Transkriptionsfaktor-vermittelte Reprogrammierung von Krebszellen: ein Pionier

Da die Behandlung von Krebsrezidiven, Metastasen und Resistenzen in Kliniken nach wie vor eine Herausforderung darstellt, ist die Implementierung der Krebs-Gentherapie eine florierende und anspruchsvolle Option geblieben, die solche Schwierigkeiten überwinden könnte . Es ist bekannt, dass gutartige Zellen nach einem malignen Übergang zu Krebszellen werden können, aber ob Krebszellen genetisch und epigenetisch wieder in einen gutartigen Phänotyp umgewandelt werden können, bleibt unklar . Die Transkriptionsfaktor-vermittelte Neuprogrammierung hat sich kürzlich als In-vitro-Ansatz herausgestellt, mit dem Krebszellen gutartige Funktionen abrufen können.Wie bereits erwähnt, wurde die iPSC-Technologie als ausgeklügelter Reprogrammierungsansatz nicht nur genutzt, um einen somatischen Übergang von terminal differenzierten somatischen Zellen zur Pluripotenz zu induzieren, sondern auch zur Erzeugung von CSCs für die onkogene Charakterisierung . Darüber hinaus wurde die iPSC-Technologie häufig verwendet, um die Neuprogrammierung von Krebszellen zu pluripotenten Zellen mit einem gutartigen Phänotyp zu induzieren. Im Jahr 2009 haben Utikal et al. reprogrammierte menschliche Melanozyten und Maus-Melanom-Zelllinie zu iPSCs mit einem gutartigen Phänotyp durch die Einführung von Yamanaka-Faktoren mit einer Effizienz im Bereich von 0,05% bis 0,1%. R545 Melanomzelllinie abgeleitete iPSCs zeigten endogene Expression von Oct4, Klf4 und c-Myc, Demethylierung der Oct-4 und NANOG Promotoren und den Verlust der in vivo Tumorgenität. Nach Absetzen der Doxycyclin-induzierbaren lentiviralen Expression von Yamanaka-Faktoren durch Abziehen von Doxycyclin hatten Maus-Chimären, die von den umprogrammierten Melanomzellen abgeleitet waren, ihre Benignität beibehalten und bildeten im Alter von 5 Monaten keinen sichtbaren Tumor, was darauf hindeutet, dass die umprogrammierten Zellen einen normalen Differenzierungsprozess durchliefen, um in vivo gutartige Zellen zu produzieren.

Im Jahr 2010 haben Miyoshi et al. es wurde festgestellt, dass die Expression von Pluripotenz-assoziierten Genen wie NANOG, Stage-specific embryonic Antigen-4 (SSEA-4), TRA-1–60 und TRA-1–81 nach Einführung von Yamanaka-Faktoren in Pankreas-, Leber- und Darmkrebszellen erhöht war. Reprogrammierung umgekehrt DNA und Histonmethylierung in bestimmten Promotorregionen, um Pluripotenz-assoziierte Gene neu zu exprimieren, so dass die umprogrammierten Krebszellen in der Lage waren, Muster ähnlich wie Ektoderm, Mesoderm und Endoderm zu entwickeln. Außerdem besaßen die pluripotenten Krebszellen eine höhere Empfindlichkeit gegenüber dem Chemotherapeutikum 5-Fluorouracil (5-Fu), was zu einer potenziellen klinischen Bedeutung für die Wiederherstellung der erworbenen Chemo- / Radioresistenz über die Neuprogrammierung von Krebszellen führte. Darüber hinaus waren die umprogrammierten Krebszellen in der Lage, sich in verschiedene Linien zu differenzieren, einschließlich epithelialer, mesenchymaler und neuronaler Zellen (zusammen als postpluripotente Krebszellen bezeichnet). Die postpluripotenten Krebszellen waren im Vergleich zu elterlichen Krebszellen in vitro weniger bösartig und frei von tumorigenem Potenzial, basierend auf dem Tumorbildungstest in NOD / SCID-Mäusen. Die Umprogrammierungseffizienz von Krebszellen zu pluripotenten Krebszellen bleibt jedoch gering, was darauf hindeutet, dass nur eine Minderheit der Tumorzellen erfolgreich in pluripotente Krebszellen umprogrammiert werden könnte. Spätere Studien zeigten auch, dass andere kombinatorische Transkriptionsfaktoren wie Lin-28-Homolog (LIN28), Oct-4, SOX2 und NANOG ebenfalls in der Lage waren, Lungenadenokarzinome und Magen-Darm-Krebs in iPSCs mit verminderter Tumorgenität und metastasierendem Potenzial umzuprogrammieren . Transkriptionsfaktor-vermittelte Umprogrammierung kann weiter gerichtet werden, durch eine Vielzahl von Differenzierungs-assoziierten Faktoren, um funktionelle Zellen verschiedener Linien zu bilden . Obwohl ein solcher Umprogrammierungsansatz machbar und ethisch akzeptabel ist, um den postepigenetischen Zustand von Krebszellen wieder in einen gutartigen pluripotenten Zustand zu versetzen , bleiben die Effizienz und Sicherheit der durch Transkriptionsfaktoren vermittelten Umprogrammierung von Krebszellen eine herausfordernde Aufgabe, die gelöst werden muss, bevor sie zu einer vielversprechenden Krebstherapie wird .Kombinatorische Pluripotenz-assoziierte Transkriptionsfaktoren haben nachgewiesene Fähigkeiten gezeigt, Krebszellen in uiPSCs umzuprogrammieren, die das Potenzial haben, sich weiter in normale Zellen zu differenzieren. Darüber hinaus haben Forscher kürzlich herausgefunden, dass abstammungsspezifische Faktoren Krebszellen direkt in funktionelle somatische Zellen umprogrammieren können, indem sie das pluripotente Stadium umgehen, was das Risiko für eine maligne Transformation von induzierten pluripotenten Krebszellen verringern könnte .

Breakpoint Cluster Region (BCR)-Abelson murine Leukämie virales Onkogen Homolog 1 (ABL1)+ Vorläufer B-Zell akute lymphoblastische Leukämie (B-ALL) ist durch Blockade der B-Zell-Differenzierung gekennzeichnet. Daher wurde die Umprogrammierung von BCR-ABL1 + B-ALL in die nicht-leukämischen Zellen als eine ausgezeichnete Strategie zur Überwindung der Differenzierungsblockade angesehen . Eine frühere Studie hat gezeigt, dass CCAAT / Enhancer-Binding Protein alpha (C / EBPa), ein Transkriptionsfaktor, der mit der Entwicklung von ALL assoziiert ist, einen zellulären Übergang von murinen B-Lineage-Zellen zu Makrophagen mit ungefähr 100% Effizienz induzieren kann . Diese frühere Arbeit hat zu der Überlegung geführt, ob C / EBPa auch verwendet werden könnte, um Krebs mit B-Zell-Linien auf funktionelle Makrophagen umzuprogrammieren. Im Jahr 2013 haben Rapino et al. erfolgreiche Umprogrammierung menschlicher Lymphom- und Leukämie-B-Zelllinien zu Makrophagen-ähnlichen Zellen durch Einführung von C / EBPa. Nach der Analyse von mehr als 20 menschlichen Lymphom- und Leukämie-B-Zelllinien konnten 80% der Zellen teilweise oder vollständig zu Makrophagen-ähnlichen Zellen umprogrammiert werden. Die umprogrammierten lymphoblastischen Leukämie-B-Zellen zeigten in vitro eine geringere Tumorgenität, wobei die Makrophagen-assoziierten Marker hochreguliert und die B-Zell-assoziierten Marker herunterreguliert wurden. Experimente in Mausmodellen bestätigten auch, dass nach der Injektion von C / EBPa-infizierten lymphoiden Leukämiezellen in immundefiziente Mäuse kein Tumor gebildet wurde. Obwohl die Mehrheit der analysierten Lymphom- und Leukämie-Zelllinien zumindest teilweise oder vorübergehend reprogrammiert wurde, hielten nur zwei Zelllinien mit einer höheren endogenen Expression von C / EBPa den zellulären Übergang zu Makrophagen-ähnlichen Zellen effektiv aufrecht, was darauf hindeutet Die Erfolgsrate der Reprogrammierung von Krebszellen hängt stark von der endogenen Expression von C / EBPa ab .Frühere Studien konzentrierten sich auf die Einführung eines einzelnen nuklearen Transkriptionsfaktors, um die Tumorgenität nicht nur von B-Zell-assoziierten Malignomen, sondern auch von hepatozellulären Karzinomen (HCC) zu lindern . Um Krebszellen erfolgreich in Zellen mit normalen Funktionen umzuprogrammieren, müssen verschiedene nukleare Transkriptionsfaktoren zusammenarbeiten . Ob es eine spezifische Formel von Transkriptionsfaktoren gibt, die den Übergang von Krebs von Malignität zu Gutartigkeit mit hoher Effizienz und Sicherheit wirksam induzieren kann, bleibt schwer zu sagen. Jüngste Fortschritte in der Einzelzell-RNA-Sequenzierung haben es den Forschern ermöglicht, eine umfassendere Profilerstellung in verschiedenen Krebszellen zu erhalten, und eine zunehmende Anzahl von Transkriptionsfaktorkandidaten wurde identifiziert und charakterisiert, um die Effizienz der Neuprogrammierung von Krebszellen zu verbessern .

Im Jahr 2014 haben Huang et al. gefunden, dass eine Kombination von Transkriptionsfaktoren einschließlich Hepatozyten-Kernfaktor 1 alpha (HNF1A), Hepatozyten-Kernfaktor 3 Alpha (HNF3A) und Forkhead-Box-Protein A3 (FOXA3) spielte eine bedeutende Rolle bei der Neuprogrammierung menschlicher Fibroblasten in Hepatozyten-ähnliche Zellen. Dann im Jahr 2019, Cheng et al. gezeigt, dass die Kombination von HNF1A, HNF4A und FOXA3 könnte auch induzieren direkte Reprogrammierung von HCC in Hepatozyten-ähnliche Zellen mit normalen Funktionen einschließlich albumin-Sekretion, Glykogen-Synthese, low-density-Lipoprotein-Aufnahme sowie Stoffwechsel-Kontrolle und Entgiftung. In dieser Studie wurde Adenovirus verwendet, um HNF1A, HNF4A und FOXA3 synergistisch in HCCLM3- und Huh7-Zelllinien einzuführen. Basierend auf seinem intrinsischen Hepatotropismus induzierte die Adenovirus-vermittelte Infektion im Vergleich zur iPSC-Reprogrammierung ungefähr 100% HCC-Zellen, um die ausgewählten Transkriptionsfaktoren zu exprimieren, was die Infektions- und Reprogrammierungseffizienz signifikant verbesserte. Die kombinatorischen Transkriptionsfaktoren induzierten die Reexpression von Hepatozyten-assoziierten Genen und morphologischen Veränderungen sowohl in HCCLM3- als auch in Huh7-Zelllinien, was auf eine gleichzeitige Wirkung von HNF1A, HNF4A und FOXA3 bei der HCC-Reprogrammierung hinweist. Umprogrammierte Hepatozyten zeigten eine allmähliche Zunahme der Hepatozytenfunktionen und einen Verlust der in vitro tumorigenen Eigenschaften. Zum Beispiel zeigten die umprogrammierten Hepatozyten aus HCCLM3-Zelllinien einen signifikanten Anstieg der Albumin (ALB) -Expression und eine Abnahme der Alpha-Fetoprotein (AFP) -Expression. Die Ergebnisse des Koloniebildungstests, des Migrationstests und des Sphäroidbildungstests zeigten auch, dass die Proliferations- und Migrationsfähigkeiten sowie die Anzahl der Leber-CSCs verringert waren. Die Ergebnisse des cDNA-Mikroarrays bestätigten, dass die umprogrammierten hepatozytenähnlichen Zellen den primären menschlichen Hepatozyten genetisch ähnlich waren. Murine Modelle zeigten auch, dass die umprogrammierten hepatozytenähnlichen Zellen in vivo wesentlich an Tumorgenität verloren und in der Lage waren, die Leberstruktur während der Regeneration zu rekonstruieren. Ferner war die Epithelzelladhäsionsmolekül (EpCAM) + -Subpopulation in den umprogrammierten hepatozytenähnlichen Zellen signifikant verringert, was darauf hindeutet, dass die Umprogrammierung von Krebszellen über HNF1A, HNF4A und FOXA3 CSCs wirksam eliminieren könnte, um ein Wiederauftreten, einen Rückfall und eine Resistenz von Krebs bei HCC zu verhindern.

Die Transkriptionsfaktor-vermittelte Reprogrammierung basiert auf genetischen und epigenetischen Modifikationen durch spezifische Genübertragung . Seit Yamanaka et al. die Transkriptionsfaktoren wurden erfolgreich genutzt, um Maus- und humane Fibroblasten in iPSCs umzuprogrammieren, und die Umprogrammierungstechnik wurde bei der Entwicklung potenzieller Krebsbehandlungen weiter eingesetzt . Dennoch blieb die Kontroverse über die Transkriptionsfaktor-vermittelte Reprogrammierung von Krebszellen bestehen . Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Umprogrammierung von Krebszellen zu pluripotenten Zellen nicht immer zu positiven Effekten führt. Aufgrund des Vorhandenseins von Onkogenen wie c-Myc, KLF4 und SOX2 haben pluripotente Krebszellen beispielsweise Sicherheitsbedenken bei der Onkogenese aufgrund einer abweichenden Differenzierung . Darüber hinaus hat die Transkriptionsfaktor-vermittelte Neuprogrammierung von Krebszellen erhebliche Einschränkungen in Bezug auf Kosten, Einführungseffizienz und In-vivo-Abgabe, die ihr Potenzial in der klinischen Translation behindert haben . Krebsauslösung und -progression hängen hauptsächlich mit genetischen Mutationen und komplizierten epigenetischen Veränderungen zusammen, einschließlich microRNA-Regulation, DNA-Methylierung, Histonmodifikationen und Chromosomenumbau . Die Transkriptionsfaktor-vermittelte Reprogrammierung von Krebszellen ist in hohem Maße an diesen komplexen molekularen Netzwerken beteiligt, und der zugrunde liegende Mechanismus bleibt weitgehend unerforscht.

Neuprogrammierung von Krebszellen durch kleine Moleküle: ein Game-Changer

Das Aufkommen der Transkriptionsfaktor-vermittelten Reprogrammierung von Krebszellen hat bahnbrechende Ergebnisse erbracht, um die Machbarkeit der Reprogrammierung von Krebsschicksalen zu beweisen . Obwohl die transkriptionsvermittelte Reprogrammierung von Krebszellen weithin als potenziell vielversprechende Strategie gegen Malignome anerkannt ist, bleiben Sicherheits- und Wirksamkeitsbedenken, die durch transgene Modifikationen verursacht werden, als nicht vernachlässigbare Blockade bestehen . Die genetischen Anomalien, wie die Aktivierung von Onkogenen oder die Stummschaltung von Tumorsuppressorgenen, die durch die Insertion exogener DNA-Sequenzen verursacht werden, können die zukünftige klinische Translation der Reprogrammierungstherapie von Krebszellen gefährden. Es gab einen alternativen Ansatz, um die Virusinfektion durch eine vorübergehende Genübertragung unter Verwendung speziell entwickelter Mikropartikel zu ersetzen , aber die Transkriptionsfaktor-vermittelte Neuprogrammierung von Krebszellen bleibt riskant und technisch herausfordernd . Daher ist es dringend erforderlich, alternative Strategien zu entwickeln, um eine effiziente Neuprogrammierung von Krebszellen zu induzieren. In jüngster Zeit hat sich gezeigt, dass die Neuprogrammierung von kleinmolekülvermittelten Krebszellen in der Lage ist, terminal differenzierte Zellen in einen pluripotenten Zustand umzuprogrammieren . Noch wichtiger ist, dass es auch mehrere Studien gibt, die zeigen, dass die Verwendung kleiner Moleküle zur Induktion der Neuprogrammierung von Krebszellen von Malignität zu Gutartigkeit einige der Einschränkungen bei der Transkriptionsfaktor-vermittelten Neuprogrammierung von Krebszellen umgehen kann .

Die Neuprogrammierung kleiner Moleküle hat deutliche Vorteile, darunter relativ niedrige Kosten, einfache Technik, leicht abstimmbare Vielseitigkeit, Permeabilität und Reversibilität . Kleine Moleküle können auch als ausgezeichneter Kandidat dienen, um zelluläre Prozesse effizient zu regulieren, indem sie direkt auf Signalwege wie die Wnt-, Hedgehog- und Hippo-Wege abzielen . Es ist zweckmäßig, kleine Moleküle herzustellen und ihren Durchsatz zu skalieren, um eine Neuprogrammierung mit unterschiedlichen Linien zu induzieren . Darüber hinaus können solche Moleküle als molekulare Sonden verwendet werden, um die zugrunde liegenden Veränderungen der molekularen Signalübertragung während der Umprogrammierung von Krebszellen zu untersuchen, was zu einer Verbesserung der Umprogrammierungseffizienz und einer Verringerung des Off-Target-Effekts führen kann . Damit die Neuprogrammierung von kleinmolekularen Krebszellen erfolgreich ist, müssen kleine biochemische Moleküle identifiziert und entwickelt werden, die Krebszellen bei der Überwindung epigenetischer Barrieren und Blockaden in verschiedenen zellulären Signalwegen unterstützen können . Da die unabhängige Neuprogrammierung von kleinmolekülvermittelten Krebszellen zur Umwandlung von Malignität in Gutartigkeit bisher eine Herausforderung darstellt, gibt es eine begrenzte Anzahl von Studien an der klinischen Grenze .

Durch die Einführung von C/EBPa, Rapino et al. erfolgreich umprogrammierte menschliche Lymphom- und Leukämie-B-Zelllinien zu Makrophagen-ähnlichen Zellen. Der Befund führt zu einer theoretischen Einsicht, ob kleine Moleküle auch Auswirkungen auf die Neuprogrammierung von lymphoblastischer Leukämie haben können. Im Jahr 2015 haben McClellan et al. es wurde festgestellt, dass myeloische differenzierungsinduzierende Zytokine, einschließlich FMS-ähnlicher Tyrosinkinase-Liganden (FLT3L), Interleukin 7 (IL-7), Interleukin 3 (IL-3), Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor (GM-CSF), Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor (MCSF) und myeloische Transkriptionsfaktoren wie C / EBPa und PU.1 könnte primäre humane BCR-ABL1 + B-ALL-Zellen effizient in Makrophagen-ähnliche Zellen umprogrammieren. Nach 2-wöchiger Exposition gegenüber myeloischen differenzierungsinduzierenden Zytokinen wurde festgestellt, dass 53% der CD19 + / CD34 + leukämischen Blasten die Expression von CD14 signifikant erhöhen und die Expression von CD19 verringern. Die CD14+/CD19- Subpopulation wurde sortiert und gereinigt, um > 98% Makrophagen-ähnliche Zellen mit stabiler CD14-Expression zu erhalten. Die umprogrammierten Zellen besaßen makrophagenähnliche Morphologie, Oberflächenimmunphänotypen, Genexpressionsprofil, Erzeugung von oxidativem Burst und phagozytäre Fähigkeit. Darüber hinaus konnten die umprogrammierten Zellen die Leukämogenität, die sich durch den Verlust der Fähigkeit zur Bildung maligner Xenotransplantate in Tiermodellen manifestiert, signifikant lindern. Die Ergebnisse könnten zu einer praktikablen Strategie führen, die die Neuprogrammierung von Krebszellen zur Behandlung von BCR-ABL1 + B-ALL in vivo nutzt. Nichtsdestotrotz deuten die Ergebnisse der leukämischen Reprogrammierung darauf hin, dass sich die In-vivo-Reprogrammierung in einem vorläufigen Stadium befindet, da die zugrunde liegenden genetischen Aberrationen, die durch die Zytokininduktion verursacht werden, unerforscht bleiben. Darüber hinaus zeigten 5 von 12 klinischen Fällen eine Resistenz gegen die CD14 + -Reprogrammierung. Daher ist es unklar, wie Patienten prospektiv ausgewählt werden sollen, die von einer Leukämieumprogrammierung profitieren würden. Es ist mehr Forschung erforderlich, um diese Einschränkungen zu überwinden, bevor sie zu einer effizienten therapeutischen Strategie gegen B-Zell-assoziierte Malignome werden können.

Im Jahr 2019 haben Ishay-Ronen et al. erfolgreich konvertierte invasive Brustkrebszellen in funktionelle Adipozyten, um Metastasen durch kleinmolekulare Induktion des epithelial–mesenchymalen Übergangs (EMT) und der Redifferenzierung zu verhindern. EMT ist ein anerkannter Umprogrammierungsprozess, der die zelluläre Plastizität verbessern kann . Wie bereits gezeigt, ist der Umprogrammierungsprozess zur Erzeugung pluripotenter Krebszellen normalerweise mit dem Potenzial verbunden, sich über Transkriptionsfaktor oder Kleinmolekülinduktion weiter in verschiedene Linien mit normalen Zellfunktionen zu differenzieren . So haben Ishay-Ronen et al. induzierte EMT durch Behandlung von Py2T-Brustkrebszellen mit transformierendem Wachstumsfaktor-beta (TGF-β) in vitro und redifferenzierte die umprogrammierten Py2T-Zellen in funktionelle Adipozyten unter Verwendung von Insulin, Dexamethason, Rosiglitazon und knochenmorphogenetischem Protein 2 (BMP2). Die Ergebnisse zeigten, dass die umprogrammierten Py2T-Zellen mit einem Cocktail aus kleinen Molekülen zur Adipogenese induziert werden konnten. Nach mindestens 20-tägiger Behandlung mit TGF-β und Adipogenese-induzierenden Faktoren exprimierten die umprogrammierten Py2T-Zellen mit mesenchymalen Eigenschaften signifikant höhere C / EBPa- und CCAAT / Enhancer-bindendes Protein Beta (C / EBPß), die Regulatoren der Adipogenese waren, im Vergleich zu ihren Gegenstücken mit epithelialen Eigenschaften. Die vielseitige Pluripotenz der umprogrammierten Brustkrebszellen wurde durch andere mesenchymale Differenzierung bestätigt, einschließlich Osteogenese und Chondrogenese mit Nachweis von osteo- und chondrospezifischen Markern wie Transkriptionsfaktor Sp7 (Osterix), Kollagen Typ II und geschlechtsbestimmende Region Y-Box 9 (SOX9). Zusätzlich verwendeten sie MTflECad (epitheliale) und MTΔCad (mesenchymale) Mausmodelle, um die Effizienz und Spezifität von EMT-bezogenen Reprogrammierungs- und Redifferenzierungsprozessen zu testen. In vitro TGF-β induzierte Reprogrammierung und in vivo Cre Rekombinase-vermittelte Reprogrammierung zeigten beide, dass etwa 60% der Brustkrebszellen C / EBPa + exprimierten. Die Ergebnisse bestätigten, dass TGF-β eine wichtige Rolle bei der Regulierung des EMT-bezogenen Reprogrammierungsprozesses und der mesenchymalen Eigenschaften von Krebszellen sowohl in vitro als auch in vivo spielte. Darüber hinaus führte die kombinatorische Behandlung mit Trametinib und Rosiglitazon im Mausmodell zu einer effizienten Adipogenese in vivo der umprogrammierten Brustkrebszellen. Da Trametinib und Rosiglitazon U.S. Food and Drug Administration (FDA)-zugelassene Medikamente zur Induktion von EMT und Adipogenese, mit Ihnen als Mediatoren in der Krebs-Zell-Reprogrammierung Therapie ist klinisch mehr machbar im Vergleich zu Ansätzen mit anderen Mediatoren . Die signifikanten Vorteile dieser Studie liegen nicht nur in der Identifizierung der kleinen Moleküle bei der Regulierung der Reprogrammierung und Redifferenzierung von Brustkrebszellen, sondern auch in der Etablierung eines replizierbaren Modells, das bei der Bewertung der Reprogrammierung von Krebszellen bei vielen anderen Krebsarten genutzt werden kann mit verschiedenen Linien. Die Elimination invasiver mesenchymaler Krebszellen durch eine niedermolekülvermittelte Reprogrammierungstherapie von Krebszellen kann erworbene Chemo- / Radioresistenz und Krebsmetastasen behandeln, aber die Spezifität der Behandlung mit Trametinib plus Rosiglitazon und die Prävention von Nebenwirkungen sollten in späteren Studien weiter untersucht werden .Wie bereits erwähnt, scheint die zelluläre Apoptose während der Reprogrammierung von Krebszellen von den kleinen Molekülen nicht beeinflusst zu werden, ebenso wie die Zellproliferation. Zum Beispiel wird die Zeit für die G0 / G1-Phase verlängert, und zellzyklusfördernde Gene werden unterdrückt, was darauf hinweist, dass die Verbesserung der Benignität stattgefunden hat . Die Neuprogrammierung von niedermolekularen Krebszellen bietet einen nicht-viralen und nicht-integrierten Ansatz, um den Übergang von Krebszellen zu gutartigen Zellen zu induzieren. Als eine der möglichen Strategien ist ein solcher Reprogrammierungsansatz vielversprechend, um die Entwicklung und den Rückfall verschiedener Malignome wirksam zu unterdrücken.

Bisher stehen Fortschritte bei der Neuprogrammierung von Krebszellen vor vielen Herausforderungen. Erstens bestehen einige Krebsarten (wie das Nasopharynxkarzinom) aus einer großen Subpopulation undifferenzierter Krebszellen, was es schwierig macht, solche Krebszellen aufgrund der In-situ-Tumorheterogenität in gutartige Zellen umzuprogrammieren . Direkte Umprogrammierung könnte ein potenziell machbarer Ansatz sein, der auf diese Arten von Krebs angewendet werden kann, aber es gab bisher keine vielversprechenden Beweise . Zweitens gibt es viele kleine Moleküle, die als ausgezeichnete Kandidaten für die Neuprogrammierung von Krebszellen in vitro dienen können, aber nur wenige von ihnen wurden von den USA offiziell zugelassen. FDA, da jedes kleine molekulare Medikament streng auf der Grundlage seiner Vorteile und potenziellen Risiken für die beabsichtigten Patienten überprüft werden muss . Zukünftige Untersuchungen sollten sich auf die Entwicklung pharmakologischer Wirkstoffe konzentrieren -vermittelte Neuprogrammierung von Krebszellen, um Sicherheits- und Effizienzbedenken zu minimieren. Darüber hinaus sind die Funktionen kleiner biochemischer Moleküle nicht ausreichend spezifisch, was darauf hindeutet, dass mögliche Off-Target-Effekte manchmal während der Neuprogrammierung auftreten können . Darüber hinaus sollte die Dosierung kleiner Moleküle zur Induktion der In-vivo-Reprogrammierung und Differenzierung von Krebszellen sorgfältig untersucht werden, um potenziell schädliche unerwünschte Ereignisse bei Patienten zu vermeiden. Daher ist es dringend notwendig, die molekularen Mechanismen der Neuprogrammierung von Krebszellen genau zu entschlüsseln, um die Nebenwirkungen zu lindern. Es hält es für notwendig, eine effiziente Verabreichungsmethode für die Neuprogrammierung assoziierter kleiner Moleküle einzusetzen, da viele Behandlungsfehler nicht auf die Ineffizienz der Arzneimittel selbst zurückzuführen sind, sondern auf die Ineffizienz der Arzneimittelabgabe .

microRNA und Exosom-vermittelte Reprogrammierung von Krebszellen: neue Alternativen

Es wurde berichtet, dass microRNAs, einschließlich miRNA302s , miRNA200c , miRNA369 , miRNA34a und miRNA30b, entscheidend für die Verbesserung der Expression von Pluripotenz-assoziierten Genen sind. microRNA wurde als nützliche Biomarker und molekulare Sonden angesehen, um auf bestimmte Zelltypen abzuzielen und die Zellreprogrammierung zu manipulieren. Die präzise und effiziente Regulierung des Zellübergangs zur Behandlung von malignen Erkrankungen durch die Nutzung von microRNA bleibt jedoch bisher eine Herausforderung.

Lin et al. erste zeigten, dass menschliche Hautkrebszellen mit microRNA-302s in iPSCs umprogrammiert werden konnten, die in menschlichen ESCs reichlich exprimiert werden, aber nach Differenzierung schnell verschwanden. Es wurde berichtet, dass pluripotente Krebszellen mit microRNA-302s-Transfektion eine verminderte Tumorgenität, genomische Demethylierung und erhöhte Expression von SSEA-3/4, SOX2, NANOG und Oct-3/4 aufweisen. Da die Größe von microRNA-302s nur ungefähr 1 kb betrug, erreichte die Transfektionseffizienz > 99% basierend auf Durchflusszytometrieanalysen, was darauf hindeutet, dass die Größe eines exogenen Faktors eine wichtige Rolle bei der Transfektionseffizienz spielte . Allerdings wurden nur 2% -5% der Krebszellen erfolgreich in pluripotente ES-ähnliche Zellen umprogrammiert. Die Genexpressionsanalyse ergab, dass die pluripotenten ES-ähnlichen Zellen eine Ähnlichkeit von mehr als 86% mit den menschlichen ES-Zelllinien H1 und H9 aufwiesen. Unter abstammungsspezifischen differenzierungsinduzierenden Medien differenzierten sich von Krebs abgeleitete ES-ähnliche Zellen weiter in gutartige Zellen, einschließlich Neuronen, Chondrozyten und Fibroblasten. Es wurde auch gezeigt, dass die microRNA-200-Familie die EMT verbessert, indem sie auf die Zinkfinger-E-Box-bindende Homeobox 1 (ZEB1) -Achse abzielt, von der bekannt ist, dass sie das Tumorsuppressorgen E-Cadherin hemmt . In menschlichen Darmkrebszellen haben sich Mitglieder der microRNA34-Familie als neuartige Transkriptionsziele des Tumorsuppressorgens p53 erwiesen .Exosomen haben die Fähigkeit, Komponenten zu beherbergen, die die Konstitution der embryonalen Mikroumgebung nachahmen . ESC-bezogene Reprogrammierungsfaktoren sind in humanen ESC-abgeleiteten Exosomen eingeschlossen und können an Krebszellen abgegeben werden, um den Übergang von Malignität zu Benignität zu induzieren. Im Jahr 2017 haben Zhou et al. gezeigt, dass menschliche ESC-abgeleitete Exosomen die Krebsproliferation in vitro hemmen und die Tumorgenität in vivo lindern können. Wenn Colo-320- und MCF-7-Krebszelllinien in ESC-konditioniertem Medium kultiviert wurden, zeigten sie eine Reexpression von Pluripotenz-assoziierten Markern, einschließlich Oct-4, NANOG und SOX2, und eine Verringerung der Tumorgenität in vitro, was auf die erfolgreiche Umprogrammierung von Malignität in Gutartigkeit hinweist. Ungefähr 90% der Brustkrebszellen verloren die Vimentin-Expression nach Exposition gegenüber einem konditionierten Medium, während die Umprogrammierungseffizienz der Darmkrebszellen nicht bestimmt wurde. Die Ergebnisse legen nahe, dass Exosomen die Onkogenese unterdrücken könnten, indem sie die Expressionsniveaus kritischer Pluripotenz-assoziierter Marker fördern. Danach könnten Krebszellen in einen pluripotenten Status zurückversetzt werden und gutartige Differenzierungswege wiederherstellen. Die von Krebs abgeleiteten ES-ähnlichen Zellen waren jedoch in vivo nicht frei von Tumorbildung, und eine 60% ige Tumorgrößenreduktion wurde bei Krebszellen beobachtet, die mit ESCs-abgeleiteten Exosomen behandelt wurden. Bedingtes Medium, das Exosomen enthielt, hemmte die Krebsproliferation durch Verlängerung der Zeit in der G1-Phase, während die Zeit in den S- und G2 / M-Phasen gesenkt wurde. Zhou et al. es wurde auch festgestellt, dass das Expressionsniveau von Cyclin D1 reduziert wurde, um die Retinoblastom-Hypophosphorylierung nach Behandlung von konditioniertem Medium aufrechtzuerhalten, was zu einer Hemmung des G1 / S-Phasenübergangs führte . Darüber hinaus wurde die Phosphorylierung am Serinrest 10 im Histon H3 als eine der lebenswichtigen epigenetischen Modifikationen während der G2-Phase signifikant reduziert . In Übereinstimmung mit früheren Erkenntnissen haben verschiedene Substanzen aus der humanen embryonalen Mikroumgebung das Potenzial, das Fortschreiten von Krebs zu hemmen und die Tumorgenität in vivo zu lindern .