Cell biology. Oncogenic potential of CD133+

Full Text

CD133+ клетки были описаны как стволовые клетки взрослого организма в 1997 году [1, 2]. Экспрессия гликопротеина CD133+ описана на гемопоэтических клетках фетальной печени, костного мозга, пуповинной и периферической крови [1-4], на циркулирующих эндотелиальных прогениторах [5] и некоторых опухолевых клетках человека [6]. Оказалось, что клетки способны к многократным делениям и высокой степени экспансии in vitro, что позволило их рассматривать как одну из самых ранних стволовых популяций во взрослом организме человека [7]. Беспокойство клиницистов, применяющих стволовые клетки дефинитивных тканей, в последнее время стали вызывать публикации, посвящённые изучению их возможного онкогенного потенциала. Так, оказалось, что потенциальной онкогенностью могут обладать нейральные [8] и стволовые клетки костного мозга [9]. Кроме того, трансплантация любых тканеспецифичных стволовых клеток, положительных по маркёру раннего эмбриогенеза - Oct-4, может быть потенциально онкогенно опасна [10]. Онкогенный потенциал взрослых стволовых CD133+ клеток остаётся плохо изученным. Это становится особо актуальным в связи с начавшимися клиническими испытаниями этих клеток в целях кардиомиопластики [11, 12]. В 2003 году группа Singh выделила CD133+ клетки из нейро-опухолей человека [13]. При их экспансии in vitro исследователи получали опухоли с таким же фенотипом, из которых и были выделены CD133+. Напротив, при культивировании CD133- клеток опухоли, они не образовывали сферы и «теряли злокачественный фенотип» [13]. Новая работа этой группы, опубликованная в Nature, более детально изучает потенциальный онкогенный риск трансплантации «чистой» популяции CD133+ in vivo. Для проверки гипотезы об онкогенности этих клеток, CD133+ и CD133- клетки сортировали (MACS) из опухолей головного мозга человека - медуллобластомы (n=3) и глиобластомы (n=4). Обе популяции свежеизолированных клеток вводили стереотаксически в лобные доли NOD/SCID мышей. В стандартном эксперименте по индукции канцерогенеза путём ксенотрансплантации злокачественных клеток человека в головной мозг мышей для формирования опухоли обычно требуется 100 тыс. - 1 млн. клеток. В данном эксперименте введение всего лишь 100 CD133+ клеток вызывало образование полноценной опухоли через 12-24 недель после трансплантации. Введение 50 тыс. - 100 тыс. CD133- клеток, отсортированных из той же первичной опухоли, приводило к формированию глиального рубца, но не опухоли. После трансплантации CD133+ клеток у 16 мышей из 19 развились опухоли (рис.). Для проверки фенотипа при дифференцировке клеток и развитии опухоли использовали иммуногистохимию. При формировании медуллобластомы CD133+ клетки становились nestin+/vimentin+ (неспецифические маркёры, используемые для идентификации нейрональных прогениторных клеток), большинство человеческих клеток окрашивалось также на beta-III-tubulin и некоторая часть на GFAP (glial fibrillary acidic protein). Клетки глиобластомы, образовавшиеся впоследствии из CD133+ экспрессировали nestin, MIB-1 (как маркёр пролиферации), GFAP и MAP2 (microtubule associated protein). Часть клеток коэкспрессировала CD133+/GFAP. В конечном итоге, CD133+ клетки формировали полноценную опухоль, большинство клеток которой были CD133- и гетерогенны по экспрессии различных (по степени зрелости) нейромаркёров. Гистологическая структура (включая классическую атипию) и повышенный уровень экспрессии p53 гена родительских опухолей и дочерних из ксенографтов были одинаковыми. Суммарно эти данные указывают на то, что CD133+ клетки, выделенные из нейро-опухолей человека являются опухоле-инициирующими клетками in vivo и в формировании опухоли проходят различные стадии как нейрональной так и астроцитарной дифференцировки.

Рис. МРТ-томограмма опухоли в головном мозге SCID-мышей через 14 недель после стереотаксической инъекции в лобную область 1000 CD133+ клеток, выделенных из медуллобластомы человека.

Для проверки способности клеток к самообновлению производили серийные трансплантации. С этой целью вводили 1000 CD133+ клеток в мозг мышей и через 6 недель получали опухоль, из которой вновь выделяли 1000 CD133+ клеток и трансплантировали их другим («здоровым») мышам той же линии. Через 5 недель наблюдали полную фенотипическую рекапитуляцию «родительской» опухоли во вторичных графтах. Результативность эксперимента (рекапитуляции фенотипа) - 2 из 2 (родительских - детская глиобластома) и 3 из 3 (родительских - взрослая глиобластома). При серийной трансплантации CD133- клеток результат был отрицательным.

Для доказательства отсутствия контаминации трансплантата нормальными нервными клетками производили цитогенетический анализ (SKY - спектральное кариотипирование и FISH). Практически во всех CD133+ и CD133- клетках трансплантата находили аномалии в хромосоме 17. Количество клеток с нормальным кариотипом было 4%. По данным FISH анализа 80% CD133+ и CD133- клеток имели аномалии. Таким образом, стволовые CD133+ клетки, выделенные из злокачественных нейро-опухолей человека, обладают облигатной канцерогенной активностью in vivo. В свете полученных данных следует полагать, что перед началом клинических испытаний протоколов клеточной терапии, при моделировании необходимо исследовать и туморогенный потенциал CD133+ клеток (и других стволовых клеток взрослого организма), выделенных из нормальных тканей.

About the authors

A. V. Bersenev

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Picture. MRI scan of a tumor in the brain of SCID mice 14 weeks after stereotaxic injection into the frontal region of 1000 CD133+ cells isolated from human medulloblastoma.

Download (39KB)

Indexing metadata