scholarly journals Human Primary Breast Cancer Stem Cells Are Characterized by Epithelial-Mesenchymal Plasticity

2021 ◽  
Vol 22 (4) ◽  
pp. 1808 ◽  
Author(s):  
Juliane Strietz ◽  
Stella S. Stepputtis ◽  
Marie Follo ◽  
Peter Bronsert ◽  
Elmar Stickeler ◽  
...  

Triple-negative breast cancer (TNBC) is one of the most aggressive subtypes of breast cancer, with only limited treatment options available. Recently, cancer stem cells (CSCs) have emerged as the potential drivers of tumor progression due to their ability to both self-renew and give rise to differentiated progeny. The CSC state has been linked to the process of epithelial-mesenchymal transition (EMT) and to the highly flexible state of epithelial-mesenchymal plasticity (EMP). We aimed to establish primary breast cancer stem cell (BCSC) cultures isolated from TNBC specimens. These cells grow as tumor spheres under anchorage-independent culture conditions in vitro and reliably form tumors in mice when transplanted in limiting dilutions in vivo. The BCSC xenograft tumors phenocopy the original patient tumor in architecture and gene expression. Analysis of an EMT-related marker profile revealed the concomitant expression of epithelial and mesenchymal markers suggesting an EMP state for BCSCs of TNBC. Furthermore, BCSCs were susceptible to stimulation with the EMT inducer TGF-β1, resulting in upregulation of mesenchymal genes and enhanced migratory abilities. Overall, primary BCSC cultures are a promising model close to the patient that can be used both in vitro and in vivo to address questions of BCSC biology and evaluate new treatment options for TNBC.

2021 ◽  
Vol 23 (1) ◽  
Author(s):  
Yu-Mei Liao ◽  
Ya-Hui Wang ◽  
Jung-Tung Hung ◽  
Yu-Ju Lin ◽  
Yen-Lin Huang ◽  
...  

Abstract Background Existence of breast cancer stem cells (BCSCs) is implicated in disease relapse, metastasis, and resistance of treatment. β1,3-Galactosyltransferase 5 (B3GALT5) has been shown to be a pro-survival marker for BCSCs. However, little is known about the prognostic significance of B3GALT5 in breast cancer. Methods Paired tissues (tumor part and adjacent non-tumor part) from a cohort of 202 women with breast cancer were used to determine the expression levels of B3GALT5 mRNA by qRT-PCR. Kaplan–Meier and multivariable Cox proportional hazard models were used to assess survival differences in terms of relapse-free survival (RFS) and overall survival (OS). Both breast cancer cells and cancer stem cells (BCSCs) were used to see the in vitro effects of knockdown or overexpression of B3GALT5 on cell migration, invasion, and epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). A patient-derived xenograft (PDX) model was used to see the in vivo effects of knockdown of B3GALT5 in BCSCs on tumor growth and metastasis. Results Higher expression of B3GALT5 in 202 breast cancer tissues, especially in adjacent non-tumor tissue, correlated with poor clinical outcomes including shorter OS and RFS in all patients, especially those with early stage breast cancer. In vitro studies showed B3GALT5 could enhance cell migration, invasion, mammosphere formation, and EMT. Of note, B3GALT5 upregulated the expression of β-catenin and EMT activator zinc finger E-box binding homeobox 1 (ZEB1) pathway in BCSCs. In vivo studies showed B3GALT5 expression in BCSCs is critical for not only tumor growth but also lymph node and lung metastasis in PDX mice. Conclusion Our results demonstrated the value of B3GALT5 as a prognostic marker of breast cancer, especially among the early stage patients, and its crucial roles in regulating EMT, cell migration, and stemness thereby promoting breast cancer progression.


2018 ◽  
Vol 46 (2) ◽  
pp. 860-872 ◽  
Author(s):  
Zhengwei Leng ◽  
Qinghua Xia ◽  
Jinhuang Chen ◽  
Yong Li ◽  
Jiqian Xu ◽  
...  

Background/Aims: Although EpCAM+CD44+ cells exhibit more stem-like properties than did EpCAM-CD44- cells, the specificity of EpCAM combined with CD44 in defining CSCs needs further improvement. Lgr5 is used as a biomarker to isolate cancer stem cells (CSCs) in colorectal cancer. However, it remains unclear whether Lgr5, along with EpCAM and CD44, can further identify and define CSCs in colorectal cancer. Methods: Lgr5+CD44+EpCAM+, Lgr5+CD44+EpCAM-, Lgr5+CD44-EpCAM+, Lgr5-CD44+EpCAM+, and Lgr5-CD44-EpCAM-cells were separately isolated using fluorescence-activated cell sorting (FACS). Colony formation, self-renewal, differentiation, and tumorigenic properties of these cells were investigated through in vitro experiments and in vivo tumor xenograft models. The expression of stemness genes and CSC- and epithelial-mesenchymal transition (EMT)-related genes, such as KLF4, Oct4, Sox2, Nanog, CD133, CD44, CD166, ALDH1, Lgr5, E-cadherin, ZO-1, Vimentin, Snail, Slug, and Twist, was examined using real-time PCR. Results: Lgr5-positive subpopulations exhibited higher capacities for colony formation, self-renewal, differentiation, and tumorigenicity as well as higher expression of stemness genes and mesenchymal genes and lower expression of epithelial genes than did Lgr5-negative subpopulations. Conclusion: Our data revealed that tumorigenic cells were highly restricted to Lgr5-positive subpopulations. Most importantly, Lgr5+CD44+EpCAM+ cells exhibited more pronounced CSC-like traits than did any other subpopulation, indicating that Lgr5 combined with CD44 and EpCAM can further improve the stem-like traits of CSCs in colorectal cancer.


2021 ◽  
Vol 11 ◽  
Author(s):  
Chanjuan Zheng ◽  
Shichao Yan ◽  
Lu Lu ◽  
Hui Yao ◽  
Guangchun He ◽  
...  

Triple-negative breast cancer (TNBC) is more aggressive and has poorer prognosis compared to other subtypes of breast cancer. Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a process in which epithelial cells transform into mesenchymal-like cells capable of migration, invasion, and metastasis. Recently, we have demonstrated that lovastatin, a 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase inhibitor and a lipid-lowering drug, could inhibit stemness properties of cancer stem cells (CSCs) derived from TNBC cell in vitro and in vivo. This study is aimed at investigating whether lovastatin inhibits TNBC CSCs by inhibiting EMT and suppressing metastasis and the mechanism involved. In the present study, we found that lovastatin dysregulated lysine succinylation of cytoskeleton-associated proteins in CSCs derived from TNBC MDA-MB-231 cell. Lovastatin inhibited EMT as demonstrated by down-regulation of the protein levels of Vimentin and Twist in MDA-MB-231 CSCs in vitro and vivo and by reversal of TGF-β1-induced morphological change in MCF10A cells. Lovastatin also inhibited the migration of MDA-MB-231 CSCs. The disruption of cytoskeleton in TNBC CSCs by lovastatin was demonstrated by the reduction of the number of pseudopodia and the relocation of F-actin cytoskeleton. Combination of lovastatin with doxorubicin synergistically inhibited liver metastasis of MDA-MB-231 CSCs. Bioinformatics analysis revealed that higher expression levels of cytoskeleton-associated genes were characteristic of TNBC and predicted survival outcomes in breast cancer patients. These data suggested that lovastatin could inhibit the EMT and metastasis of TNBC CSCs in vitro and in vivo through dysregulation of cytoskeleton-associated proteins.


2015 ◽  
pp. 323 ◽  
Author(s):  
Phuc Pham ◽  
Sinh Nguyen ◽  
Viet Pham ◽  
Ngoc Phan ◽  
Huyen Nguyen ◽  
...  

2021 ◽  
Vol 11 (1) ◽  
Author(s):  
Nataliia Petruk ◽  
Sanni Tuominen ◽  
Malin Åkerfelt ◽  
Jesse Mattsson ◽  
Jouko Sandholm ◽  
...  

AbstractCD73 is a cell surface ecto-5′-nucleotidase, which converts extracellular adenosine monophosphate to adenosine. High tumor CD73 expression is associated with poor outcome among triple-negative breast cancer (TNBC) patients. Here we investigated the mechanisms by which CD73 might contribute to TNBC progression. This was done by inhibiting CD73 with adenosine 5′-(α, β-methylene) diphosphate (APCP) in MDA-MB-231 or 4T1 TNBC cells or through shRNA-silencing (sh-CD73). Effects of such inhibition on cell behavior was then studied in normoxia and hypoxia in vitro and in an orthotopic mouse model in vivo. CD73 inhibition, through shRNA or APCP significantly decreased cellular viability and migration in normoxia. Inhibition of CD73 also resulted in suppression of hypoxia-induced increase in viability and prevented cell protrusion elongation in both normoxia and hypoxia in cancer cells. Sh-CD73 4T1 cells formed significantly smaller and less invasive 3D organoids in vitro, and significantly smaller orthotopic tumors and less lung metastases than control shRNA cells in vivo. CD73 suppression increased E-cadherin and decreased vimentin expression in vitro and in vivo, proposing maintenance of a more epithelial phenotype. In conclusion, our results suggest that CD73 may promote early steps of tumor progression, possibly through facilitating epithelial–mesenchymal transition.


2018 ◽  
Author(s):  
Νικολέτα-Νίκη Σαχίνη

Ο καρκίνος του μαστού αποτελεί την πιο συχνή μορφή καρκίνου στις γυναίκες. Πρόκειται για μια ετερογενή ασθένεια όσον αφορά το φαινότυπό της και το γενετικό της υπόβαθρο. Καρκινικά χαρακτηριστικά, όπως ο ρυθμός πολλαπλασιασμού, η διεισδυτικότητα, η μεταστατικότητα, η ανθεκτικότητα στα φάρμακα και συγκεκριμένες ογκογόνες μεταλλαγές διαφέρουν μεταξύ περιπτώσεων καρκίνου του μαστού. Τέτοιου είδους ετερογένεια (ενδο-ογκική και δι-ογκική) μεταξύ των όγκων προκύπτει από στοχαστικές γενετικές και επιγενετικές αλλαγές οι οποίες προσδίδουν κληρονομήσιμες φαινοτυπικές και λειτουργικές διαφορές μεταξύ των καρκινικών κυττάρων. Παρ’ όλο που υπάρχουν θεραπευτικά σχήματα που αντιμετωπίζουν επιτυχώς την ασθένεια, η ετερογενής της φύση την καθιστά δύσκολο θεραπευτικό στόχο. Επομένως, η κατανόηση των παθογενετικών και μοριακών μηχανισμών οι οποίοι διέπουν τη νόσο και τους διαφορετικούς υποτύπους της είναι απαραίτητη για την ανακάλυψη νέων φαρμακευτικών στόχων και το σχεδιασμό εξατομικευμένης θεραπείας.Η πρωτεΐνη της προμυελοκυτταρικής λευχαιμίας (PML) περιγράφεται συνήθως ως ογκοκατασταλτικός παράγοντας λόγω των προ-αποπτωτικών, ανασταλτικών του κυτταρικού κύκλου και προγηραντικών ιδιοτήτων της. Συνεπώς, η έκφρασή της απουσιάζει από πρωτοπαθή δείγματα διαφόρων νεοπλασιών, συμπεριλαμβανομένου και του καρκίνου του μαστού. Παρ’ όλα αυτά σε πρόσφατες βιβλιογραφικές αναφορές η PML χαρακτηρίζεται ως ογκογόνος παράγοντας. Συγκεκριμένα, στη χρόνια μυελογενή λευχαιμία, σε γλοιοβλαστώματα και σε ορισμένες περιπτώσεις τριπλά αρνητικού καρκίνου του μαστού η PML εκφράζεται σε υψηλά επίπεδα. Οι προ-ογκογόνες ιδιότητες της PML φαίνεται να σχετίζονται με τη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου των φυσιολογικών και καρκινικών βλαστοκυττάρων αλλά και τη διατήρηση της αυτο-ανανέωσης, μέσω μεταβολικών οδών π.χ. οξείδωση των λιπαρών οξέων. Επομένως, προκύπτει ότι υπό συγκεκριμένες συνθήκες η PML έχει διττό ρόλο στην ογκογένεση εκδηλώνοντας ογκοκατασταλτική ή ογκογόνα δράση.Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η αποσαφήνιση των μοριακών και επιγενετικών μηχανισμών με τους οποίους η PML ρυθμίζει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και τα μονοπάτια αυτό-ανανέωσης στον καρκίνο του μαστού. Τα πειραματικά μας δεδομένα υποστηρίζουν ότι η υπερέκφραση (ΥΕ) της PML αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων και μπλοκάρει τον κυτταρικό κύκλο της τριπλά αρνητικά κυτταρικής σειράς καρκίνου του μαστού, MDA-MB-231. Από την ανάλυση του μεταγραφικού προφίλ αυτών των κυττάρων προκύπτει ότι σημαντικά σηματοδοτικά μονοπάτια και βιολογικές λειτουργίες, όπως και οι ρυθμιστές τους, διαταράσσονται μετά από ΥΕ PML. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι πολλά από τα γονίδια σχετιζόμενα με τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό των οποίων η έκφραση μειώνεται μετά από ΥΕ PML είναι και, θετικά, ρυθμιζόμενοι στόχοι του μεταγραφικού παράγοντα FOXM1 (Forkhead Box M1). Η λειτουργική αλληλεπίδραση της PMLIV με την επικράτεια πρόσδεσης του FOXM1 στο DNA, καθώς και η μείωση του FOXM1 σε επίπεδο mRNA και πρωτεΐνης, υποδεικνύουν ότι η PMLIV είναι ένας καταστολέας του FOXM1. Επιπλέον, δείξαμε ότι η PMLIV YE επηρεάζει το μεταγραφικό πρόγραμμα του μεταγραφικού παράγοντα, FOXO3, o οποίος δρα ανοδικά του FOXM1. Συμπερασματικά, προτείνουμε ότι η PML επηρεάζει την ισορροπία των FOXO3 και FOXM1 μεταγραφικών προγραμμάτων στοχεύοντας διακριτά υποσύνολα γονιδίων. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι υψηλά επίπεδα PML μπορούν να επηρεάσουν ταυτόχρονα ποικίλα σηματοδοτικά μονοπάτια στοχεύοντας τον άξονα FOXO3-FOXM1, ο οποίος συνδέει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό (FOXM1) με την απόπτωση, διακοπή του κυτταρικού κύκλου και μηχανισμούς επιβίωσης (FOXO3). Βρήκαμε ακόμη ότι εκτός από τους FOXO3 και FOXM1, η ΥΕ PML στοχεύει κι άλλους καίριους μεταγραφικούς παράγοντες (NFYA,E2F,TBP) με γενικό ρόλο στη μεταγραφή και στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Συνεπώς, θεωρούμε ότι η PMLIV ΥΕ επιδρά σε σημαντικές βιολογικές διεργασίες μέσω ενός σύνθετου δικτύου μεταγραφικών παραγόντων και επιγενετικών αλλαγών. Αρχικά πειράματα PMLIV YE σε κύτταρα διαφορετικού τύπου καρκίνου του μαστού, τα Τ47D, έδειξαν ότι η PMLIV YE οδηγεί σε αναστολή του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, αλλά προκαλεί και διαφορετικές αποκρίσεις σε σχέση με τα MDA-MB-231 κύτταρα.Μελετήσαμε ακόμη το ρόλο της PMLIV σε βλαστικά καρκινικά κύτταρα του μαστού. Παρατηρήσαμε ότι η PMLIV YE μειώνει την ικανότητα σχηματισμού ογκοσφαιρών στην καρκινική σειρά MDA-MB-231, υποδηλώνοντας ότι η PMLIV μειώνει την αυτό-ανανέωση των βλαστικών καρκινικών κυττάρων. Επιπλέον, ερευνήσαμε την επίδραση της PMLIV σε απομονωμένους, με βάση την έκφραση των επιφανειακών δεικτών EpCAM/CD24, υποπληθυσμούς καρκινικών κυττάρων και διαπιστώσαμε ότι η PMLIV YE επηρεάζει με διαφορετικό τρόπο την έκφραση γονιδίων που εμπλέκονται στη διαφοροποίηση του επιθηλίου, στην επιθηλιακή προς μεσεγχυματική μετάβαση, στον πολλαπλασιασμό και στη βλαστικότητα του κάθε υποπληθυσμού, καθώς και την ικανότητα αυτο-ανανέωσης η οποία καθορίστηκε in vitro με τη δοκιμασία σφαιρογένεσης και in vivo με ξενομοσχεύματα. Επομένως, τα αρχικά μας δεδομένα, σε αντίθεση με προηγούμενες αναφορές, υποστηρίζουν την άποψη ότι πολύ ογκογόνοι κυτταρικοί υποπληθυσμοί εμπίπτουν σε περισσότερους από έναν EpCAM/CD24 υπότυπους οι οποίοι επηρεάζονται από την PMLIV με διαφορετικό τρόπο.Συμπερασματικά, η ερευνά μας δίνει πληροφορίες για τη ρύθμιση της ανάπτυξης των όγκων από την PML στον καρκίνο του μαστού. Προσδιορίσαμε τους FOXO3 και FOXM1 σαν αλληλεπιδρώντες παράγοντες της PML, οι οποίοι προσδιορίζουν και το λειτουργικό αποτέλεσμα της PML στο κυτταρικό υπόβαθρο των MDA-MB-231 κυττάρων και αναδείξαμε έναν καινούριο, ρυθμιστικό άξονα στον πολλαπλασιασμό του καρκίνου του μαστού, PML/FOXO3/FOXM1, ο οποίος μπορεί να είναι θεραπευτικός στόχος. Επιπλέον, οι αρχικές παρατηρήσεις στα T47D κύτταρα, ενισχύουν την άποψη περί κυτταρικού υποβάθρου εξαρτώμενης δράσης της PML. Η PMLIV YE επηρέασε πολύ λιγότερο τη δημιουργία σφαιρών, ένδειξη αυτο-ανανέωσης, στα T47D σε σχέση με τα MDA-MB-231. Επιπλέον, συγκρίνοντας το μεταγραφικό προφίλ των δύο κυτταρικών σειρών, οι οποίες αντιπροσωπεύουν διαφορετικούς μοριακούς υποτύπους του καρκίνου του μαστού, μετά από PMLIV YE διαπιστώσαμε ότι η PMLIV επηρεάζει τόσο κοινές αλλά και διακριτές ομάδες γονιδίων. Προτείνουμε ότι η PML ευνοεί τόσο την αναστολή της ανάπτυξης του όγκου όσο και μηχανισμούς επιβίωσης σε διαφορετικό βαθμό, ο οποίος καθορίζεται από το εκάστοτε γενετικό και επιγενετικό υπόβαθρο των κυττάρων.


Cancers ◽  
2020 ◽  
Vol 12 (9) ◽  
pp. 2482
Author(s):  
Samson Mathews Samuel ◽  
Elizabeth Varghese ◽  
Lenka Koklesová ◽  
Alena Líšková ◽  
Peter Kubatka ◽  
...  

Despite the leaps and bounds in achieving success in the management and treatment of breast cancers through surgery, chemotherapy, and radiotherapy, breast cancer remains the most frequently occurring cancer in women and the most common cause of cancer-related deaths among women. Systemic therapeutic approaches, such as chemotherapy, although beneficial in treating and curing breast cancer subjects with localized breast tumors, tend to fail in metastatic cases of the disease due to (a) an acquired resistance to the chemotherapeutic drug and (b) the development of intrinsic resistance to therapy. The existence of cancer stem cells (CSCs) plays a crucial role in both acquired and intrinsic chemoresistance. CSCs are less abundant than terminally differentiated cancer cells and confer chemoresistance through a unique altered metabolism and capability to evade the immune response system. Furthermore, CSCs possess active DNA repair systems, transporters that support multidrug resistance (MDR), advanced detoxification processes, and the ability to self-renew and differentiate into tumor progenitor cells, thereby supporting cancer invasion, metastasis, and recurrence/relapse. Hence, current research is focusing on targeting CSCs to overcome resistance and improve the efficacy of the treatment and management of breast cancer. Studies revealed that metformin (1, 1-dimethylbiguanide), a widely used anti-hyperglycemic agent, sensitizes tumor response to various chemotherapeutic drugs. Metformin selectively targets CSCs and improves the hypoxic microenvironment, suppresses the tumor metastasis and inflammation, as well as regulates the metabolic programming, induces apoptosis, and reverses epithelial–mesenchymal transition and MDR. Here, we discuss cancer (breast cancer) and chemoresistance, the molecular mechanisms of chemoresistance in breast cancers, and metformin as a chemo-sensitizing/re-sensitizing agent, with a particular focus on breast CSCs as a critical contributing factor to acquired and intrinsic chemoresistance. The review outlines the prospects and directions for a better understanding and re-purposing of metformin as an anti-cancer/chemo-sensitizing drug in the treatment of breast cancer. It intends to provide a rationale for the use of metformin as a combinatory therapy in a clinical setting.


2020 ◽  
Vol 10 (1) ◽  
Author(s):  
Changhu Lee ◽  
Hyung Won Ryu ◽  
Sahee Kim ◽  
Min Kim ◽  
Sei-Ryang Oh ◽  
...  

AbstractBreast cancer is one of the most common cancers in women and is associated with a high mortality rate. The majority of deaths resulting from breast cancer are attributable to metastatic growth; in addition, chemoresistance is a major concern in the treatment of patients with breast cancer. However, limited drugs are available for the treatment of metastatic breast cancer. In this study, the chemoadjuvant effects of a methanolic extract from the leaves of Pseudolysimachion rotundum var. subintegrum (NC13) and an active component isolated from the plant, verminoside (Vms), were evaluated. Furthermore, their potent anti-metastatic activities were validated in vitro and in vivo in animal models. The anti-metastatic and chemosensitizing activities of NC13 and Vms on cisplatin treatment were found to be partly mediated by suppression of the epithelial–mesenchymal transition of cancer cells. Collectively, our results implied that NC13 and its bioactive component Vms could be developed as effective chemoadjuvants in combination with conventional therapeutics.


2015 ◽  
Vol 113 (4) ◽  
pp. 960-965 ◽  
Author(s):  
Sarah K. C. Cheung ◽  
Po-Kai Chuang ◽  
Han-Wen Huang ◽  
Wendy W. Hwang-Verslues ◽  
Candy Hsin-Hua Cho ◽  
...  

The discovery of cancer stem cells (CSCs), which are responsible for self-renewal and tumor growth in heterogeneous cancer tissues, has stimulated interests in developing new cancer therapies and early diagnosis. However, the markers currently used for isolation of CSCs are often not selective enough to enrich CSCs for the study of this special cell population. Here we show that the breast CSCs isolated with CD44+CD24-/loSSEA-3+ or ESAhiPROCRhiSSEA-3+ markers had higher tumorigenicity than those with conventional markers in vitro and in vivo. As few as 10 cells with CD44+CD24-/loSSEA-3+ formed tumor in mice, compared with more than 100 cells with CD44+CD24-/lo. Suppression of SSEA-3 expression by knockdown of the gene encoding β-1,3-galactosyltransferase 5 (β3GalT5) in the globo-series pathway, led to apoptosis in cancer cells specifically but had no effect on normal cells. This finding is further supported by the analysis of SSEA-3 and the two related globo-series epitopes SSEA4 and globo-H in stem cells (embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells) and various normal and cancer cells, and by the antibody approach to target the globo-series glycans and the late-stage clinical trials of a breast cancer vaccine.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document