بررسی مقایسه ای میزان بیان ژن نوکلئوستمین در محیط کشت دوبعدی و اسفروئیدهای چند سلولی سرطان پستان
محورهای موضوعی : فصلنامه زیست شناسی جانوری
نعیمه رضاپور
1
(گروه زیست شناسی، واحد دامغان، دانشگاه آزاد اسلامي، دامغان، ایران)
وجیهه زرین پور
2
(گروه زیست شناسی، واحد دامغان، دانشگاه آزاد اسلامي، دامغان، ایران)
محمد کمال آبادی فراهانی
3
(گروه مهندسی بافت، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شاهرود، شاهرود، ایران)
امیر آتشی
4
(گروه هماتولوژي، دانشکده پیراپزشکی، دانشگاه علوم پزشكي شاهرود، شاهرود، ایران)
کلید واژه: سرطان پستان, نوکلئوستمین, متاستاز, سلول های بنیادی سرطانی,
چکیده مقاله :
مرگ و میر سرطان پستان عمدتاً به دلیل بیماری متاستاتیک است که توسط سلول های بنیادی سرطانی ایجاد می شود. نوکلئوستمین یک پروتئین هستکی متصل شونده به GTP است که در سلول های بنیادی طبیعی و تومورها بیان بالایی دارد و تصور می شود نقش مهمی در پاتوژنز و متاستاز سرطان پستان داشته باشد. این مطالعه به بررسی میزان بیان این ژن به صورت مقایسه ای بین سلول های توموری اولیه و متاستاتیک در شرایط کشت دو بعدی و سه بعدی می پردازد. در این مطالعه پس از ایجاد مدل موشی سرطان پستان با استفاده از رده سلولی 4T1، سلول‌های سرطانی اولیه پستان و سلول‌های توموری متاستاتیک مغزی و ریوی، جدا و در محیط کشت دو بعدی و سه بعدی تکثیر شدند. با استفاده از واکنش ریال تایم پی سی آر، تجزیه و تحلیل میزان بیان ژن نوکلئوستمین به صورت مقایسه ای بین این دو محیط کشت انجام شد. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که ژن نوکلئوستمین در چرخه متاستازی در محیط کشت دوبعدی، به ترتیب 6 و 23 برابر در بافت توموری متاستاتیک ریوی و مغزی نسبت به سلول های توموری اولیه، افزایش بیان دارد. در محیط کشت سه بعدی که به منظور غنی سازی سلول های بنیادی سرطانی انجام شد، میزان بیان ژن نوکلئوستمین در سلول¬های توموری اولیه و سلول های متاستاتیک مغزی و ریوی نسبت به محیط کشت دو بعدی در هر سه گروه سلولی، به طور معنی داری کاهش بیان نشان داد. این یافته‌ها اطلاعات جدیدی در مورد بیان ژن نوکلئوستمین در آبشار متاستاتیک سرطان پستان و محیط کشت سه بعدی، ارائه نمود که جای بحث و بررسی بیشتر دارد. در این راستا می توان با تجزیه و تحلیل خواص مولکولی سلول های تومور متاستاتیک در طراحی استراتژی¬های درمانی هدفمند در مبارزه با متاستاز سرطان پستان بهره برد.
Breast cancer mortality is mainly due to metastatic disease caused by cancer stem cells. Nucleostemin is a GTP-bound nuclear cofactor that is highly expressed in normal stem cells and tumors and is thought to play an important role in the pathogenesis and metastasis of breast cancer. This study examines the expression level of this gene in a comparison between primary and metastatic tumor cells in two-dimensional and three-dimensional culture conditions. In this study, after creating a mouse model of breast cancer using 4T1 cell line, primary breast cancer cells and brain and lung metastatic tumor cells were isolated and propagated in two-dimensional and three dimensional culture medium. Using real-time PCR reaction, analysis of nucleostemin gene expression was done comparetively between these two culture media. The findings of this experiment showed that the expression of the nucleostemin gene in the metastasis cycle in a two-dimensional culture medium is increased by 6 and 23 times, respectivly, in lung and brain metastatic tumor tissue compared to primary tumor cells. In the three-dimensional culture medium, which was done to enrich cancer stem cells, the expression level of nucleostemin gene in primary tumor cells and brain and lung metastatic cells compared to the two-dimensional culture medium in all three cell groups showed a significant decrease in expression. These findings provide information about nucleostemin gene expression in breast cancer metastatic cascade and 3D culture environment, which deserves further discussion. In this regard, analyzing the molecular properties of metastatic tumor cells, can be used to design targeted treatment strategies in the fight against breast cancer metastasis.
1. Andisheh-Tadbir A., Ranjbar M.A., Shiri, A.A., Mardani M. 2020. Expression of nucleostemin in odontogenic cysts and tumors. Experimental and Molecular Pathology, 113:104376.
2. Borah A., Raveendran S., Rochani A., Maekawa T., Kumar D.S. 2015. Targeting self-renewal pathways in cancer stem cells: clinical implications for cancer therapy. Oncogenesis, 4(11):e177-e177.
3. Cela I., Cufaro M.C., Fucito M., Pieragostino D., Lanuti P., Sallese M., Del Boccio, P., Di Matteo A., Allocati N., De Laurenzi V., Federici L. 2022. Proteomic Investigation of the Role of Nucleostemin in Nucleophosmin-Mutated OCI-AML 3 Cell Line. International Journal of Molecular Sciences, 23(14):7655-7673.
4. Fares J., Fares M.Y., Khachfe H.H., Salhab H.A., Fares Y., 2020. Molecular principles of metastasis: a hallmark of cancer revisited. Signal Transduction and Targeted Therapy, 5(1):28-40.
5. Fillmore C.M., Kuperwasser C. 2008. Human breast cancer cell lines contain stem-like cells that self-renew, give rise to phenotypically diverse progeny and survive chemotherapy. Breast Cancer Research, 10:1-13.
6.Firatligil-Yildirir B., Yalcin-Ozuysal O. 2023. Recent advances in lab-on-a-chip systems for breast cancer metastasis research. Nanoscale Advances, 5(9):2375-2393.
7. Habanjar O., Diab-Assaf M., Caldefie-Chezet F., Delort L. 2021. 3D cell culture systems: tumor application, advantages, and disadvantages. International Journal of Molecular Sciences, 22(22):12200-12235.
8. Hosseinpour Feizi M.A., Saed S., Babaei E., Montazeri V., Halimi M. 2012. Evaluation of nucleostemin gene expression as a new molecular marker in breast tumors. Journal: Journal of Kerman University of Medical Sciences, 19(2):113-125.
9. Huang M., Itahana K., Zhang Y., Mitchell B.S. 2009. Depletion of guanine nucleotides leads to the Mdm2-dependent proteasomal degradation of nucleostemin. Cancer Research, 69(7):3004-3012.
10. Jubelin C., Muñoz-Garcia J., Griscom L., Cochonneau D., Ollivier E., Heymann M.F., Vallette F.M., Oliver L., Heymann D. 2022. Three-dimensional in vitro culture models in oncology research. Cell and Bioscience, 12(1):155-183.
11. Kapałczyńska M., Kolenda T., Przybyła W., Zajączkowska M., Teresiak A., Filas V., Ibbs M., Bliźniak R., Łuczewski Ł., Lamperska, K., 2018. 2D and 3D cell cultures–a comparison of different types of cancer cell cultures. Archives of Medical Science, 14(4):910-919.
12. Kobayashi T., Masutomi K., Tamura K., Moriya T., Yamasaki T., Fujiwara Y., Takahashi S., Yamamoto J., Tsuda H. 2014. Nucleostemin expression in invasive breast cancer. BMC Cancer, 14:1-9.
13. Lin J., Ye S., Ke H., Lin L., Wu X., Guo M., Jiao B., Chen C., Zhao L. 2023. Changes in the mammary gland during aging and its links with breast diseases: Aged mammary gland and breast diseases. Acta Biochimica et Biophysica Sinica, 55(6):1001-1020.
14. Lin T., Lin T.C., McGrail D.J., Bhupal P.K., Ku Y.H., Zhang W., Meng L., Lin S.Y., Peng G., Tsai R.Y. 2019. Nucleostemin reveals a dichotomous nature of genome maintenance in mammary tumor progression. Oncogene, 38(20):3919-3931.
15 Lin T., Meng L., Lin T.C., Wu L.J., Pederson T., Tsai R.Y., 2014. Nucleostemin and GNL3L exercise distinct functions in genome protection and ribosome synthesis, respectively. Journal of Cell Science, 127(10):2302-2312..
16. Lin Y., Zhong Y., Guan H., Zhang X., Sun Q. 2012. CD44+/CD24-phenotype contributes to malignant relapse following surgical resection and chemotherapy in patients with invasive ductal carcinoma. Journal of Experimental and Clinical Cancer Research, 31:1-9.
17. Lo D., Dai M.S., Sun X.X., Zeng S.X., Lu H. 2012. Ubiquitin-and MDM2 E3 ligase-independent proteasomal turnover of nucleostemin in response to GTP depletion. Journal of Biological Chemistry, 287(13):10013-10020.
18. Lv D., Hu Z., Lu L., Lu H., Xu X. 2017. Three‑dimensional cell culture: A powerful tool in tumor research and drug discovery. Oncology Letters, 14(6):6999-7010.
19. Morrison B.J., Steel J.C., Morris J.C. 2012. Sphere culture of murine lung cancer cell lines are enriched with cancer initiating cells. PloS One, 7(11):e49752.
20. Moudi M., Saravani R., Sargazi S. 2020. Silencing of nucleostemin by siRNA induces apoptosis in MCF-7 and MDA-MB-468 cell lines. Iranian Journal of Pharmaceutical Research, 19(1):37-45.
21. Pack C.G., Jung K., Paulson B., Kim J.K. 2021. Mobility of Nucleostemin in Live Cells Is Specifically Related to Transcription Inhibition by Actinomycin D and GTP-Binding Motif. International Journal of Molecular Sciences, 22(15):8293-8308.
22. Park M., Kim D., Ko, S., Kim, A., Mo, K., Yoon, H., 2022. Breast cancer metastasis: mechanisms and therapeutic implications. International Journal of Molecular Sciences, 23(12):6806-6824.
23. Pinto B., Henriques A.C., Silva P.M., Bousbaa H. 2020. Three-dimensional spheroids as in vitro preclinical models for cancer research. Pharmaceutics, 12(12):1186-1224.
24. Quiroga-Artigas G., de Jong D., Schnitzler C.E. 2022. GNL3 is an evolutionarily conserved stem cell gene influencing cell proliferation, animal growth and regeneration in the hydrozoan Hydractinia. Open Biology, 12(9):220120.
25. Redig A.J., McAllister S.S. 2013. Breast cancer as a systemic disease: a view of metastasis. Journal of Internal Medicine, 274(2):113-126.
26 Rezapour N., Kamalabadi-Farahani M., Atashi A., Zarrinpour V., 2023. Paclitaxel resistance and nucleostemin upregulation in metastatic mouse breast cancer cells. Minerva Biotechnology and Biomolecular, 35(1):16-21.
27. Sami M.M., Hachim, M.Y., Hachim, I.Y., Elbarkouky, A.H., López-Ozuna, V.M. 2019. Nucleostemin expression in breast cancer is a marker of more aggressive phenotype and unfavorable patients’ outcome: A STROBE-compliant article. Medicine, 98(9):e14744.
28. Moudi M., Saravani R., Sargazi S. 2020. Silencing of nucleostemin by siRNA induces apoptosis in MCF-7 and MDA-MB-468 cell lines. Iranian Journal of Pharmaceutical Research: IJPR, 19(1):37.
29. Tsai R.Y., McKay R.D. 2002. A nucleolar mechanism controlling cell proliferation in stem cells and cancer cells. Genes and Development, 16(23):2991-3003.
30. Tsai R.Y., McKay R.D. 2005. A multistep, GTP-driven mechanism controlling the dynamic cycling of nucleostemin. The Journal of cell biology, 168(2):179-184.
31. Wilkinson L., Gathani T. 2022. Understanding breast cancer as a global health concern. The British Journal of Radiology, 95(1130):20211033.
32. Zduniak K., Agrawal A., Agrawal S., Hossain M.M., Ziolkowski P., Weber G.F. 2016. Osteopontin splice variants are differential predictors of breast cancer treatment responses. BMC Cancer, 16:1-12.
33. Zeng X., Liu C., Yao J., Wan H., Wan G., Li Y., Chen N. 2021. Breast cancer stem cells, heterogeneity, targeting therapies and therapeutic implications. Pharmacological Research, 163:105320.