Αφηρημένο

Πολλά καρκινικά κύτταρα εμφανίζουν μια CIN (

C

hromosome

σε

σταθερότητα) φαινότυπο, με την οποία παρουσιάζουν υψηλά ποσοστά απώλειας του χρωμοσώματος ή το κέρδος σε κάθε κυτταρικό κύκλο. Με την πάροδο των ετών, ένας αριθμός διαφορετικών μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένης της μιτωτικής ατράκτου πολυπολικότητα, αποτυχία κυτταροκίνηση, και merotelic προσανατολισμό κινητοχώρου, έχουν προταθεί ως αιτίες της CIN. Ωστόσο, μια ολοκληρωμένη θεωρία για το πώς CIN διαιωνίζεται εξακολουθεί να απουσιάζει. Χρησιμοποιήσαμε CIN ορθοκολικού καρκίνου κύτταρα ως πρότυπο σύστημα για τη διερεύνηση της πιθανής κυτταρικό μηχανισμό (ες) υποκείμενες CIN. Βρήκαμε ότι τα κύτταρα CIN συναρμολογούνται συχνά πολυπολικό ατράκτους στις αρχές της μίτωσης. Ωστόσο, πολυπολική κύτταρα ανάφαση ήταν πολύ σπάνια, και τα πειράματα ζωντανών κυττάρων έδειξε ότι σχεδόν όλα τα κύτταρα CIN διαιρούμενο σε μια διπολική μόδα. Επιπλέον, η ανάλυση σταθερών κυττάρων έδειξαν υψηλές συχνότητες της merotelically επισυνάπτεται υστερούν χρωμοσώματα στη διπολική ανάφαση κύτταρα CIN και υψηλότερες συχνότητες του merotelic συνημμένα σε πολυπολικό εναντίον διπολική προμετάφασης. Τέλος, βρήκαμε ότι πολυπολικό προμετάφασης CIN συνήθως διακατέχεται γ-τουμπουλίνης σε όλα άτρακτο πόλους, και ότι ένα σημαντικό μέρος της διπολικής μετάφαση /αρχές ανάφαση κύτταρα CIN κατείχε περισσότερα από ένα κεντρόσωμα σε ένα ενιαίο πόλο ατράκτου. Στο σύνολό τους, τα δεδομένα μας προτείνουν ένα μοντέλο με το οποίο μπορεί εύκολα να καθοριστεί merotelic κινητοχώρου συνημμένα σε πολυπολικό προμετάφασης. Οι περισσότερες από αυτές πολυπολικού προμεταφασικά κύτταρα θα τότε bi-πολώσει πριν ανάφαση έναρξη, και οι υπολειμματικές merotelic συνημμένα θα παράγει χρωμόσωμα mis-διαχωρισμού λόγω ανάφαση υστερούν χρωμοσώματα. Προτείνουμε αυτή την άτρακτο μηχανισμό πόλο συνένωση ως σημαντική συμβολή στο χρωμόσωμα αστάθεια στα καρκινικά κύτταρα

Παράθεση:. SILKWORTH WT, Nardi IK, Scholl LM, Cimini D (2009) πολυπολικό πόλου ατράκτου Συνένωση είναι μια σημαντική πηγή της κινητοχώρου mis-Κατάσχεση και το χρωμόσωμα mis-Διαχωρισμός στα καρκινικά κύτταρα. PLoS ONE 4 (8): e6564. doi: 10.1371 /journal.pone.0006564

Συντάκτης: Kevin G. Hardwick, Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, Ηνωμένο Βασίλειο

Ελήφθη: May 10, 2009? Αποδεκτές: 3, Ιουλ, 2009? Δημοσιεύθηκε: 10 του Αυγούστου του 2009

Copyright: © 2009 SILKWORTH et al. Αυτό είναι ένα άρθρο ανοικτής πρόσβασης διανέμεται υπό τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Attribution, το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση, τη διανομή και την αναπαραγωγή σε οποιοδήποτε μέσο, ​​με την προϋπόθεση το αρχικό συγγραφέα και την πηγή πιστώνονται

Χρηματοδότηση:. IKN ήταν ο αποδέκτης μιας Fralin καλοκαίρι Προπτυχιακά Research Fellowship το καλοκαίρι του 2008 και το καλοκαίρι του 2009. η εργασία αυτή χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από τον οργανισμό NSF χορηγήσει MCB-0842551 και η Thomas F. και η Kate Miller Jeffress Memorial Εμπιστοσύνη χορηγήσει J-828 σε DC. Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, η απόφαση για τη δημοσίευση, ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Εισαγωγή

Η ακριβής μιτωτική χρωμόσωμα διαχωρισμός είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα διπλοειδή αριθμό χρωμοσωμάτων. Τα περισσότερα καρκινικά κύτταρα είναι ανευπλοειδές [1], [2] και ανευπλοειδίας προτάθηκε, πριν ήδη από έναν αιώνα, να είναι μια αιτία του καρκίνου [3]. Εκτός από αυτό το ανευπλοειδικών κατάσταση, πολλά καρκινικά κύτταρα εμφανίζουν υψηλά ποσοστά του χρωμοσώματος mis-διαχωρισμού (δηλαδή, κέρδος ή ζημία ολόκληρων χρωμοσωμάτων) σε κάθε κυτταρικό κύκλο, μια κατάσταση που αναφέρεται ως χρωμόσωμα αστάθεια ή CIN [4] – [6], το οποίο συμβάλλει στη διατήρηση υψηλών επιπέδων ανευπλοειδισμών. Μια σειρά από μελέτες έχουν προσπαθήσει να εντοπίσει το ελάττωμα (ες) σε μιτωτική χρωμόσωμα διαχωρισμού δυνητικά υπεύθυνη για CIN. Πρώιμες μελέτες πρότειναν ελαττώματα στην μιτωτική σημείο ελέγχου ως η κύρια αιτία της CIN [7]. Ωστόσο, η επακόλουθη εργασία έχει δείξει ότι τα περισσότερα καρκινικά κύτταρα CIN έχουν ένα ισχυρό σημείο ελέγχου [8] και την ανταπόκριση τους σε μίτωση διατάραξης θεραπείες χωρίς να ξεχωρίζουν από την ανταπόκριση των κυττάρων μη-CIN [8], [9]. αποτυχία κυτοκίνηση έχει επίσης προταθεί στο παρελθόν ως πιθανή αιτία της βλάβης CIN [10], [11]. Ωστόσο, η αποτυχία κυτοκίνηση θα προκύψει ένα ενιαίο πολυπλοειδών κόρη κύτταρο, και δεν μπορούσε να εξηγήσει CIN, η οποία ορίζεται ως η εσφαλμένη διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων σε υψηλότερες τιμές. Ως αποτέλεσμα, CIN παράγει τόσο υψηλά επίπεδα ανευπλοειδίας και μεγάλη μεταβλητότητα σε αριθμό αντιγράφων του χρωμοσώματος εντός του πληθυσμού [4], ενώ κυτοκίνηση αποτυχία θα οδηγούσε απλά σε ένα διπλασιασμό του αριθμού των χρωμοσωμάτων. Έτσι, η αποτυχία κυτοκίνηση

per se

δεν μπορεί να εξηγήσει CIN, αν δεν συνοδευτεί από άλλα γεγονότα χρωμόσωμα mis-διαχωρισμού στην οποία μόνο χρωμοσώματα (όχι ολόκληρο το γονιδίωμα) είναι mis-διαχωρίζονται. Άλλες μελέτες πρότειναν πολυπολικότητα ως πιθανή αιτία της βλάβης CIN [12] – [15] βασίζεται στην παρατήρηση ότι τα καρκινικά κύτταρα από πολλές τοποθεσίες (αναθεωρηθούν [1]) συχνά συγκεντρώνουν πολυπολικό ατράκτους (συνήθως συνοδεύεται από πολλαπλασιασμό κεντροσωμάτων). Αν και πολυπολικό χρωμόσωμα διαχωρισμός θα οδηγούσε σίγουρα σε εκτεταμένη χρωμόσωμα mis-διαχωρισμός, μια σειρά από μελέτες πρότειναν ότι πολλά από αυτά τα πολυπολικού κύτταρα μπορεί να υποβληθούν σε μια διαδικασία πόλου ατράκτου συνένωση /clustering [16], [17], η οποία θα αποτρέψει τις μαζικές mis χρωμόσωμα -segregation που θα συνδέονται με πολυπολικό χρωμόσωμα διαχωρισμού. Έχει προταθεί ότι αυτή η άτρακτος μηχανισμός πόλου συνένωση θα παρέχουν ένα επιλεκτικό πλεονέκτημα σε κύτταρα των οποίων η ανευπλοειδία επίπεδα αλλιώς θα ήταν τόσο σοβαρή ώστε να οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο [18], [19]. Τέλος, ένας αριθμός μελετών έχει βρεθεί υψηλές συχνότητες του ανάφαση υστερούν χρωμοσωμάτων (δηλαδή, τα χρωμοσώματα που δεν διαχωρίζουν την πόλου ατράκτου, αλλά υστερούν στον ισημερινό ατράκτου κατά την διάρκεια ανάφαση) σε διάφορα καρκινικά κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων από του στόματος καρκινικών κυττάρων [20], [21], τα ανθρώπινα κύτταρα καρκίνου του μαστού [22], [23], τα κύτταρα καρκινώματος ωοθηκών [24], και του παχέος εντέρου κύτταρα [22]. Μία από αυτές τις μελέτες [22] έδειξε επίσης ότι οι καθυστερημένες χρωμοσώματα merotelically προσανατολισμό (δηλαδή, κινητοχώρου τους ήταν υποχρεωμένη να μικροσωληνίσκων από τους δύο πόλους της ατράκτου και όχι μόνο). Εν ολίγοις, έχουν πολλές εναλλακτικές μηχανισμοί CIN έχουν προταθεί όλα αυτά τα χρόνια? Ωστόσο, μια ολοκληρωμένη θεωρία για το πώς CIN διαιωνίζεται λείπει ακόμα, και δεν είναι σαφές αν υπάρχει κάποια συσχέτιση μεταξύ ορισμένων από αυτούς τους μηχανισμούς.

Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε CIN καρκίνο του παχέος εντέρου κύτταρα ως πρότυπο σύστημα ερευνήσει την πιθανή κυτταρικό μηχανισμό (ες) υποκείμενων CIN. Βρήκαμε ότι τα κύτταρα CIN συναρμολογούνται συχνά πολυπολικό ατράκτων στις αρχές της μίτωσης, αλλά πολυπολικό anaphases ήταν πολύ σπάνια, και σχεδόν όλα τα κύτταρα CIN διαιρούμενο σε μια διπολική μόδα. Βρήκαμε επίσης ότι η διπολική ανάφαση κύτταρα CIN παρουσίασαν υψηλές συχνότητες της merotelically επισυνάπτεται υστερούν χρωμοσώματα. Επιπλέον, ένα σημαντικό μέρος της διπολικής μετάφαση /αρχές ανάφαση κύτταρα CIN κατείχε περισσότερα από ένα κεντρόσωμα σε ένα ενιαίο πόλο ατράκτου. Τέλος, βρήκαμε υψηλές συχνότητες των merotelic συνημμένα σε πολυπολικό προμετάφασης. Στο σύνολό τους, τα δεδομένα μας προτείνουν ένα μοντέλο με το οποίο μπορεί εύκολα να καθοριστεί merotelic κινητοχώρου συνημμένα σε πολυπολικό προμετάφασης. Τα περισσότερα από αυτά τα κύτταρα θα ήταν τότε bi-πολώσει πριν ανάφαση έναρξη, και οι υπολειμματικές merotelic συνημμένα θα παράγει χρωμόσωμα mis-διαχωρισμού λόγω ανάφαση υστερούν χρωμοσώματα. Προτείνουμε αυτή την άτρακτο μηχανισμό πόλο συνένωση ως σημαντική συμβολή στο χρωμόσωμα αστάθεια στα καρκινικά κύτταρα.

Αποτελέσματα

CIN καρκίνο του παχέος εντέρου κύτταρα έχουν πολυπολικό αδράχτια στο προμεταφασικά, αλλά όχι σε ανάφαση

Καρκίνος του παχέος εντέρου κύτταρα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες [5], [25], εκείνοι που εμφανίζουν CIN, και εκείνων που δεν το κάνουν, παραδοσιακά ονομάζεται MIN λόγω της τους τυπικά

Μ

icrosatellite

στο

σταθερότητας. Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού, ορθοκολικό καρκίνο κύτταρα αντιπροσωπεύουν μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα μοντέλο για τη μελέτη του χρωμοσώματος mis-διαχωρισμού στα καρκινικά κύτταρα, επειδή τα κύτταρα MIN μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα πειραματικό έλεγχο για κύτταρα CIN. Για τη μελέτη αυτή, επιλέξαμε δύο κυτταρικές σειρές CIN ορθοκολικό καρκίνο (ΗΤ-29 και SW620) και μία κυτταρική σειρά ορθοκολικού MIN (HCT116). Για τον προσδιορισμό των μιτωτικών ελαττώματα δυνητικά υπεύθυνη για χρωμόσωμα mis-διαχωρισμού στα κύτταρα CIN, εκτελέσαμε πειράματα ανοσοχρώση για την επισήμανση kinetochores (χρησιμοποιώντας αντισώματα CREST) ​​και μιτωτικές ατράκτους (χρησιμοποιώντας αντι-α-τουμπουλίνης αντισώματα) σε κύτταρα CIN και ΜΙΝ. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε συνεστιακή μικροσκοπία υψηλής ανάλυσης για την αναγνώριση προμεταφασικά ελαττώματα τόσο CIN και κυττάρων MIN (Σχήμα 1). Βρήκαμε ότι το πιο σημαντικό προμεταφασικά ελάττωμα στα κύτταρα CIN ήταν άξονα πολυπολικότητα και ότι CIN κύτταρα προμεταφασικά παρουσίασαν πολυπολικό ατράκτους (Εικόνα 1Α) σε συχνότητες που ήταν σημαντικά υψηλότερα από εκείνα που βρίσκονται στα κύτταρα MIN (Εικόνα 1Β). Οι περισσότεροι από τους πολυπολικού ατράκτων εμφάνισε τριπολικό ή tetrapolar μορφολογία, αν και παρατηρήθηκαν επίσης πολυπολικό κυττάρων με 5-8 άτρακτο πόλους (5,4%, 19,5% και 7,9% του συνόλου των πολυπολικού HCT116, ΗΤ-29, και SW620, αντίστοιχα). Στη συνέχεια κοίταξε πολυπολικότητα στα κύτταρα ανάφαση, και διαπίστωσε ότι οι συχνότητες του πολυπολικού ατράκτων σε ανάφαση κύτταρα CIN ήταν πολύ χαμηλότερα από εκείνα που βρέθηκαν σε προμεταφασικά (Εικόνα 1Β). Επιπλέον, δεν υπήρχε διαφορά μεταξύ των κυττάρων MIN και CIN στη συχνότητα του πολυπολικού anaphases (Εικόνα 1Β).

Α. Παραδείγματα MIN (HCT116) και CIN (ΗΤ-29, SW620) προμεταφασικά κύτταρα ανοσοχρωματίστηκε για α-τουμπουλίνης (κόκκινο, αριστερή στήλη) και κινητοχώρους (πράσινο, μεσαία στήλη). Όλες οι εικόνες είναι μέγιστη ένταση προεξοχές σωρών οπτικές τομές που αποκτήθηκαν σε διαστήματα 0,6 μm διαμέσου της κυτταρικής άξονα Ζ. συγχωνεύονται εικόνες που εμφανίζονται στη δεξιά στήλη. Για κάθε κυτταρική σειρά, ένα παράδειγμα της διπολικής προμεταφασικά και ένα από πολυπολικού προμεταφασικά δείχνονται. μπαρ κλίμακα, 5 μm. B. Οι συχνότητες των προμεταφασικά και τα κύτταρα ανάφαση με πολυπολικό άξονες. Τα στοιχεία που παρουσιάζονται εδώ αντιπροσωπεύουν μέσες τιμές και τυπικά σφάλματα (μπάρες) τεσσάρων ανεξάρτητων πειραμάτων. Πολυπολικό προμετάφασης CIN ήταν σημαντικά πιο συχνή από ό, τι πολυπολικός προμετάφασης MIN (χ

2 test, P

Εμείς δεν αποκλείουν ότι άλλοι μηχανισμοί θα μπορούσαν συμβάλλουν στην αστάθεια χρωμόσωμα σε καρκινικά κύτταρα. Για παράδειγμα, πρόσφατες μελέτες πρότειναν ότι οι μηχανισμοί της merotelic διόρθωσης κινητοχώρου δεν είναι πολύ αποτελεσματική σε καρκινικά κύτταρα CIN [9], [45].