Hematopoiesis C CSCs specifická terapie) CML - charakteristický fůzní gen BCR-ABL (=> nadbytek ABL kinázy), inhibitory ABL (imatinib mesylate, dasatinib) potlačují leukémii, ale ne její SCs, => vysazení vede k obnově onemocnění BCR-ABL - Breakpoint Cluster Region-Abelson Kinase D iff event! AtiOfi Point mutations deletions translocations CD34+, CD38-ABCG1+. ABCB1+ Se If-renewal Leukemia stem cell Able to re populate bm in irradiated NOD-SCID mice Mouse does get leukemia CD34+, CD38+ ABCG1-. ABCB1- AML Unable to repopulate BM in irradiated NOD-SCID mice Mouse does not net leukemia Kmenové buňky akutní myeloidní leukémie > schopné osídlit kostní dřeň příjemce > schopné indukovat AML > akumulace nezralých buněk (i bez liniové specifikace) Misaghian et al., 2009 Kmenové buňky chronické myeloidní leukémie - fenotypem jsou často velmi podobné normálním HSC Hematopoietic/myeloid stem cell BCR-ABL translocation point mutations in BCR-ABL other deletions CD34+, CD38-Thy-1+, Lln- Sclcction for expression changes which are linked to survival Increased cytokine, drug transporter, Oct-1, p-catenin and other genes Sel f-renewal Differentiation B C R-A B L Tra ns locatic n CD34+, CD38+ Lin- Sol ectlo n f o t exp rosel on changes which are linked to průliferatior CTIL stem cell Insensitive to BCR-ABL targeted therapy CML Sensitive to BCR-ABL targeted t hp rap y leukémie tvořena zralými typy buněk (např. granulocyty) Vznik Philadelphia chromozómu přítomného v buňkách CML gen BCR ^^^f*r\ chromozom 22 gen ap/ chromozom 9 gen BCR/abl Adam et al. 2003 Ph chromozom Misaghian et al., 2009 Akutní lymfoidní leukémie - ALL > příčinou může být vznik Philadelphia Chromosom u (fůze Bcr/Abl) > ALL SC (stejně jako CM L) fenotyp CD34+CD38" > nadprodukce nezralých lymfoidních buněk Chronická lymfoidní leukémie - CLL > nadprodukce B a T lymfoidních buněk > sebeobnova i u zralých buněk -> CLL SC jak z HCS tak z diferencujících typů Původ jednotlivých typů ✓ HSC nebo pre-B buňky => ALL /zB buněk folikulárního pláště (follicular mantle B cells) => většina lymfomů + nepříznivá (unfavorable) CLL /zB buněk germinálního centra => ne-Hodgkinovy lymfomy S z paměťových B buněk => mnohočetný myelom, Hodgkinovy lymfomy, příznivá (favorable) CLL Fenotyp a geneze buněk lymfoidních leukémií neurální CSCs vytvářejí (v kultuře) podobně jako NSCs sférické plovoucí útvary (= neurosféry) neurosféry mohou být rozs uspěn d ovány na jednotlivé buňky, z nichž některé jsou multipotentní a jsou schopné vytvořit novou neurosféru, případně dávat vznik všem známým skupinám neurálních buněk (neurony + glie, stejné pro NSC i NCSC) NSCs i NCSCs exprimují povrchový antigén CD133 (AC133), případně i nestiň, u některých gliomů bylo prokázáno, že pouze CD133+ buňky izolované z těchto nádorů jsou schopné tyto nádory po transplantaci vyvolávat, kdežto ostatní buňky ze stejného nádoru ne, a to ani v případě aplikace o 104 vyšší koncentrace buněk u NCSCs je také dobře prokázán vznik jak z NSCs, tak z neurálních prekurzorů (TA buněk, pro které jsou známy dlouhodobé kultivační podmínky pro růst in vitro) Glioblastom a potenciální význam BMP pro jeho eliminaci / terapii Treatment with ionizing radiation GHo Westerns " - ■ - - ii-i-i Tumour shrinks but CD133" tůlls percisT b Treatment with BMP* Glioblastcca CÖ1331-calls GIJOblaBTOITlE pfors^ r.itoi- cell's Tumour 34trlO kmenové buňky mléčných žlaz jsou schopné dát vznik prsní tkání po transplantaci do vhodného prostředí z metastázujících prsních nádorů byly izolovány buňky CD44+/CD24-, schopné tyto nádory vyvolávat po následné transplantaci, oproti 100 násobnému množství ostatních buněk izolovaných z takového nádoru ❖ pravděpodobně ne všechny CD44+/CD24- mají potenciál CSC ♦> CD44+/CD24- buňky nejsou také pravděpodobně odvozeny od MaSCs ale od TA Multipotential LT-LRC ST-LRC SP/TA SCA1 ? 1 1 II E-cadherin |^ Integrin DP Double positive D N Double negative p21°P Msi1 CK19 K1B/K14 DP EMA/CALLA D N ER PR KG Committed Luminal Woodward, 2005 l 11 JL. II A. II J Myoepithelial LT-LCR (long term label retaining cell), ST-LRC (short term LRC), ER - receptor pro estrogen PR - receptor pro progeteron, CD24 - povrchový protein s GPI kotvou, CD44 (H-CAM) S. No Cancer type Markers for CSC population 1. Brain Tumors CDI33+ 2. Breast Cancer CD2^lo*/C[>44+/ESA+ 3. Ovarian Cancer CD 133+/Side population (SPyCD44+, CD 117+ 4. Lwng Cancer CDI33+ 5. Prostate Cancer CD44+/a2ß IWCD 133+ 6. Pancreatic Cancer CD44+/CD24+/ESA/CDI33+ 7. Hepatocellular Cancer CDI33+ a Hematological Malignancies CD34+/CD3Ö- 9. Colon Cancer CD 133+/CD44VLinVESA+ 10. Head and Neck Cancer CD44+ Fenotyp nádorových kmenových buněk a jejich zdravých ekvivalentů 1 Orgofi Cancer if pe Norm d item ceil markers Cancer stem cell morfcerc Hematopoietic Breast Brain Skin Prostate Tongue, Larynx, Throat and Sinus Pancreas Leukemia Mammary cancer Brain tumor Melanoma cancer Prostate cancer Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) Pancreatic cancer CD34+CD3S-ThyKirv CD24™* CDI33+Lin-CD20-CDI&- Nestin- CD44 CD24ÍD44ESA CD34*CD33-Thrl-Lin- CD44*CD24^ESA+Un- CDI33+ Nestin CD20+CDIÉÉ+Nestint CD44ta1plKľDI33+ CD44* CD24*0>44+ESA+ Ponnusamy & Batra, 2008