Plasticita a heterogenita cirkulujících nádorových buněk

Bc. Vojtěch Dvořák

Master's thesis

Plasticity and heterogeneity of circulating tumor cells

Abstract:

Rozvoj nádorového onemocnění spojený s tvorbou sekundárních nádorů metastáz – představuje hlavní příčinu úmrtí v souvislosti se zhoubným bujením. Vlastní vznik metastáz je komplexní proces spojený s řadou specifických kroků. Uvolňování cirkulujících nádorových buněk (CTCs) z primárního nádoru do krevního řečiště hraje klíčovou úlohu v tomto procesu. Je známo, že heterogenita a především plasticita nádorových buněk jsou zásadní faktory pro nádorovou progresi, účinnost terapie a zejména pro tvorbu metastáz. Zatímco role těchto faktorů na úrovni primárního nádoru a sekundárních metastáz je již poměrně dobře charakterizována, na úrovni CTCs těmto faktorům stále není plně porozuměno. Není jasné, zda CTCs musí být plastické, aby byly schopné pronikat do vzdálených orgánů, a tím pádem jen určité populace CTCs jsou toho schopné, nebo jestli je plasticita získána sekundárně, až po vlastní diseminaci. Hlavní pracovní hypotéza této práce byla následující: Plasticita primárního nádoru a sekundárních metastáz se odráží i na úrovni CTCs. Aby bylo možné tuto hypotézu experimentálně testovat, ustanovili jsme nádorové buněčné linie se stabilní expresí fluorescenčního proteinu, které dávají vznik diseminujícímu nádorovému onemocnění po ortotopické transplantaci do experimentální myši. Dále jsme využili technik průtokové cytometrie a izolovali jsme buňky z primárního nádoru, diseminované nádorové buňky, včetně CTCs, a na úrovni jednotlivých buněk jsme v nich analyzovali expresi genů souvisejících s nádorovou plasticitou. Pilotní data naznačují, že heterogenita exprese těchto genů je stejná napříč tkáněmi v metastatické kaskádě. Největší přínos předkládané práce představuje vývoj zvířecích modelů a jejich charakterizace. Výhodou těchto modelů je možnost vizualizace a izolace všech populací CTCs s použitím fluorescenčních technik jako je průtoková cytometrie, aniž by došlo k opomenutí vysoce plastických populací, které mohou mít zásadní roli při tvorbě metastáz.

Abstract:

Cancer progression and formation of distant metastasis are the major factors responsible for cancer-related mortality. Formation of metastasis is a complex process with several steps. Release of circulating tumour cells (CTCs) from the primary tumour into the bloodstream has a key role in this process. It is known that the heterogeneity and more importantly plasticity of cancer cells could be very important for cancer progression, therapy efficacy and especially for the formation of metastasis. While the role of these is well described at the levels of primary tumour and secondary metastasis, its role on the level of CTCs is still not fully understood. It is not clear if CTCs must be plastic to be able to home in distant organs and thus only some subpopulations of CTCs are able to do so, or if the plasticity is gained after the homing. Thus, our hypothesis is: Plasticity of primary tumour and secondary metastasis is reflected in the populations of CTCs. The main goal of this study is to test this hypothesis. To be able to do so, we established cancer cell lines with stable expression of fluorescent protein, which forms disseminated disease once they are orthotopically transplanted into experimental mice. Next, we employed fluorescent techniques (flow cytometry and sorting) and isolated primary tumour cells, disseminated cancer cells as well as CTCs and analysed expression of genes related to cancer plasticity in these cells at single cell level. Our pilot data suggest that heterogeneity of expression of these genes are same across all analysed compartments of metastatic cascade. The most important benefit of this work is development of animal models and their characterisation. Usage of this models brings advantage of fluorescent visualisation and isolation of all CTCs subsets, using techniques such as cell sorting, without missing any of the highly plastic subpopulation, which could have an important role in the metastatic process.

Keywords

Epiteliálně-mezenchymální přechod, Nádorová heterogenita, Nádorová platicita, Cirkulující nádorové buňky, Myší model, Epithelial-to-Mesenchymal Transition, Cancer Heterogeneity, Cancer Plasticity, Circulating Tumour Cells, Mouse model

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2018
• Supervisor: Mgr. Karel Souček, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Jakub Neradil, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology