Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Клональная эволюция и внутриопухолевые взаимодействия 11
1.2 Факторы, влияющие на взаимодействия между клетками 15
1.2.1. Контактные факторы межклеточного и клонального
взаимодействия 17
1.2.2. Дистантные факторы межклеточного и клонального
взаимодействия 19
1.3 Гены и белки стволовоси MYC и OCT4 20
1.4 Исследование клональных взаимодействий in situ 22
2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ 25
2.1. Клеточные линии и условия культивирования 25
2.2 Иммуноцитохимический анализ 25
2.3 Анализ пространственного расположения клеток различных
клеточных линий при их совместном инкубировании 26
2.4 Анализ значения дистантных факторов в клеточном взаимодействии 27
2.5 Многоцветный иммунофлуоресцентный анализ 27
2.6 Статистические методы 31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
📖 Введение
Утрата контроля над делением опухолевых клеток со стороны макроорганизма позволяет рассматривать их как обособленную биологическую систему, находящуюся в «экологических» отношениях с организмом - хозяином. Известно, что опухоль гетерогенна - состоит из генетически и фенотипически различных клонов опухолевых клеток. Гетерогенное состояние опухоли является следствием клональной эволюции. Оно может проявляться на генетическом, биохимическом, молекулярном, фенотипическом и морфологическом уровнях [Dagogo-Jack I. and Shaw A. T. 2018, Ibragimova M. et al 2017, Janiszewska M. and Polyak K. 2015].
Высокое разнообразие опухолевых клонов в условиях ограниченных ресурсов повышает эффективность естественного отбора и способствует возникновению все более злокачественных клонов, что затрудняет лечение пациентов. Наиболее интересным следствием внутриопухолевой гетерогенности является возникновение разного рода взаимоотношений между опухолевыми клонами, которые в терминах популяционной экологии могут быть описаны как негативные или позитивные. Они в значительной степени могут влиять на течение и исход заболевания. Негативные взаимодействия опухолевых клонов (хищничество, паразитизм, аменсализм) ранее наблюдали только в условиях эксперимента, когда животному вводили две клеточные линии опухоли. При этом сведений о негативных типах взаимодействий опухолевых клонов in vivoу людей практически нет. Это, вероятно, связано с тем, что клон - «аутсайдер» быстро элиминируется из опухолевой массы за счет естественного отбора. Отсутствие экспериментальной модели in vivoпо изучению негативных клональных взаимодействий у людей осложняет понимание молекулярных механизмов и маркеров эффективного удаления опухолевых клеток.
Позитивные взаимодействия (симбиоз, комменсализм, синергизм, мутуализм) опухолевых клонов описаны более широко, как в экспериментах с животными, так и у людей с применением многоцветного имиджинга гистологических срезов опухолей. Например, Baban D. с соавторами [Baban D. et al 2003], TsujiT. с соавторами [Tsuji T. et al 2008] наблюдали взаимовыгодную кооперацию опухолевых клонов, исходно обладающих различными биологическими свойствами (высоким метастатическим, но низким инвазивным потенциалом, и наоборот). Вывод о синергичных отношениях был основан на наблюдении того, что при совместной инокуляции опухолевых клонов у животных образовывались метастазы, содержащие клетки с низким метастатическим потенциалом, которые в контроле сами по себе не формируют метастазов.
Вероятно, данные механизмы взаимодействий обусловлены деятельностью целых групп каскадных реакций через определённые факторы, обуславливающие метаболизм клонов. На сегодняшний день установлено, что MYCи ОСТ4 являются одними из основных факторов транскрипции, регулирующими не только метаболизм, но и рост, пролиферацию, апоптоз и дифференцировку клеток. Более того, совместно с KLF4 и SOX2 данные факторы способны индуцировать плюрипотентное состояние у дифференцированных клеток [Takahashi K. and Yamanaka S. 2006].
Считается, что MYC и OCT4 экспрессируются в опухолевых стволовых клетках, но не в фибробластах опухолевого микроокружения [Mohiuddin I. S. et al 2019, Simple M. et al 2015]. Поскольку гены коктейля Яманаки, это основные гены, отвечающие за самообновление стволовых клеток и индукцию плюрипотентности, полагают, что по этим маркерам можно идентифицировать опухолевые клетки в разных функциональных состояниях дифференцировки [Bradshaw A. et al 2016]. Применение современных методов визуализации позволяет маркировать и исследовать на едином гистологическом срезе несколько областей опухолевого очага, таких как инвазивный фронт, центр и периферия, а также оценить состояние иммунного окружения. Понимание пространственных отношений различных опухолевых клонов друг с другом и воспалительным инфильтратом, анализ межклеточных взаимодействий и коммуникаций, а также разработка математических моделей клеточного состава опухоли могут выявить новые маркеры для диагностики болезни и управления лечением [Giesen C. et al 2014].
Рабочей гипотезой данного исследования является предположение о том, что каждому типу клонального взаимодействия соответствуют свои уникальные молекулярные признаки, которые можно выявить и использовать для прогноза прогрессии опухолей. Предположительно позитивный тип взаимодействия будет способствовать опухолевой прогрессии и резистентности к лечению, а при негативном типе взаимодействия опухоли будут чувствительны к терапии и иметь благоприятный исход. Факторы прогноза и чувствительности к терапии на основе определения типа клонального взаимодействия станут новой линейкой прогностических маркеров и новыми мишенями для таргетной терапии. В связи с этим, проверка гипотезы и идентификация молекул, характеризующих состояние межклональных взаимоотношений, является важным и перспективным направлением фундаментальных исследований рака. Однако в настоящее время нет четкого понимания молекулярных механизмов, за счет которых происходит поддержание или подавление одних опухолевых клонов другими. Для этого первым шагом является разработка экспериментальной модели опухолевой гетерогенности in vitro,где в стандартизированных условиях можно было бы оценивать различные типы биологических взаимодействий, возникающие при совместном культивировании фенотипически различных опухолевых клонов. На втором этапе предполагается проверка ассоциации типа клонального взаимодействия in situс прогрессией опухоли и химиорезистентностью.
Целью настоящей работы являлось изучение межклеточных взаимодействий различных популяций клеток опухоли молочной железы in vitroи in situ.
Задачи:
1) Установить возможные типы клональных взаимодействий в 2D модели in vitroс использованием клеточных линий рака молочной железы.
2) Оценить, какой тип взаимодействия популяций опухолевых клеток (дистантное или контактное) определяет клональные взаимоотношение между различными клеточными линиями рака молочной железы.
3) Оценить частоты разных типов взаимодействий между клонами дифференцированных и прогениторных опухолевых клеток с наличием/отсутствием экспрессии белков стволовости MYC и OCT4 in situ.
4) Проанализировать in situвзаимосвязь расположения клонов опухолевых клеток рака молочной железы, с ответом на неоадъювантную терапию и с исходом заболевания.
Научная новизна
Впервые была разработана модель позитивных (комменсализм) и негативных (аменсализм) взаимодействий стабильных клеточных культур при совместной инкубации в контролируемых условиях. Впервые установлено взаимное влияние на пролиферацию линии BT-474, линий рака молочной железы MCF7 и MDA-MB-231. Получены данные о ведущей роли дистантных взаимодействий в реализации влияния линий рака молочной железы MCF7 и MDA-MB-231 на пролиферацию линии BT-474.
Впервые in situустановлен феномен усиления конкурентных взаимодействий между клонами опухолевых клеток больных раком молочной железы по мере их созревания от прогениторных до дифференцированных.
Впервые показано, что у пациентов с плохим ответом на неоадъювантную химиотерапию и метастазированием возрастает межклональная конкуренция дифференцированных опухолевых клеток.
Теоретическая и практическая значимость
Получены новые фундаментальные данные о функциональных особенностях клеточных линий MCF-7, BT-474 и MDA-MB-231 соответствующих трем молекулярным подтипам рака молочной железы (люминальный-А, люминальный-B, и трижды негативый соответственно) в условиях со-культивирования.
Сформировано представление об возможности применения ряда экологических понятий и суждений относительно взаимодействия опухолевых клеток в условиях совместного культивирования. Установленное усиление межклональной конкуренции дифференцированных опухолевых клеток, при плохом ответе на химиотерапию и метастазировании может обусловливать ранее показанное увеличение скорости клональной эволюции опухоли у этих больных и индукцию новых драйверных мутаций.
Разработанная модель позитивных и негативных межклеточных взаимодействий, позволит изучать влияние любых дополнительных внешних факторов на эти взаимодействия, как по отдельности, так и в разных комбинациях, начиная с моделирования наблюдаемых in vivoусловий (гипоксия, влияние цитокинов и т.п.) и заканчивая изучением воздействия препаратов.
Апробация диссертации
Основные положения и результаты научных исследований были представлены на IV Всероссийской конференции по молекулярной онкологии (Россия, Москва, 2018 г.), «Постгеном 2018» (Казань, 29 октября - 3 ноября, 2018), на научно-практической конференции «Фундаментальная и клиническая онкология: достижения и перспективы развития», посвященной 40-летию НИИ онкологии Томского НИМЦ (Россия, Томск, 2019 г.), на VI международной конференции молодых ученых: биофизиков, биотехнологов, молекулярных биологов и вирусологов (Россия, Новосибирск, 2019 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 2 статьи в российском и зарубежном журналах.