Журнал гликомики и липидомики
Открытый доступ

Абстрактный

Специфические структуры сиалогликанов на поверхности клеток коррелируют со способностью раковых клеток образовывать аваскулярные многоклеточные трехмерные опухолевые сфероиды и ксенотрансплантированные опухоли in vivo

Майрон Р. Шевчук

Многоклеточное образование трехмерных опухолевых сфероидов (MTS) в онкологических исследованиях было разработано для имитации опухолеподобных моделей развития in vitro. Известно, что рост и инвазия опухоли в значительной степени зависят от аберрантных сиалогликанов, специфичных для клеточной поверхности, на гликопротеинах клеточной поверхности. Аберрантные модели сиалогликанов, которые способствуют образованию MTS, не были хорошо определены. Чтобы оценить роль сиалирования поверхностей раковых клеток в образовании сфероидов, мы использовали подход цикло-RGDfK(TPP) для биохимической индукции агрегации и уплотнения клеток, превращая монослойные раковые клетки в опухолевые сфероиды. Платформа на основе пептида цикло-RGDfK(TPP) вызывает специфические биохимические изменения рецепторов клеточной поверхности, индуцируя самосборку в монослойных клеточных культурах в трехмерные MTS, облегчая распознавание клеток, взаимодействие и адгезию клеток. Сфероиды без матрицы из линий клеток рака молочной железы MCF-7 и поджелудочной железы PANC1 и их соответствующие варианты, устойчивые к тамоксифену (TMX) и гемцитабину (Gem), образовывали плотные сфероиды, в то время как все клетки PANC1 образовывали рыхлые агрегаты. Клетки MCF-7 и PANC1 и их варианты, устойчивые к лекарственным препаратам, экспрессировали различное содержание сиаловой кислоты (SA) на своих клеточных поверхностях. Поверхностные остатки α-2,3- и α-2,6-сиаловой кислоты способствовали образованию сфероидов при самосборке, индуцированной цикло-RGDfK(TPP). Предварительная обработка α-2,3-SA-специфическим  лектином Maackia amurensis  (MAL-II), α-2,6-SA-специфическим  лектином Sambucus nigra  (SNA) и экзогенной α-2,6-SA-специфической нейраминидазой ( Vibrio cholerae ) дозозависимо уменьшала объем сфероидов. Лечение осельтамивира фосфатом (OP) усилило агрегацию клеток и компактизацию, формируя сфероиды. Опухоли ксенотрансплантатов PANC1 и MDA-MB231 от нелеченных и леченных OP мышей с двойной мутацией RAGxCγ экспрессировали значительно более высокие уровни α-2,3-SA по сравнению с α-2,6-SA. В настоящем отчете приводятся доказательства важной роли специфических структур сиалогликана, экспрессируемых на раковых клетках, для формирования аваскулярных многоклеточных опухолевых сфероидов и опухолей ксенотрансплантатов in vivo. Будущие исследования должны основываться на этих результатах и ​​изучать альтернативные и новые методы нацеливания на гликом раковых клеток и уникальные паттерны сиалилирования молекул адгезии, участвующих в формировании сфероидов и прогрессировании опухоли.

Многоклеточный опухолевый сфероид (MTS) является перспективной платформой 3D-моделей, которая позволяет изучать развитие опухолевых клеток, морфологию, клеточную подвижность и лекарственную устойчивость  in vitro. MTS имитирует  микросреду in vivo  , которая играет доминирующую роль в множественной лекарственной устойчивости и различных клеточных процессах, включая эпителиально-мезенхимальный переход (EMT) и метастазирование. MTS обычно используются для скрининга новых противораковых препаратов. Поскольку сфероиды напоминают 3D-архитектуру аваскулярных опухолей, включая многоклеточное расположение и отложение внеклеточного матрикса, обычно обнаруживаемое  in vivo , сфероидные клетки также демонстрируют повышенную устойчивость к химиотерапии. Опухолевые сфероиды в матригеле или в матрицах на основе ECM являются хорошими моделями для изучения клеточной подвижности и антиметастатических соединений  in vitro . Однако новые образования MTS, особенно в условиях отсутствия матрицы, разрабатываются для изучения 3D-архитектуры аваскулярных моделей опухолей, особенно в отношении метастазирования, инвазии и терапевтического скрининга лекарственных препаратов. В настоящее время молекулярное развитие образования MTS раковыми клетками может включать (a) связывание белков клеточной поверхности с фибронектином, что индуцирует 3D-сцепление, (b) в условиях машины случайного позиционирования (RPM), имитирующих микрогравитацию, экспрессия 28 генов, помимо β-тубулина, взаимно контролируется ключевым геном цитокина интерлейкина-8 (IL-8 или CXCL8) в рамках 6 внеклеточных, 6 мембранных, 15 цитоплазматических и 2 ядерных белков и/или (c) взаимодействие интегринов с внеклеточным матриксом (ECM) и внутриклеточными компонентами внутри клеточного цитоскелета в частности в ответ на механическую стимуляцию.

Сообщалось, что формирование MTS включает ряд высокогликозилированных интегринов, таких как αvβ3 и α5β1 на поверхности клетки. Хорошо известно, что экспрессия интегринов коррелирует с метастазами при большом количестве видов рака. Поскольку интегрины являются высокогликозилированными рецепторами, в недавних отчетах рассматривалась измененная экспрессия сиалилированных гликопротеинов с повышенными уровнями α2,6-сиаловых кислот (SA) на поверхности клеток, которые связаны с метастазами колоректального рака, радиорезистентностью и химиорезистентностью. Кроме того, сообщалось, что измененная экспрессия сиалидазы(й) млекопитающих не является результатом метастатического потенциала, а скорее определяющего события, влияющего на метастатическую способность. В отчете было высказано предположение, что экспрессия SA на поверхности опухолевых клеток, по-видимому, варьируется от клетки к клетке. Другие отчеты показали, что измененное сиалилирование гликопротеинов тесно связано с метастатическим потенциалом и инвазивностью клеток. Что касается интегринов, Poche