The tumor microenvironment, particularly sufficient nutrition and oxygen supply, is important for tumor cell survival. Nutrition deprivation causes cancer cell death. Since apoptosis is a major mechanism of neuronal loss, we explored neuronal apoptosis in various microenvironment conditions employing neuroblastoma (NB) cells. To investigate the effects of tumor malignancy and differentiation on apoptosis, the cells were exposed to poor microenvironments characterized as serum-free, low-glucose, and hypoxia. Incubation of the cells in serum-free and low-glucose environments significantly increased apoptosis in less malignant and more differentiated N-type IMR32 cells, whereas more malignant and less differentiated I-type BE(2)C cells were not affected by those treatments. In contrast, hypoxia (1 % $O_2$) did not affect apoptosis despite cell malignancy. It is suggested that DLK1 constitutes an important stem cell pathway for regulating self-renewal, clonogenicity, and tumorigenicity. This raises questions about the role of DLK1 in the cellular resistance of cancer cells under poor microenvironments, which cancer cells normally encounter. In the present study, DLK1 overexpression resulted in marked protection from apoptosis induced by nutrient deprivation. This in vitro model demonstrated that increasing severity of nutrition deprivation and knock-down of DLK1 caused greater apoptotic death, which could be a useful strategy for targeted therapies in fighting NB as well as for evaluating how nutrient deprived cells respond to therapeutic manipulation.
Tumors are surrounded by a variety of tumor microenvironmental cells. Profiling individual cells within the tumor tissues is crucial to characterize the tumor microenvironment and its therapeutic implications. Since single-cell technologies are still not cost-effective, scientists have developed many statistical deconvolution methods to delineate cellular characteristics from bulk transcriptome data. Here, we present an overview of 20 deconvolution techniques, including cutting-edge techniques recently established. We categorized deconvolution techniques by three primary criteria: characteristics of methodology, use of prior knowledge of cell types and outcome of the methods. We highlighted the advantage of the recent deconvolution tools that are based on probabilistic models. Moreover, we illustrated two scenarios of the common application of deconvolution methods to study tumor microenvironments. This comprehensive review will serve as a guideline for the researchers to select the appropriate method for their application of deconvolution.
Dendritic cells (DC), which consist of several different subsets, specialize in antigen presentation and are critical for mediating the innate and adaptive immune responses. DC subsets can be classified into conventional, plasmacytoid, and monocyte-derived DC in the tumor microenvironment, and each subset plays a different role. Because of the role of intratumoral DCs in initiating antitumor immune responses with tumor-derived antigen presentation to T cells, DCs have been targeted in the treatment of cancer. By regulating the functionality of DCs, several DC-based immunotherapies have been developed, including administration of tumor-derived antigens and DC vaccines. In addition, DCs participate in the mechanisms of classical cancer therapies, such as radiation therapy and chemotherapy. Thus, regulating DCs is also important in improving current cancer therapies. Here, we will discuss the role of each DC subset in antitumor immune responses, and the current status of DC-related cancer therapies.
Glioblastoma (GBM) is the most incurable brain cancer derived from the transformed glial cells. Standard anti-GBM treatment, including surgery and chemoradiotherapy, does not ensure good prognosis for the patients with GBM, because successful therapy is often impeded by presence of glioma stem cells (GSCs). GSCs, which is generally divided into proneural (PN) and mesenchymal (MES) subtype, are understood as subpopulation of cancer cells responsible for GBM initiation, progression and recurrence after standard treatments. In the present study, we demonstrate that PN subtype GSCs differentially transit to MES subtype GSCs by specific cytokines. The expression of CD44, a marker of MES subtype GSCs, was observed when GSC11 PN subtype GSCs were exposed to tumor necrosis factor alpha ($TNF-{\alpha}$) cytokine and GSC23 PN subtype GSCs were treated to transforming growth factor beta 1 ($TGF-{\beta}1$) cytokine. Ivy glioblastoma atlas project (Ivy GAP) bioinformatics database showed that $TNF-{\alpha}$ and $TGF-{\beta}1$ were highly expressed in necrotic region and perivascular region, respectively. In addition, $TNF-{\alpha}$ signaling was relatively upregulated in necrotic region, while $TGF-{\beta}$ signaling was increased in perivascular region. Taken together, our observations suggest that MES subtype GSCs can be derived from various PN subtype GSCs by multimodal cytokine stimuli provided by neighboring tumor microenvironment.
Variations in adriamycin uptake and cytotoxicity were studied in tumor cells that were grown in different growth states and microenvironments. RIF-1 tumor cells were maintained in an RPMI 1640 medium, and grown in either a monolayer or multicell spheroids. For exponentially growing cells, adriamycin cytotoxicity increased with increased dosage up to 2.5 $\mu$g/ml, and this cytotoxicity was reduced when the cells were grown in a plateau phase or in an acidic microenvironment (pH 6.6). This reduced cytotoxicity was correlated with the uptake of the drug. For multicell spheroids, the cytotoxicity of the drug was reduced dramatically, and this reduction was also correlated with a reduced uptake of the drug and an acidic pH inside of the spheroids. When the drug cytotoxicity was evaluated at different locations within the spheroids, the cells in the inner regions were least affected by the drug, suggesting that both an acidic microenvironment and noncycling plateau phase cells are contributing factors in decreasing the efficacy of the drug in an organized tissue, such as multicell spheroids.
Background: Cancer-associated fibroblasts (CAFs) are abundant in tumor microenvironments and interact with cancer cells to promote tumor proliferation in oral squamous cell carcinoma (OSCC). Cathepsin D (CTSD) is a soluble lysosomal aspartic endopeptidase involved in tumor proliferation and angiogenesis. In this preliminary study, we observed CTSD expression in OSCC and CAFs, postulating that CTSD might act as a bridge between OSCC and CAFs. Methods: Human epidermal keratinocytes (HEKs), OSCC, and immortalized human normal oral fibroblasts (hTERT-hNOFs) were used in this study. Additionally, we used hTERT-hNOFs transfected with an empty vector, WT (wild-type)-YAP (Yes-associated protein), and YAPS127A (YAP serine 127 to alanine). YAP127A hTERT-hNOFs activated fibroblasts similar to CAFs. To identify CTSD expression between OSCC and CAFs, conditioned medium (CM) was collected from each cell. Protein expression of CTSD was identified by western blotting. Results: To identify the expression of CTSD in fibroblasts stimulated by OSCC, we treated fibroblasts with CM from HEK and OSCC. Results indicated that hTERT-hNOFs with OSCC CM showed a weakly increased expression of CTSD compared to stimulation by HEK CM. This indicates that CAFs, YAPS127 hTRET-hNOFs, overexpress CTSD protein. HEK cells showed no CTSD expression, regardless of treatment with fibroblast CM, whereas OSCC highly expressed CTSD proteins compared with the CTSD expression in HEK cells. We also found that CTSD expression was unaffected by changes in transforming growth factor-β levels. Conclusion: This study proposes that CTSD might have potential as an interacting executor between OSCC and CAFs. Further studies are needed to investigate the role of CTSD in tumor and stromal cells.
It has been established that different kinds of bacteria agents are involved in various cancers. Although the mechanism of tumorigenesis is not clearly understood, there is evidence for the presence of bacteria within tumors, with at least a progression effect for some bacteria that prepare suitable microenvironments for tumor cell growth. The aim of current study was to evaluate bacterial dysbiosis in sentinel lymph nodes of breast cancer patients. One hundred and twenty three fresh-frozen sentinel lymph nodes and a corresponding number of normal adjacent breast tissue specimens and five normal mastectomy samples were investigated employing RT-PCR. In addition using genus-specific primers were applied. There was a significant differences as presence of Methylobacterium radiotolerance DNA recorded between patients and normal control group (p= 0.0). Based on our research work, further studies into the role of microbes in breast cancer would be of great interest.
Human solid tumors exhibit a multicellular resistance (MCR) resulting from limited drug penetration and decreased sensitivity of tumor cells when interacting with their microenvironments. Multicellular cultures represent solid tumor condition in vivo and provide clinically relevant data. There is little data on antitumor effect of paclitaxel (PTX) in multicellular cultures although its MCR has been demonstrated. In the present study, we evaluated antiproliferative effects of PTX in multicellular layers (MCL) of DLD-1 human colorectal carcinoma cells. BrdU labeling index (LI), thickness of MCL, cell cycle distribution and cellular uptake of calcein were measured before and after exposure to PTX at 0.1 to 50 ${\mu}M$ for 24, 48 and 72 hrs. BrdU LI and thickness of MCL showed a concentration- and time-dependent decrease and the changes in both parameters were similar, i.e., 34.2% and 40.6% decrease in BrdU LI and thickness, respectively, when exposed to $50\;{\mu}M$ for 72 hr. The DLD-1 cells grown in MCL showed increase in $%G_{0}/G_{1}$ and resistance to cell cycle arrest and apoptosis compared to monolayers. Calcein uptake in MCL did not change upon PTX exposure, indicating technical problems in multicellular system. Overall, these data indicate that antitumor activity of PTX may be limited in human solid tumors (a multicellular system) and MCL may be an appropriate model to study further pharmacodynamics of PTX.
Cysteine cathepsins are lysosomal enzymes that belong to the papain family and can induce the degradation of damaged proteins through the endo-lysosomal pathway. It is highly upregulated in many cancers by regulating gene amplification and transcriptional, translational, and post-transcriptional modifications. Cathepsin S is part of the cysteine cathepsin family. Many studies have demonstrated that cathepsin S not only plays a specific role in MHC class II antigen presentation but also plays a crucial role in cancers. Cathepsin S is more stable at a neutral pH compared to other cysteine cathepsins, which supports the importance of cathepsin S in disease microenvironments. Therefore, the dysregulation of cathepsin S has participated in a variety of pathological processes, including cancer, arthritis, and cardiovascular disease. Furthermore, a decrease or depletion in the expression of cathepsin S has been implicated in the processes of tumor growth, invasion, metastasis, and angiogenesis. Taken together, cathepsin S has been suggested as an attractive therapeutic target for cancer therapy. In this review, the known involvement of cathepsin S in diseases, particularly with respect to recent work indicating its role in cancer therapy, is examined. An overview of current literature on the inhibitors of cathepsin S as a therapeutic target for cancer is also provided.
There is growing evidence that crosstalk between mantle cell lymphoma (MCL) cells and stromal microenvironments, such as bone marrow and secondary lymphoid tissues, promotes tumor progression by enhancing survival and growth as well as drug resistance of MCL cells. Recent advances in the understanding of lymphoma microenvironment have led to the identification of crucial factors involved in the crosstalk and subsequent generation of their targeted agents. In the present study, we evaluated the combinatory effect of blocking antibodies (Ab) targeting CXCR4 and VLA-4, both of which were known to play significant roles in the induction of environment-mediated drug resistance (EMDR) in MCL cell line, Jeko-1. Simultaneous treatment with anti-CXCR4 and anti-VLA-4 Ab not only reduced the migration of Jeko-1 cells into the protective stromal cells, but also enhanced sensitivity of Jeko-1 to a chemotherapeutic agent to a greater degree than with either Ab alone. These combinatorial effects were associated with decreased phosphorylation of ERK1/2, AKT and NF-${\kappa}B$. Importantly, drug resistance could not be overcome once the adhesion of Jeko-1 to the stromal occurred despite the combined use of Abs, suggesting that the efforts to mitigate migration of MCLs should be attempted as much as possible. Our results provide a basis for a future development of therapeutic strategies targeting both CXCR4 and VLA-4, such as Ab combinations or bispecific antibodies, to improve treatment outcomes of MCL with grave prognosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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