미세중력 유사환경에서 전립선 유사기관의 3차원 배양: 종양의 성장과 진행을 촉진시키는 세포-세포 상호작용
3-Dimensional Culture of Prostate Organoid under Microgravity-Simulated Growth Conditions: Cell-Cell Interactions Favoring Cancer Growth and Progression
손종민, Dimitri T. Azar,
소속 상세정보
손종민 ( )
가톨릭대학교 의과대학 비뇨기과학교실
( Dimitri T. Azar )
University of Virginia 비뇨기과학교실
KMID : 0358319990400091157
Abstract
서론
3차원 구조는 정상적인 기관의 발달, 종양의 성장 및 진행에 필수적이다. 정상 발달과정의
형태형성(morphogenesis) 및 기관형성(organogenesis)과정에서 세포-세포 및 세포-간질 상
호작용이 일어나며, 이러한 상호작용은 종양으로의 전환, 종양의 성장 및 진행에도 또한 필
요하다. 미세중력 유사환경(microgravity-simulated condition)은 in vitro에서 전립선의 정상
발달 및 병리생리와 유사한 3차원적인 성장을 가능하게 하기 때문에 세포-세포 및 세포-간
질 상호작용에 대한 연구를 가능하게 한다. 전립선암의 진행에 세포-세포 및 세포-간질 상
호작용이 관여한다는 여러 증거가 있다. 안드로젠 의존성인 LNCaP과 골섬 유모세포(bone
fibroblast) 간의 세포-세포상호 작용으로 in vivo에서 안드로젠 비의존성이며 원격전이의
능력이 있는 C4-2와 C4-2(B)세포주가 'induction' 되었으며, 쥐의 전립선암 세포주인
NbMC-2와 기저막과 유사한 합성 간질(basement membrane-like synthetic matrix)인
Matrigel 간의 세포-간질 상호작용으로 in vitro에서 NbMC-2가 더욱 악성의 표현형을 가진
세포로 'transdifferentiation' 되었다.
세포-세포 및 세포-간질 상호작용을 연구하기 위해 미세중력 유사환경에서 3차원 배양법
을 사용한 이유는 첫째로 LNCaP과 골섬유모세포를 지금까지의 고식적인 2차원 방법으로
같이 배양하여 얻은 LNCaP은 in vivo 실험 결과 종양을 형성하지 못하였으며, 즉 LNCaP
표현형의 변화를 유도하지 못하였다(미보고 자료). 둘째는 미세중력 유사환경에서 3차원 배
양법으로 LNCaP과 인체전립선섬유모세포(human prostate fibroblast)를 같이 배양하여 얻은
LNCaP은 3차원 단독배양으로 얻은 LNCaP보다 dihydrotestosterone(DHT)에 노출될 때 더
욱 길게 지속되는 PSA의 발현과 안드로젠 비의존성의 성장반응을 보였는데 이런 현상은
정상 및 전립선암 상피세포가 in vivo에서 DHT에 반응하는 것과 유사하다고 하였다. 본 연
구의 목적은 LNCaP세포가 미세중력 유사환경에서 골 또는 전립선섬유모세포와 세포-세포
상호작용을 일으키는지의 여부와 상기한 배양조건에서 유도된 LNCaP 아세포주가 모세포주
인 LNCaP과 비교하여 이질적인 표현형질과 유전형질을 지니고 있는지를 알아보는 것이다.
저자들은 상기한 배양조건에서 유도된 LNCaP 아세포주를 RWV 세포주로 명칭하였다.
Purpose : Three-dimensional(3-D) organization is critical for both the normal
development and, tumor growth and progression. Cell-cell and cell-matrix interactions
determine normal prostate development and its subsequent neoplastic transformation. To
understand the epigenetic factors that lead to cell transformation, a 3-D human prostate
cell culture was established with prostate epithelial cells grown in a rotating-wall
vessel(RWV) under microgravity-simulated conditions with either alone or with prostate
or bone stromal cells. We tested the hypothesis of whether phenotypic and genotypic
alterations of LNCaP cells maybe achived when grown as 3-D organoids.
Materials and Methods : LNCaP cells were seeded in RWV alone and with either
human prostate or bone fibroblasts. After period of 2 months, RWV1, 2, and 3 cell lines
were established from the prostate organoids and were characterized.
Results : While LNCaP cells injected orthotopically failed to form tumors in castrated
mouse, RWV-derived cell lines formed PSA-producing tumors and metastasized to
lymph node, bone, lung and liver, which stained positively by PSA antibody. RWV cells
grew faster than parental LNCaP, especially in sex hormone-free conditions. Unlike
parental LNCaP cells which respond positively to androgen and estrogen-induced growth
and PSA expression, RWV cells are insensitive to sex steroid-induced growth, but
remain sensitive to androgen for induction of PSA expression. Comparative genomic
hybridization(CGH) results demonstrated that RWV cell lines have different chromosomal
gain and loss each other as compared to those of LNCaP.
Conclusions : Cell-cell and cell-matrix interactions of androgen-dependent and
non-metastatic LNCaP cultured alone or with either prostate or bone fibroblasts in 3-D
culture under microgravity-simulated conditions resulted in induction of
androgen-independent and metastatic LNCaP sublimes, RWV cell lines, meaning
androgen-independent progression. Phenotype and genotype of RWV cell lines are
definitely dissimilar to those of parental LNCaP 3-D culture of prostatic epithelial cells
under microgravity-simulated conditions could be novel approach to the study of normal
development and cancer of prostate as an ideal in vitro model and, will be further
exploited.
키워드
Cell-cell interaction; 3-D culture; LNCaP; Androgen-independent progression;
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