Cancer stem cells (CSCs) are a small population of tumor cells characterized by self-renewal and differentiation capacity. CSCs are currently postulated as the driving force that induces intra-tumor heterogeneity leading to tumor initiation, metastasis, and eventually tumor relapse. Notably, CSCs are inherently resistant to environmental stress, chemotherapy, and radiotherapy due to high levels of antioxidant systems and drug efflux transporters. In this context, a therapeutic strategy targeting the CSC-specific pathway holds a promising cure for cancer. NRF2 (nuclear factor erythroid 2-like 2; NFE2L2) is a master transcription factor that regulates an array of genes involved in the detoxification of reactive oxygen species/electrophiles. Accumulating evidence suggests that persistent NRF2 activation, observed in multiple types of cancer, supports tumor growth, aggressive malignancy, and therapy resistance. Herein, we describe the core properties of CSCs, focusing on treatment resistance, and review the evidence that demonstrates the roles of NRF2 signaling in conferring unique properties of CSCs and the associated signaling pathways.
Han, Jang Mi;Kim, Sung Min;Kim, Hye Young;Baek, Seung Bae;Jung, Hye Jin
Korean Journal of Pharmacognosy
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v.53
no.1
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pp.21-28
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2022
Sparassis crispa is an edible mushroom that has been widely utilized in Japan and Korea. It has various biological activities, such as anti-hypertensive, anti-allergic, anti-diabetic, anti-inflammatory, anti-angiogenic, and anti-cancer effects. In this study, we investigated the anticancer activity and underlying molecular mechanism of chloroform fraction of methanol extract of S. crispa (CESP) against cervical cancer stem cells (CSCs), which contribute to tumor initiation, recurrence, and resistance to therapy of human cervical cancer. CESP effectively inhibited the proliferation, tumorsphere formation, and migration of HeLa-derived cervical CSCs by promoting apoptosis. In addition, CESP significantly downregulated the expression of key cancer stemness markers, including integrin α6, CD133, CD44, ALDH1A1, Nanog, Oct-4, and Sox-2, in HeLa-derived cervical CSCs. Furthermore, CESP remarkably suppressed in vivo tumor growth of HeLa-derived cervical CSCs in a chick embryo chorioallantoic membrane (CAM) model. Therefore, our findings suggest that CESP has potential as a natural medicine for the prevention and treatment of cervical cancer by targeting CSCs.
Benzo[a]pyrene (B[a]P), a polycyclic aromatic hydrocarbon, is a principal component of cigarette smoke. B[a]P can cause lung carcinogenesis and plays a key role in lung cancer progression. The role of B[a]P has been reported in lung cancer, but its effects on lung cancer stem cells (CSCs) have not been investigated. Emerging evidence indicates that CSCs are associated with carcinogenesis, tumor initiation, relapse, and metastasis. Therefore, targeting CSCs to defeat cancer is a challenging issue in the clinic. This study explored whether B[a]P alters gene expression in lung cancer cells and CSCs. The lung adenocarcinoma A549 cell line was used to investigate the role of B[a]P on lung cancer cells and lung CSCs using microarray and quantitative PCR. B[a]P ($1{\mu}M$) provoked gene expression changes in A549 cancer cells and CSCs by deregulating numerous genes. Gene pathway analysis was performed using GeneMANIA and GIANT. We identified genes that were coexpressed and showed physical interactions. These findings improve our understanding of the mechanism of B[a]P in lung cancer and cancer stem cells and can be an attractive therapeutic target.
Cancer preventive activities of green tea and its main constituent, (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) have been extensively studied by scientists all over the world. Since 1983, we have studied the cancer chemopreventive effects of EGCG as well as green tea extract and underlying molecular mechanisms. The first part of this review summarizes groundbreaking topics with EGCG and green tea extract: 1) Delayed cancer onset as revealed by a 10-year prospective cohort study, 2) Prevention of colorectal adenoma recurrence by a double-blind randomized clinical phase II trial, 3) Inhibition of metastasis of B16 melanoma cells to the lungs of mice, 4) Increase in the average value of Young's moduli, i.e., cell stiffness, for human lung cancer cell lines and inhibition of cell motility and 5) Synergistic enhancement of anticancer activity against human cancer cell lines with the combination of EGCG and anticancer compounds. In the second part, we became interested in cancer stem cells (CSCs). 1) Cancer stem cells in mouse skin carcinogenesis by way of introduction, after which we discuss two subjects from our review on human CSCs reported by other investigators gathered from a search of PubMed, 2) Expression of stemness markers of human CSCs compared with their parental cells, and 3) EGCG decreases or increases the expression of mRNA and protein in human CSCs. On this point, EGCG inhibited self-renewal and expression of pluripotency-maintaining transcription factors in human CSCs. Human CSCs are thus a target for cancer prevention and treatment with EGCG and green tea catechins.
Kim, Dae Kyoung;Ham, Min Hee;Lee, Seo Yul;Shin, Min Joo;Kim, Ye Eun;Song, Parkyong;Suh, Dong-Soo;Kim, Jae Ho
BMB Reports
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v.53
no.12
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pp.622-627
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2020
Cancer stem cells (CSCs) or tumor-initiating cells are thought to play critical roles in tumorigenesis, metastasis, drug resistance, and tumor recurrence. For the diagnosis and targeted therapy of CSCs, the molecular identity of biomarkers or therapeutic targets for CSCs needs to be clarified. In this study, we identified CD166 as a novel marker expressed in the sphere-forming CSC population of A2780 epithelial ovarian cancer cells and primary ovarian cancer cells. The CD166+ cells isolated from A2780 cells and primary ovarian cancer cells highly expressed CSC markers, including ALDH1a1, OCT4, and SOX2, and ABC transporters, which are implicated in the drug resistance of CSCs. The CD166+ cells exhibited enhanced CSC-like properties, such as increased sphere-forming ability, cell migration and adhesion abilities, resistance to conventional anticancer drugs, and high tumorigenic potential in a xenograft mouse model. Knockdown of CD166 expression in the sphere-forming ovarian CSCs abrogated their CSC-like properties. Moreover, silencing of CD166 expression in the sphere-forming CSCs suppressed the phosphorylation of focal adhesion kinase, paxillin, and SRC. These results suggest that CD166 plays a key role in the regulation of CSC-like properties and focal adhesion kinase signaling in ovarian cancer.
Hepatocellular carcinoma (HCC), a highly malignant disease and the third leading cause of all cancer mortalities worldwide, often responses poorly to current treatments and results in dismal outcomes due to frequent chemoresistance and tumor relapse. The heterogeneity of HCC is an important attribute of the disease. It is the outcome of many factors, including the cross-talk between tumor cells within the tumor microenvironment and the acquisition and accumulation of genetic and epigenetic alterations in tumor cells. In addition, there is accumulating evidence in recent years to show that the malignancy of HCC can be attributed partly to the presence of cancer stem cell (CSC). CSCs are capable to self-renew, differentiate and initiate tumor formation. The regulation of the stem cell-like properties by several important signaling pathways have been found to endow the tumor cells with an increased level of tumorigenicity, chemoresistance, and metastatic ability. In this review, we will discuss the recent findings on hepatic CSCs, with special emphasis on their putative origins, relationship with hepatitis viruses, regulatory signaling networks, tumor microenvironment, and how these factors control the stemness of hepatic CSCs. We will also discuss some novel therapeutic strategies targeted at hepatic CSCs for combating HCC and perspectives of future investigation.
Cancer stem cells (CSCs) are a subpopulation of cancer that can self-renew and differentiate into large tumor masses. Evidence accumulated to date shows that CSCs affect tumor proliferation, recurrence, and resistance to chemotherapy. Recent studies have shown that, like stem cells, CSCs maintain cells with self-renewal capacity by means of asymmetric division and promote cell proliferation by means of symmetric division. This cell division is regulated by fate determinants, such as the NUMB protein, which recently has also been confirmed as a tumor suppressor. Loss of NUMB expression leads to uncontrolled proliferation and amplification of the CSC pool, which promotes the Notch signaling pathway and reduces the expression of the p53 protein. NUMB genes are alternatively spliced to produce six functionally distinct isoforms. An interesting recent discovery is that the protein NUMB isoform produced by alternative splicing of NUMB plays an important role in promoting carcinogenesis. In this review, we summarize the known functions of NUMB and NUMB isoforms related to the proliferation and generation of CSCs.
Osteosarcoma, the most common primary mesenchymal malignant tumor, usually has bad prognosis in man, with cancer stem-like cells (CSCs) considered to play a critical role in tumorigenesis and drug-resistance. It is known that phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) is involved in regulation of tumor cell fates, such as proliferation, cell cycling, survival and apoptosis. Whether and how PI3K and inhibitors might cooperate in human osteosarcoma CSCs is still unknown. We therefore evaluated the effects of LY294002, a PI3K inhibitor, on the cell cycle and apoptosis of osteosarcoma CSCs in vitro. LY294002 prevented phosphorylation of protein kinase B (PKB/Akt) by inhibition of PI3K phosphorylation activity, thereby inducing G0/G1 cell cycle arrest and apoptosis in osteosarcoma CSCs. Further studies also demonstrated that apoptosis induction by LY294002 is accompanied by activation of caspase-9, caspase-3 and PARP, which are involved in the mitochondrial apoptosis pathway. Therefore, our results indicate PI3K inhibitors may represent a potential strategy for managing human osteosarcoma via affecting CSCs.
Glutathione (GSH), the main cellular antioxidant, dynamically influences tumor growth, metastasis, and resistance to therapy in the tumor microenvironment (TME), which comprises cancer cells, immune cells, stromal cells, and non-cellular components, including the extracellular matrix, metabolites, hypoxia, and acidity. Cancer stem cells (CSCs) and T cells are minor but significant cell subsets of the TME. GSH dynamics influences the fate of CSCs and T cells. Here, we explored GSH dynamics in CSCs and T cells within the TME, as well as therapeutic approaches that could target these dynamics.
Salim, Elsayed I;Hegazi, Mona M;Kang, Jin Seok;Helmy, Hager M
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.17
no.3
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pp.1023-1035
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2016
The purpose of this study was to investigate the role of colon cancer stem cells (CSCs) during chemically-induced rat multi-step colon carcinogenesis with or without the treatment with a specific cyclooxygenase-2 inhibitor drug (celecoxib). Two experiments were performed, the first, a short term 12 week colon carcinogenesis bioassay in which only surrogate markers for colon cancer, aberrant crypt foci (ACF) lesions, were formed. The other experiment was a medium term colon cancer rat assay in which tumors had developed after 32 weeks. Treatment with celecoxib lowered the numbers of ACF, as well as the tumor volumes and multiplicities after 32 weeks. Immunohistochemical proliferating cell nuclear antigen (PCNA) labeling indexes LI (%) were downregulated after treatment by celecoxib. Also different cell surface antigens known to associate with CSCs such as the epithelial cell adhesion molecule (EpCAM), CD44 and CD133 were compared between the two experiments and showed differential expression patterns depending on the stage of carcinogenesis and treatment with celecoxib. Flow cytometric analysis demonstrated that the numbers of CD133 cells were increased in the colonic epithelium after 12 weeks while those of CD44 but not CD133 cells were increased after 32 weeks. Moreover, aldehyde dehydrogenase-1 activity levels in the colonic epithelium (a known CSC marker) detected by ELISA assay were found down-regulated after 12 weeks, but were up-regulated after 32 weeks. The data have also shown that the protective effect of celecoxib on these specific markers and populations of CSCs and on other molecular processes such as apoptosis targeted by this drug may vary depending on the genetic and phenotypic stages of carcinogenesis. Therefore, uncovering these distinction roles of CSCs during different phases of carcinogenesis and during specific treatment could be useful for targeted therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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