Cellule staminali cancerose - Cancer stem cell

Figura 1: Terapie contro il cancro specifiche e convenzionali per le cellule staminali

Le cellule staminali tumorali ( CSC ) sono cellule cancerose (trovate all'interno di tumori o tumori ematologici ) che possiedono caratteristiche associate alle cellule staminali normali , in particolare la capacità di dare origine a tutti i tipi di cellule presenti in un particolare campione di cancro. Le CSC sono quindi tumorigeniche (formanti tumori), forse in contrasto con altre cellule tumorali non tumorali. Le CSC possono generare tumori attraverso i processi di auto-rinnovamento e differenziazione delle cellule staminali in più tipi di cellule. Si ipotizza che tali cellule persistano nei tumori come popolazione distinta e causino ricadute e metastasi dando origine a nuovi tumori. Pertanto, lo sviluppo di terapie specifiche mirate alle CSC fa sperare in un miglioramento della sopravvivenza e della qualità della vita dei malati di cancro, specialmente per i pazienti con malattia metastatica .

I trattamenti antitumorali esistenti sono stati sviluppati principalmente sulla base di modelli animali , dove le terapie in grado di promuovere la riduzione del tumore sono state ritenute efficaci. Tuttavia, gli animali non forniscono un modello completo della malattia umana. In particolare, nei topi, la cui durata di vita non supera i due anni, la ricaduta tumorale è difficile da studiare.

L'efficacia dei trattamenti contro il cancro è, nelle fasi iniziali dei test, spesso misurata dalla frazione di ablazione della massa tumorale ( uccisione frazionata ). Poiché le CSC formano una piccola parte del tumore, questo potrebbe non necessariamente selezionare farmaci che agiscono specificamente sulle cellule staminali. La teoria suggerisce che le chemioterapie convenzionali uccidono le cellule differenziate o differenzianti, che formano la maggior parte del tumore ma non generano nuove cellule. Una popolazione di CSC, che l'ha originata, potrebbe rimanere intatta e causare ricadute.

Le cellule staminali del cancro sono state identificate per la prima volta da John Dick nella leucemia mieloide acuta alla fine degli anni '90. Sin dai primi anni 2000 sono stati un intenso centro di ricerca sul cancro . Il termine stesso è stato coniato in un articolo molto citato nel 2001 dai biologi Tannishtha Reya , Sean J. Morrison , Michael F. Clarke e Irving Weissman .

Modelli di propagazione del tumore

In diversi sottotipi di tumore , le cellule all'interno della popolazione tumorale mostrano eterogeneità funzionale e i tumori sono formati da cellule con varie capacità proliferative e differenziative . Questa eterogeneità funzionale tra le cellule tumorali ha portato alla creazione di più modelli di propagazione per tenere conto dell'eterogeneità e delle differenze nella capacità rigenerativa del tumore: le cellule staminali tumorali (CSC) e il modello stocastico. Tuttavia, alcune prospettive sostengono che questa demarcazione sia artificiale, poiché entrambi i processi agiscono in modo complementare per quanto riguarda le popolazioni tumorali reali. È importante notare che mentre nell'epitelio esofageo umano sano il carico proliferativo è soddisfatto da un epitelio basale che si divide stocasticamente. Al momento della sua transizione all'epitelio dell'esofago di Barrett, tuttavia, appare un piccolo compartimento dedicato alle cellule staminali che supporta la proliferazione dell'epitelio, mentre contemporaneamente scompare l'evidenza di un compartimento in divisione stocastica che contribuisce al mantenimento del tessuto. Quindi, almeno per alcuni tessuti neoplastici, compartimenti dedicati alle cellule staminali mantengono e ingrandiscono le dimensioni del compartimento trasformato

Figura 2: Una normale gerarchia cellulare comprendente cellule staminali all'apice, che generano cellule progenitrici comuni e più limitate e, infine, i tipi di cellule mature che costituiscono particolari tessuti.
Figura 3 . Nel modello delle cellule staminali tumorali (CSC), solo le CSC hanno la capacità di generare un tumore, in base alle loro proprietà di autorinnovamento e al potenziale proliferativo.

Il modello delle cellule staminali del cancro

Il modello delle cellule staminali del cancro, noto anche come modello gerarchico, propone che i tumori siano organizzati gerarchicamente (CSC che si trovano all'apice (Fig. 3)). All'interno della popolazione tumorale dei tumori ci sono cellule staminali del cancro (CSC) che sono cellule tumorigeniche e sono biologicamente distinte dalle altre sottopopolazioni Hanno due caratteristiche distintive: la loro capacità a lungo termine di autorinnovarsi e la loro capacità di differenziarsi in una progenie che non è cancerogena ma contribuisce comunque alla crescita del tumore. Questo modello suggerisce che solo alcune sottopopolazioni di cellule staminali tumorali hanno la capacità di guidare la progressione del cancro, il che significa che ci sono caratteristiche specifiche (intrinseche) che possono essere identificate e quindi mirate a distruggere un tumore a lungo termine senza la necessità di combattere il intero tumore.

Modello stocastico

Perché una cellula diventi cancerosa deve subire un numero significativo di alterazioni nella sua sequenza di DNA. Questo modello cellulare suggerisce che queste mutazioni potrebbero verificarsi in qualsiasi cellula del corpo con conseguente cancro. Essenzialmente questa teoria propone che tutte le cellule abbiano la capacità di essere tumorigeniche rendendo tutte le cellule tumorali equipotenti con la capacità di autorinnovarsi o differenziarsi, portando all'eterogeneità del tumore mentre altre possono differenziarsi in non-CSC Il potenziale della cellula può essere influenzato da fattori genetici o fattori epigenetici , che determinano cellule fenotipicamente diverse sia nelle cellule tumorigeniche che in quelle non tumorali che compongono il tumore. Secondo il “modello stocastico” (o “modello di evoluzione clonale”) ogni cellula cancerosa in un tumore potrebbe acquisire la capacità di autorinnovarsi e differenziarsi alle numerose ed eterogenee linee di cellule cancerose che compromettono un tumore

Queste mutazioni potrebbero accumularsi progressivamente e migliorare la resistenza e l'idoneità delle cellule che consentono loro di competere con altre cellule tumorali, meglio noto come modello di evoluzione somatica . Il modello di evoluzione clonale, che si verifica sia nel modello CSC che nel modello stocastico, postula che le cellule tumorali mutanti con un vantaggio di crescita superino le altre. Le cellule della popolazione dominante hanno un potenziale simile per iniziare la crescita del tumore. (fig.4).

Figura 4: Nel modello di evoluzione clonale, tutte le cellule indifferenziate hanno possibilità simili di trasformarsi in cellule tumorigeniche.

Questi due modelli non si escludono a vicenda, poiché le stesse CSC subiscono un'evoluzione clonale. Pertanto, possono emergere le CSC secondarie più dominanti, se una mutazione conferisce proprietà più aggressive (Fig. 5).

Legare insieme CSC e modelli stocastici

Uno studio del 2014 sostiene che il divario tra questi due modelli controversi può essere colmato fornendo una spiegazione alternativa dell'eterogeneità del tumore. Dimostrano un modello che include aspetti di entrambi i modelli stocastico e CSC. Hanno esaminato la plasticità delle cellule staminali del cancro in cui le cellule staminali del cancro possono passare tra cellule staminali non cancerose (non CSC) e CSC tramite in situ supportando un modello più stocastico. Ma l'esistenza di entrambe le popolazioni non-CSC e CSC biologicamente distinte supporta un modello più CSC, proponendo che entrambi i modelli possono svolgere un ruolo vitale nell'eterogeneità del tumore.

Figura 5 : Entrambi i modelli di tumore possono svolgere un ruolo nel mantenimento di un tumore. Inizialmente, la crescita del tumore è assicurata da una CSC specifica (CSC1). Con la progressione del tumore, può insorgere un'altra CSC (CSC 2) a causa della selezione clonale . Lo sviluppo di un nuovo CSC più aggressivo può derivare dall'acquisizione di un'ulteriore mutazione o modifica epigenetica .

Il modello immunologico delle cellule staminali del cancro

Questo modello suggerisce che le proprietà immunologiche possono essere importanti per comprendere la tumorigenesi e l'eterogeneità. Pertanto, le CSC possono essere molto rare in alcuni tumori, ma alcuni ricercatori hanno scoperto che una grande percentuale di cellule tumorali può avviare tumori se trapiantata in topi gravemente immunocompromessi, e quindi ha messo in dubbio la rilevanza delle CSC rare. Tuttavia, sia le cellule staminali che le CSC possiedono proprietà immunologiche uniche che le rendono altamente resistenti all'immunosorveglianza. Pertanto, solo le CSC possono essere in grado di seminare tumori in pazienti con immunosorveglianza funzionale e il privilegio immunitario può essere un criterio chiave per identificare le CSC. Inoltre, il modello suggerisce che le CSC possono inizialmente dipendere da nicchie di cellule staminali e le CSC possono fungere da serbatoio in cui le mutazioni possono accumularsi per decenni senza restrizioni del sistema immunitario. I tumori clinicamente evidenti possono crescere se: A) le CSC perdono la loro dipendenza da fattori di nicchia (tumori meno differenziati), B) la loro progenie di cellule tumorali normali altamente proliferative, ma inizialmente immunogeniche, evolvono significa sfuggire all'immunosorveglianza o C) il sistema immunitario può perdere la sua capacità di soppressione del tumore, ad esempio a causa dell'invecchiamento.

Discussione

L'esistenza delle CSC è in discussione, perché molti studi non hanno trovato cellule con le loro caratteristiche specifiche. Le cellule cancerose devono essere capaci di una continua proliferazione e autorinnovamento per mantenere le numerose mutazioni necessarie per la carcinogenesi e per sostenere la crescita di un tumore, poiché le cellule differenziate (vincolate dal limite di Hayflick ) non possono dividersi indefinitamente. Per considerazioni terapeutiche, se la maggior parte delle cellule tumorali è dotata di proprietà di cellule staminali, mirare direttamente alle dimensioni del tumore è una strategia valida. Se i CSC sono una piccola minoranza, prenderli di mira potrebbe essere più efficace. Un altro dibattito è sull'origine delle CSC - se dalla disregolazione delle cellule staminali normali o da una popolazione più specializzata che ha acquisito la capacità di autorinnovarsi (che è correlata al problema della plasticità delle cellule staminali ). A confondere questo dibattito è la scoperta che molte cellule tumorali dimostrano una plasticità fenotipica sotto sfida terapeutica, alterando i loro trascrittomi in uno stato più simile a uno stelo per sfuggire alla distruzione.

Prova

La prima prova conclusiva per le CSC è arrivata nel 1997. Bonnet e Dick hanno isolato una sottopopolazione di cellule leucemiche che esprimevano il marker di superficie CD34 , ma non CD38 . Gli autori hanno stabilito che la sottopopolazione CD34 + /CD38 − è in grado di avviare tumori nei topi NOD/ SCID che erano istologicamente simili al donatore. La prima prova di una cellula staminale tumorale solida è seguita nel 2002 con la scoperta di una cellula clonogenica, formante una sfera, isolata e caratterizzata da gliomi del cervello umano adulto . I tumori gliali corticali umani contengono cellule staminali neurali che esprimono marcatori astrogliali e neuronali in vitro . Le cellule staminali del cancro isolate da gliomi umani adulti hanno dimostrato di indurre tumori che assomigliavano al tumore genitore quando innestate in modelli di topo nudo intracranico.

Negli esperimenti di ricerca sul cancro , le cellule tumorali vengono talvolta iniettate in un animale da esperimento per stabilire un tumore. La progressione della malattia viene quindi seguita nel tempo e nuovi farmaci possono essere testati per la loro efficacia. La formazione del tumore richiede l'introduzione di migliaia o decine di migliaia di cellule. Classicamente, questo è stato spiegato dalla scarsa metodologia (cioè, le cellule tumorali perdono la loro vitalità durante il trasferimento) o dall'importanza critica del microambiente, il particolare ambiente biochimico delle cellule iniettate. I sostenitori del paradigma CSC sostengono che solo una piccola frazione delle cellule iniettate, le CSC, ha il potenziale per generare un tumore. Nella leucemia mieloide acuta umana la frequenza di queste cellule è inferiore a 1 su 10.000.

Ulteriori prove provengono dall'istologia . Molti tumori sono eterogenei e contengono più tipi cellulari nativi dell'organo ospite. L'eterogeneità del tumore è comunemente mantenuta dalle metastasi tumorali . Ciò suggerisce che la cellula che li ha prodotti aveva la capacità di generare più tipi di cellule, un classico segno distintivo delle cellule staminali .

L'esistenza di cellule staminali leucemiche ha stimolato la ricerca su altri tipi di cancro. Le CSC sono state recentemente identificate in diversi tumori solidi, tra cui:

  • Cervello
  • Seno
  • Colon
  • ovaio
  • Pancreas
  • Prostata
  • Melanoma
  • Mieloma multiplo
  • Cancro della pelle non melanoma

Modelli meccanicistici e matematici

Una volta ipotizzate le vie per il cancro, è possibile sviluppare modelli matematici predittivi , ad esempio basati sul metodo del compartimento cellulare . Ad esempio, le crescite di cellule anormali possono essere indicate con specifiche probabilità di mutazione. Tale modello prevedeva che l'insulto ripetuto alle cellule mature aumenta la formazione di progenie anormale e il rischio di cancro. L'efficacia clinica di tali modelli rimane indeterminata.

Origine

Figura 6: Organizzazione gerarchica di un tumore secondo il modello CSC

L'origine delle CSC è un'area di ricerca attiva. La risposta può dipendere dal tipo di tumore e dal fenotipo . Finora l'ipotesi che i tumori abbiano origine da una singola "cellula di origine" non è stata dimostrata utilizzando il modello delle cellule staminali del cancro. Questo perché le cellule staminali del cancro non sono presenti nei tumori allo stadio terminale.

Le ipotesi sull'origine includono mutanti nello sviluppo di cellule staminali o progenitrici, mutanti in cellule staminali adulte o cellule progenitrici adulte e cellule mutanti differenziate che acquisiscono attributi simili a staminali. Queste teorie spesso si concentrano sulla "cellula di origine" di un tumore.

ipotesi

Mutazione delle cellule staminali

L' ipotesi della "mutazione nelle popolazioni di nicchia delle cellule staminali durante lo sviluppo" afferma che queste popolazioni staminali in via di sviluppo sono mutate e quindi si riproducono in modo che la mutazione sia condivisa da molti discendenti. Queste cellule figlie sono molto più vicine a diventare tumori e il loro numero aumenta la possibilità di una mutazione cancerosa.

Cellule staminali adulte

Un'altra teoria associa le cellule staminali adulte (ASC) alla formazione di tumori. Questo è più spesso associato a tessuti con un alto tasso di turnover cellulare (come la pelle o l' intestino ). In questi tessuti, le ASC sono candidate a causa delle loro frequenti divisioni cellulari (rispetto alla maggior parte delle ASC) in concomitanza con la lunga durata delle ASC. Questa combinazione crea l'insieme ideale di circostanze per l'accumulo delle mutazioni: l'accumulo di mutazioni è il fattore primario che guida l' inizio del cancro . L'evidenza mostra che l'associazione rappresenta un fenomeno reale, sebbene specifici tumori siano stati collegati a una causa specifica.

De-differenziazione

La de-differenziazione delle cellule mutate può creare caratteristiche simili alle cellule staminali, suggerendo che qualsiasi cellula potrebbe diventare una cellula staminale cancerosa. In altre parole, la cellula completamente differenziata subisce mutazioni o segnali extracellulari che la riportano a uno stato simile a uno stelo. Questo concetto è stato dimostrato più recentemente in modelli di cancro alla prostata , per cui le cellule sottoposte a terapia di deprivazione androgenica sembrano alterare transitoriamente il loro trascrittoma in quello di una cellula staminale della cresta neurale , con le proprietà invasive e multipotenti di questa classe di cellule staminali.

Gerarchia

Il concetto di gerarchia del tumore afferma che un tumore è una popolazione eterogenea di cellule mutanti, che condividono tutte alcune mutazioni, ma variano nel fenotipo specifico . Un tumore ospita diversi tipi di cellule staminali, una ottimale per l'ambiente specifico e altre linee meno efficaci. Queste linee secondarie possono avere più successo in altri ambienti, consentendo al tumore di adattarsi, compreso l'adattamento all'intervento terapeutico. Se corretto, questo concetto ha un impatto sui regimi di trattamento specifici delle cellule staminali del cancro. Una tale gerarchia complicherebbe i tentativi di individuare l'origine.

Identificazione

Le CSC, ora riportate nella maggior parte dei tumori umani, sono comunemente identificate e arricchite utilizzando strategie per identificare le cellule staminali normali che sono simili tra gli studi. Queste procedure includono lo smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza (FACS), con anticorpi diretti ai marcatori della superficie cellulare e approcci funzionali tra cui il dosaggio della popolazione laterale o il dosaggio Aldefluor. Il risultato arricchito di CSC viene quindi impiantato, a varie dosi, in topi immunodeficienti per valutarne la capacità di sviluppo del tumore. Questo test in vivo è chiamato test di diluizione limitante. I sottogruppi di cellule tumorali che possono avviare lo sviluppo del tumore con un numero di cellule basso vengono ulteriormente testati per la capacità di autorinnovamento in studi sui tumori seriali.

CSC possono anche essere identificati mediante efflusso di incorporata Hoechst coloranti via multidrug resistenza (MDR) e ATP-binding cassette (ABC) trasportatori .

Un altro approccio sono i saggi di formazione di sfere. Molte cellule staminali normali come cellule ematopoietiche o staminali da tessuti , in particolari condizioni di coltura, formano sfere tridimensionali che possono differenziarsi. Come con le normali cellule staminali, anche le CSC isolate da tumori cerebrali o prostatici hanno la capacità di formare sfere indipendenti dall'ancora.

Negli ultimi anni si è assistito all'avvento di approcci genetici per identificare le cellule staminali del cancro nei roditori sperimentali. In tali studi, in seguito all'induzione del cancro (di solito attraverso l'applicazione di mutageni), viene attivata una cassetta genetica che determina l'espressione di un marcatore facilmente identificabile, ad esempio la proteina fluorescente verde (GFP). Ciò supera i limiti degli approcci tradizionali (ad es. la classica tecnica di etichettatura con bromodeossiuridina (BrdU) è stata utilizzata per identificare le cellule a ciclo lento negli animali) poiché gli approcci genetici sono indipendenti dal ciclo cellulare e possono essere utilizzati per l'etichettatura a impulsi in vivo per identificare le cellule quiescenti /cellule a ciclo lento. Questa strategia, ad esempio, è stata determinante per identificare il cosiddetto compartimento Lgr5+ come compartimento delle cellule staminali cancerose nel cancro del fegato e mostrare il suo potenziale come bersaglio terapeutico praticabile.

Eterogeneità (marcatori)

L'eterogeneità delle CSC è un pool di cellule tumorali differenziate e indifferenziate che vengono reintegrate da cellule che possiedono proprietà sia tumorali che staminali e che hanno eterogeneità fenotipica e metabolica all'interno della singola massa tumorale. Ci sono due teorie per spiegare l'eterogeneità fenotipica e metabolica delle CSC; variazione clonale e teoria delle cellule staminali tumorali. Mentre la precedente teoria impone il ruolo dell'ambiente genetico, epigenetico e micro in cui risiede la cellula tumorale per acquisire tratti tumorigenici indifferenziati. Quest'ultima teoria si concentra maggiormente sui tratti di malignità acquisiti dalle cellule staminali in cui queste cellule staminali indifferenziate e altamente tumorigeniche ripopolano la massa tumorale differenziata.

Le CSC sono state identificate in vari tumori solidi . Comunemente, i marcatori specifici per le cellule staminali normali vengono utilizzati per isolare le CSC da tumori solidi ed ematologici. I marcatori più frequentemente utilizzati per l'isolamento delle CSC includono: CD133 (noto anche come PROM1 ), CD44 , ALDH1A1 , CD34 , CD24 e EpCAM ( molecola di adesione delle cellule epiteliali , nota anche come antigene epiteliale specifico, ESA ).

CD133 (prominin 1) è una glicoproteina a cinque domini transmembrana espressa sulle cellule staminali e progenitrici CD34 + , nei precursori endoteliali e nelle cellule staminali neurali fetali . È stato rilevato utilizzando il suo epitopo glicosilato noto come AC133.

EpCAM (molecola di adesione cellulare epiteliale, ESA, TROP1) è una molecola di adesione cellulare emofila Ca 2+ -indipendente espressa sulla superficie basolaterale della maggior parte delle cellule epiteliali .

CD90 (THY1) è una glicoproteina glicosilfosfatidilinositolo ancorata nella membrana plasmatica e coinvolta nella trasduzione del segnale . Può anche mediare l'adesione tra timociti e stroma timico.

CD44 (PGP1) è una molecola di adesione che ha ruoli pleiotropici nella segnalazione cellulare, nella migrazione e nell'homing. Ha più isoforme, tra cui CD44H, che mostra un'elevata affinità per lo ialuronato e CD44V che ha proprietà metastatiche.

CD24 (HSA) è un glicosilata molecola di adesione glicosil-ancorato, che ha un ruolo co-stimolatorie in B e cellule T .

CD200 (OX-2) è una glicoproteina di membrana di tipo 1 , che fornisce un segnale inibitorio alle cellule immunitarie comprese le cellule T, le cellule natural killer e i macrofagi .

L'ALDH è una famiglia di enzimi onnipresenti dell'aldeide deidrogenasi , che catalizza l'ossidazione delle aldeidi aromatiche in acidi carbossilici . Ad esempio, ha un ruolo nella conversione del retinolo in acido retinoico , essenziale per la sopravvivenza.

Il primo tumore solido da cui sono state isolate e identificate le CSC è stato il cancro al seno e sono le più studiate. Le CSC del seno sono state arricchite nelle sottopopolazioni CD44 + CD24 −/low , SP e ALDH + . Le CSC del seno sono apparentemente fenotipicamente diverse. L'espressione del marcatore CSC nelle cellule del cancro al seno è apparentemente eterogenea e le popolazioni di CSC al seno variano a seconda dei tumori. Sia le popolazioni di cellule CD44 + CD24 - che CD44 + CD24 + sono cellule che iniziano il tumore; tuttavia, i CSC sono maggiormente arricchiti utilizzando il profilo marcatore CD44 + CD49f hi CD133/2 hi .

Le CSC sono state riportate in molti tumori cerebrali. Le cellule tumorali staminali sono state identificate utilizzando marcatori di superficie cellulare tra cui CD133, SSEA-1 (antigene embrionale-1 stadio specifico), EGFR e CD44. L'uso di CD133 per l'identificazione di cellule staminali del tumore cerebrale può essere problematico perché le cellule tumorigeniche si trovano sia nelle cellule CD133 + che CD133 - in alcuni gliomi e alcune cellule tumorali CD133 + potrebbero non possedere la capacità di avviare il tumore.

Le CSC sono state riportate nel cancro del colon umano . Per la loro identificazione, sono stati utilizzati marcatori di superficie cellulare come CD133, CD44 e ABCB5 , analisi funzionale inclusa analisi clonale e dosaggio Aldefluor. L'utilizzo di CD133 come marker positivo per le CSC del colon ha generato risultati contrastanti. L'epitopo AC133, ma non la proteina CD133, è espresso in modo specifico nelle CSC del colon e la sua espressione si perde durante la differenziazione. Inoltre, le cellule del cancro del colon CD44 + e l'ulteriore sottofrazionamento della popolazione cellulare CD44 + EpCAM + con CD166 migliorano il successo degli innesti tumorali.

Sono state riportate CSC multiple nella prostata , nei polmoni e in molti altri organi, inclusi fegato , pancreas , reni o ovaie . Nel cancro alla prostata , le cellule che iniziano il tumore sono state identificate nel sottoinsieme di cellule CD44 + come CD44 + α2β1 + , TRA-1-60 + CD151 + CD166 + o popolazioni di cellule ALDH + . Sono stati segnalati marker putativi per le CSC polmonari , inclusi CD133 + , ALDH + , CD44 + e la proteina oncofetale 5T4 + .

Metastasi

La metastasi è la principale causa di letalità del tumore. Tuttavia, non tutte le cellule tumorali possono metastatizzare. Questo potenziale dipende da fattori che determinano la crescita , l' angiogenesi , l'invasione e altri processi di base.

Transizione epiteliale-mesenchimale

Nei tumori epiteliali, la transizione epitelio-mesenchimale (EMT) è considerata un evento cruciale. L'EMT e la transizione inversa dal fenotipo mesenchimale a quello epiteliale ( MET ) sono coinvolti nello sviluppo embrionale , che comporta l'interruzione dell'omeostasi delle cellule epiteliali e l'acquisizione di un fenotipo mesenchimale migratorio. L'EMT sembra essere controllato da percorsi canonici come il WNT e il fattore di crescita trasformante β .

La caratteristica importante dell'EMT è la perdita di E-caderina di membrana nelle giunzioni aderenti , dove la -catenina può svolgere un ruolo significativo. La traslocazione della β-catenina dalle giunzioni aderenti al nucleo può portare a una perdita di E-caderina e successivamente a EMT. Apparentemente la β-catenina nucleare può attivare direttamente, trascrizionalmente, i geni bersaglio associati all'EMT , come il repressore del gene E-caderina SLUG (noto anche come SNAI2 ). Le proprietà meccaniche del microambiente tumorale , come l' ipossia , possono contribuire alla sopravvivenza delle CSC e al potenziale metastatico attraverso la stabilizzazione dei fattori inducibili dall'ipossia attraverso le interazioni con le ROS ( specie reattive dell'ossigeno ).

Le cellule tumorali sottoposte a EMT possono essere precursori di cellule tumorali metastatiche o persino di CSC metastatiche. Nel margine invasivo del carcinoma pancreatico , è stato definito un sottoinsieme di cellule CD133 + CXCR4 + (recettore per la chemochina CXCL12 noto anche come ligando SDF1 ). Queste cellule hanno mostrato un'attività migratoria significativamente più forte rispetto alle loro controparti CD133 + CXCR4 - cellule, ma entrambe hanno mostrato una capacità di sviluppo del tumore simile. Inoltre, l'inibizione del recettore CXCR4 ha ridotto il potenziale metastatico senza alterare la capacità tumorigenica.

Modello di espressione a due fasi

Nel cancro al seno le cellule CD44 + CD24 −/low sono rilevabili nei versamenti pleurici metastatici. Al contrario, è stato identificato un numero maggiore di cellule CD24 + in metastasi a distanza in pazienti con cancro al seno. È possibile che le cellule CD44 + CD24 −/low inizialmente metastatizzino e nel nuovo sito cambino il loro fenotipo e subiscano una differenziazione limitata. L'ipotesi del pattern di espressione a due fasi propone due forme di cellule staminali tumorali: stazionarie (SCS) e mobili (MCS). Gli SCS sono incorporati nel tessuto e persistono in aree differenziate durante la progressione del tumore. Le MCS si trovano all'interfaccia tumore-ospite. Queste cellule sono apparentemente derivate da SCS attraverso l'acquisizione di EMT transitori (Figura 7).

Figura 7: Il concetto di migrazione delle cellule staminali tumorali (MSC). Le cellule staminali stazionarie del cancro sono incorporate nei carcinomi precoci e queste cellule sono rilevabili nell'area centrale differenziata di un tumore. Il passo importante verso la malignità è l'induzione della transizione mesenchimale epiteliale (EMT) nelle cellule staminali cancerose stazionarie (SCS), che diventano cellule staminali cancerose mobili o migranti. Le cellule staminali si dividono in modo asimmetrico. Una cellula figlia inizierà la proliferazione e la differenziazione. Il rimanente MCS migra a breve distanza prima di subire una nuova divisione asimmetrica, o si diffonde attraverso vasi sanguigni o vasi linfatici e produce una metastasi.

Implicazioni

Le CSC hanno implicazioni per la terapia del cancro, compresa l'identificazione della malattia, i bersagli farmacologici selettivi, la prevenzione delle metastasi e le strategie di intervento.

Trattamento

Le CSC sono intrinsecamente più resistenti agli agenti chemioterapici . Ci sono 5 fattori principali che contribuiscono a questo:

1. La loro nicchia li protegge dal contatto con grandi concentrazioni di farmaci antitumorali.
2. Esprimono varie proteine ​​transmembrana, come MDR1 e BCRP , che pompano i farmaci fuori dal citoplasma.
3. Si dividono lentamente, come tendono a fare le cellule staminali adulte , e quindi non vengono uccise da agenti chemioterapici che prendono di mira le cellule che si replicano rapidamente danneggiando il DNA o inibendo la mitosi.
4. Sovraregolano le proteine ​​di riparazione del danno al DNA.
5. Sono caratterizzati da un'iperattivazione delle vie di segnalazione anti-apoptotiche.

Dopo il trattamento chemioterapico, le CSC sopravvissute sono in grado di ripopolare il tumore e causare una ricaduta. Per prevenire ciò, è necessario utilizzare un trattamento aggiuntivo mirato alla rimozione delle CSC oltre alle cellule somatiche cancerose.

Targeting

Il targeting selettivo delle CSC può consentire il trattamento di tumori aggressivi e non resecabili, nonché prevenire metastasi e ricadute. L'ipotesi suggerisce che dopo l'eliminazione delle CSC, il cancro potrebbe regredire a causa della differenziazione e/o della morte cellulare. La frazione di cellule tumorali che sono CSC e che quindi devono essere eliminate non è chiara.

Gli studi hanno cercato marcatori specifici e firme tumorali proteomiche e genomiche che distinguono le CSC dalle altre. Nel 2009, gli scienziati hanno identificato il composto salinomicina , che riduce selettivamente la proporzione di CSC mammarie nei topi di oltre 100 volte rispetto al paclitaxel , un agente chemioterapico comunemente usato. Alcuni tipi di cellule tumorali possono sopravvivere al trattamento con salinomicina attraverso l' autofagia , per cui le cellule utilizzano organelli acidi come i lisosomi per degradare e riciclare determinati tipi di proteine. L'uso di inibitori dell'autofagia può uccidere le cellule staminali del cancro che sopravvivono per autofagia.

Il recettore della superficie cellulare dell'interleuchina-3 recettore alfa (CD123) è sovraespresso sulle cellule staminali leucemiche CD34+CD38- (LSC) nella leucemia mieloide acuta (AML) ma non sulle normali cellule del midollo osseo CD34+CD38- . Il trattamento di topi NOD/SCID innestati con AML con un anticorpo monoclonale specifico per CD123 ha compromesso l'homing delle LSC al midollo osseo e ha ridotto il ripopolamento complessivo delle cellule AML, inclusa la proporzione di LSC nei riceventi secondari di topo.

Uno studio del 2015 ha confezionato nanoparticelle con miR-34a e bicarbonato di ammonio e le ha consegnate alle CSC della prostata in un modello murino. Quindi hanno irradiato l'area con luce laser nel vicino infrarosso . Ciò ha fatto sì che le nanoparticelle si gonfiassero di tre volte o più di dimensioni, facendo esplodere gli endosomi e disperdendo l'RNA nella cellula. miR-34a può abbassare i livelli di CD44.

Uno studio del 2018 ha identificato gli inibitori della famiglia di enzimi ALDH1A e ha dimostrato che potrebbero ridurre selettivamente le cellule staminali del cancro putativo in diverse linee cellulari di cancro ovarico.

percorsi

La progettazione di nuovi farmaci per colpire le CSC richiede la comprensione dei meccanismi cellulari che regolano la proliferazione cellulare. I primi progressi in questo settore sono stati fatti con le cellule staminali ematopoietiche (HSC) e le loro controparti trasformate nella leucemia , la malattia per la quale l'origine delle CSC è meglio compresa. Le cellule staminali di molti organi condividono le stesse vie cellulari delle HSC derivate dalla leucemia.

Una cellula staminale normale può essere trasformata in un CSC attraverso la disregolazione delle vie di proliferazione e differenziazione che la controllano o inducendo l' attività oncoproteica .

BMI-1

Il repressore trascrizionale del gruppo Polycomb Bmi-1 è stato scoperto come un oncogene comune attivato nel linfoma e in seguito dimostrato di regolare le HSC. Il ruolo di Bmi-1 è stato illustrato nelle cellule staminali neurali. La via sembra essere attiva nelle CSC dei tumori cerebrali pediatrici .

Tacca

La via di Notch svolge un ruolo nel controllo della proliferazione delle cellule staminali per diversi tipi di cellule, comprese le SC ematopoietiche, neurali e mammarie. È stato proposto che i componenti di questa via agiscano come oncogeni nei tumori mammari e di altro tipo.

Un ramo della via di segnalazione Notch che coinvolge il fattore di trascrizione Hes3 regola un numero di cellule in coltura con caratteristiche CSC ottenute da pazienti con glioblastoma.

Sonic hedgehog e Wnt

Questi percorsi di sviluppo sono regolatori di SC. Entrambi i percorsi di Sonic hedgehog (SHH) e Wnt sono comunemente iperattivati ​​nei tumori e sono necessari per sostenere la crescita del tumore. Tuttavia, i fattori di trascrizione Gli che sono regolati da SHH prendono il nome dai gliomi , dove sono altamente espressi. Esiste un certo grado di diafonia tra i due percorsi e sono comunemente attivati ​​insieme. Al contrario, nel cancro del colon la segnalazione del riccio sembra antagonizzare il Wnt.

Sono disponibili bloccanti del riccio sonico, come la ciclopamina . Una ciclopamina idrosolubile può essere più efficace nel trattamento del cancro. DMAPT, un derivato idrosolubile del partenolide , induce stress ossidativo e inibisce la segnalazione di NF-κB per l'AML (leucemia) e possibilmente il mieloma e il cancro alla prostata. La telomerasi è un argomento di studio in fisiologia CSC. GRN163L ( Imetelstat ) è stato recentemente avviato in studi per colpire le cellule staminali del mieloma.

La segnalazione Wnt può diventare indipendente dagli stimoli regolari, attraverso mutazioni negli oncogeni a valle e nei geni oncosoppressori che si attivano permanentemente anche se il recettore normale non ha ricevuto un segnale. La β-catenina si lega a fattori di trascrizione come la proteina TCF4 e in combinazione le molecole attivano i geni necessari. LF3 inibisce fortemente questo legame in vitro, nelle linee cellulari e riduce la crescita del tumore nei modelli murini. Ha impedito la replicazione e ridotto la loro capacità di migrare, il tutto senza influenzare le cellule sane. Nessuna cellula staminale tumorale è rimasta dopo il trattamento. La scoperta è stata il prodotto della " progettazione razionale di farmaci ", che coinvolge le tecnologie AlphaScreens e ELISA .

Riferimenti

Ulteriori letture