Extracto
Los miembros de las familias de proteínas BMP y Wnt juegan un papel relevante en el recambio óseo fisiológicas y patológicas. antagonistas extracelulares son cruciales para la modulación de su actividad. La falta de expresión del antagonista noggin BMP mediante líneas celulares osteoinductores, derivadas de carcinoma es un determinante de la respuesta de los osteoblastos inducida por sus metástasis óseas. Por el contrario, osteolítica, las líneas celulares derivadas de carcinoma expresan constitutivamente noggin. La hipótesis de que el cáncer de noggin derivado de células puede contribuir a la patogénesis de la metástasis ósea osteolítica de los cánceres sólidos mediante la represión de la formación de hueso. xenoinjertos intraósea de células de cáncer de próstata PC-3 inducida por lesiones osteolíticas caracterizan no sólo por un aumento de la resorción ósea mediada por osteoclastos, sino también por disminución de la formación ósea osteoblástica mediada. Por lo tanto, en este modelo, el desacoplamiento del proceso de remodelación ósea contribuye a osteólisis. La formación de hueso se conservó en las lesiones osteolíticas inducidas por las células noggin-silenciado PC-3, lo que sugiere que noggin derivada de células de cáncer interfiere con acoplamiento óseo fisiológico. Por otra parte, el crecimiento de tumores intra-óseo de células PC-3-noggin silenciado era limitado, más probablemente como resultado de la actividad de los osteoblastos persistente. Esta investigación proporciona nuevas pruebas para un modelo de metástasis ósea osteolítica en la secreción constitutiva de noggin por las células cancerosas media la inhibición de la formación de hueso, evitando de este modo la reparación de las lesiones osteolíticas generados por un exceso de resorción ósea mediada por osteoclastos. Por lo tanto, la supresión noggin puede ser una estrategia novedosa para el tratamiento de las metástasis óseas osteolíticas
Visto:. Secondini C, Wetterwald A, R Schwaninger, Thalmann GN, Cecchini MG (2011) El papel de la señalización de BMP Noggin Antagonista en el desarrollo del cáncer de próstata metástasis óseas osteolíticas. PLoS ONE 6 (1): e16078. doi: 10.1371 /journal.pone.0016078
Editor: Chad Creighton, Baylor College of Medicine, Estados Unidos de América
Recibido: 13 Septiembre, 2010; Aceptado: 6 de diciembre de 2010; Publicado: 13 Enero 2011
Derechos de Autor © 2011 Secondini et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este trabajo fue apoyado por becas de la Comisión Europea (CANCURE-2006-020970 y PRIMA-504587) y de la Fundación Nacional de Suiza (3200 a 068.409,02). Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito
Conflicto de intereses:.. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
esquelético metástasis es una manifestación clínica común en pacientes en etapa avanzada que sufren de cáncer de próstata (CaP) [1], [2] y el cáncer de mama (CAM) [3]. Las metástasis óseas son la causa más importante de morbilidad en estos pacientes, con dolor y complicaciones, incluyendo fracturas patológicas, compresión de la médula espinal y los nervios que requirieron analgesia, la irradiación y la cirugía ortopédica, todos asociados con costos sustanciales [4].
en el lugar de la metástasis, las células tumorales perturbar la homeostasis ósea fisiológica controlada por los osteoblastos y osteoclastos. metástasis óseas CaM tienden a provocar una respuesta osteolítica, mientras que las metástasis de CaP se asocian predominantemente con una reacción osteosclerótico [5], [6]. Ambos tipos de lesiones comprometen la integridad del esqueleto y pueden dar lugar a fracturas patológicas.
Los mecanismos exactos que determinan la osteolítica y lesiones escleróticas en las metástasis óseas todavía no están claramente definidos. El concepto predominante indica que las células cancerosas secretan un exceso de factores paracrinos estimular directa o indirectamente de los osteoclastos o el reclutamiento de osteoblastos, lo que conduce a un exceso de desequilibrio de la resorción ósea o la formación, respectivamente [7], [8].
Es ampliamente aceptado que la reacción osteolítica en los resultados de la metástasis ósea de un exceso de resorción ósea mediada por osteoclastos. Las células cancerosas liberan citocinas paradigmáticos "osteolíticas", tales como la proteína relacionada con la hormona paratiroidea (PTHrP), activador del receptor del ligando NF-B (RANKL), la interleucina-8 (IL-8) y factor estimulante de colonias-1 (CSF-1) , directa o indirectamente responsable del aumento en el reclutamiento de osteoclastos, la actividad y la supervivencia. la subsiguiente liberación de factores de crecimiento desde el crecimiento de células cancerosas combustibles de la matriz ósea, que a su vez estimula adicionalmente la resorción ósea, perpetuando el proceso y el establecimiento de un "círculo vicioso" [5], [9]. Esta hipótesis se exponen las razones para la inhibición de la resorción ósea como una interferencia terapéutica con la progresión del crecimiento de la metástasis ósea osteolítica. Sin embargo, la inhibición farmacológica de la resorción ósea sólo tiene un mínimo o ningún impacto positivo en la curación de las lesiones osteolíticas [10]. Esto sugiere fuertemente que, además de un aumento en la resorción ósea mediada por osteoclastos, otro mecanismo (s) contribuir a osteólisis.
La lesión osteolítica en mieloma múltiple (MM) no sólo es el resultado de un incremento mediada por osteoclastos en la resorción ósea [11], pero también de un desacoplamiento del proceso de remodelación ósea determinada por una disminución en la formación ósea osteoblástica mediada por [12], [13]. Varios antagonistas de la sin alas (Wnt) vía de señalización, tales como Dickkopf-1 (DKK-1), proteína relacionada con frizzled secretada (sFRP) -1 y -2, están sobre-expresados por las células MM y pueden contribuir a la inhibición de la Wnt-mediada por el reclutamiento de osteoblastos y, por lo tanto, a la represión de la formación de hueso [11], [14], [15]. Esta opinión se ve corroborada por la evidencia experimental que muestra que el bloqueo de DKK-1 actividad rescata la formación de hueso en modelos animales de MM [16].
Anteriormente, hemos informado de que el potencial osteoinductivo y osteolítica
in vivo
de la PAC y las líneas celulares de leva puede ser definido
in vitro fotos: por su expresión diferencial no sólo de citoquinas osteolíticas, sino también del antagonista noggin BMP. líneas celulares de cáncer osteoinductoras carecen de expresión noggin, y la relevancia funcional de este hallazgo se hizo hincapié mostrando que noggin forzada expresión en una línea celular de CaP osteoinductivo suprime la respuesta de los osteoblastos inducida por sus metástasis óseas
in vivo
. Por el contrario, la expresión constitutiva noggin
in vitro
parece ser el sello distintivo de la tapa y la leva líneas celulares osteolíticas [17]. a continuación, argumentamos que, de forma análoga a lo que se ha encontrado de DKK-1 MM, noggin liberación constitutiva por las células cancerosas osteolíticas podría contribuir, a través de la inhibición de la formación de hueso, a la lesión osteolítica en las metástasis óseas de tumores sólidos.
Para probar esta hipótesis, se primera exploró si la inhibición de la formación de hueso es un constituyente de lesiones osteolíticas inducidas en los huesos xenoinjertados con la línea celular de CaP humano PC-3. a continuación, se investigó si el ARN corto horquilla (shRNA) la supresión mediada noggin en células PC-3, que secretan constitutivamente esta proteína [17], podría preservar la formación de hueso en las lesiones osteolíticas.
Las lesiones osteolíticas en los huesos con xenotransplantes las células PC-3 mostraron parámetros morfológicos y histomorfométricos de una mayor resorción ósea mediada por osteoclastos y la disminución de la formación ósea osteoblástica mediada. En contraste, los huesos xenoinjertados con células PC-3-noggin silenciado se caracterizaron por modificaciones estructurales e histológicos indicativos de la actividad de formación ósea /reparación. Por lo tanto, la supresión noggin en la línea celular PC-3 osteolítica parece preservar la formación de hueso que normalmente sigue la resorción ósea, como un efecto de la "fenómeno de acoplamiento". Por el contrario, el cáncer de noggin secretada por células impide la reparación de lesiones osteolíticas desacoplando la formación de hueso de la resorción ósea mediada por los osteoclastos, que es estimulada por citoquinas osteolíticas derivados de células de cáncer.
Resultados
silenciamiento noggin del ARNm y la expresión de la proteína en el PC-3 /F
luc
clon celular por shRNA
el osteolítica línea de células de CaP humano PC-3, que expresa constitutivamente el antagonista de BMP noggin [17], se transfectó en primer lugar con un vector que codifica la luciferasa para generar
luc
clones -positivos. Un clon celular, PC-3 /F
luc
, fue seleccionada en base a estable
luc
expresión y el perfil de expresión génica
, tumor de tomar y reacción ósea in vitro después de la inoculación intra-óseo
in vivo
equivalentes a los de los padres células PC-3 (Figura S1).
El PC-3 /F
luc
clon se transfectó posteriormente con una combinación de tres diferentes noggin específica shRNA o con un shRNA no director para derivar noggin knock-down (Nog-KD) y clones de control negativo (mock), respectivamente. Se seleccionaron dos clones Nog KD (Nog-KD 14 y Nog-KD 17) en base a la reducción sustancial de la expresión de ARNm noggin, en comparación con PC-3 /F
luc
células (Figura 1A). El análisis por inmunotransferencia de la secreción de la proteína noggin en el sobrenadante de cultivo de los clones Nog-KD 14 y 17 mostró una reducción de 93% y 98%, respectivamente (Figura 1B). Mock 5 clon mostró un aumento en la expresión de ARNm noggin. Sin embargo, la expresión de proteínas vaso en este clon y con fingida 4 no se vio afectada.
A. Noggin expresión de ARNm en PC-3 /F
luc
, clones de focalización no-transfectadas con el vector (simulacros de 4 y 5) y los clones Noggin-KD (Nog-KD 14 y 17). Los niveles de expresión de ARNm (+/- SD) son cuantificados por tiempo real de RT-PCR y normalizado a ß-actina como control endógeno; el nivel de ARNm en PC-3 /F
luc
células se establece como 100%; Se muestra la media de 2 a 3 experimentos independientes. ***
P Hotel & lt; 0,001, clones Nog-KD
frente
PC-3 /F
luc
y los clones simulados. B. proteína Noggin secretada en el medio condicionado (CM) de
luc
, clones simulados y Nog-KD PC-3 /F. cantidades equivalentes de proteínas de CM concentrado se inmunotransfirieron con anticuerpo anti-noggin. Equivalente a la carga de proteínas se verificó mediante tinción con azul de Coomassie el contenido total de proteínas en el CM.
La proliferación celular y la expresión de factores osteotrópicos de la PC-3 con silenciador-Noggin /F
luc
células
in vitro
la proliferación celular
in vitro Red de los clones simulados y Nog-KD no fue afectada, en comparación con los padres PC-3 /F
luc gratis (Figura 2A).
A.
in vitro la proliferación de clones
simuladas y Nog-KD se midió la incorporación de BrdU durante 4 días y se comparó con PC-3 /F
luc
células. Los valores promedio de 3 experimentos independientes realizados por cuadruplicado en los pozos (+/- SD). B. Expresión de DKK-1, PTHrP, RANKL, CSF-1 y IL-8 mRNA. los niveles de expresión de ARNm (+/- SD) son cuantificados por tiempo real de RT-PCR y normalizado a ß-actina como control endógeno. El nivel de expresión de ARNm en PC-3 /F
luc
células se establece como 100%; Se muestra la media de 2 a 3 experimentos independientes. *** P & lt; 0,001, simulacros y Nog-KD 17 clones
frente
PC-3 /F
luc
y Nog-KD 14 clones
. para verificar si el silenciamiento noggin afectaría la expresión del ARNm de factores osteotrópicos pertinentes, la expresión de DKK-1, PTHrP, RANKL, CSF-1 e IL-8 también se investigó (Figura 2B). La expresión de DKK-1 y PTHrP no se modificó en todos los clones transfectadas, en comparación con el PC-3 /F
luc
. En consonancia con las investigaciones anteriores de PC-3 células de los padres [17], la expresión de RANKL fue indetectable en PC-3 /F
luc
, clones simulados y Nog-KD. CSF-1 fue moderadamente hasta reguladas en todos los clones simulados y Nog-KD, a pesar de la elevación no alcanzó significación. IL-8 expresión fue significativamente mayor en los clones simulados y, sobre todo, en Nog-KD 17.
Se ha demostrado en los osteoblastos
in vitro
que la expresión de noggin se BMP-dependiente, lo que indica que un mecanismo de retroalimentación probable es necesario mantener un equilibrio BMP /noggin, lo que limita la acción BMP en estas células [23]. Una retroalimentación similar también se ha informado en algunas líneas celulares de cáncer de próstata derivados de [17], [24]. La expresión de ARNm de BMP-2, -3, -6 y -7 no fue modificado en ambos clones Nog-KD en comparación con los padres PC-3, mientras que BMP-4 mRNA fue indetectable en las células parentales y Nog-KD (no mostrado). Por lo tanto, noggin silenciamiento en células PC-3 no altera ni el nivel ni el espectro de su expresión de BMP.
Efecto sobre el hueso
in vivo Red de silenciada-Noggin PC-3 /F
luc
células
un primer experimento se terminó en el día 25 después de la inyección para todos los grupos de animales, mientras que en el siguiente experimento el periodo de observación de los clones Nog-KD se prolongó hasta 33 días. En ambos experimentos, el análisis radiográfico detecta la aparición de una reacción osteolítica equivalente en todos los grupos de huesos que lleva células cancerosas ya en el día 14 después de xenoinjertos de células tumorales (no se muestra). Al día 21 todos tibias xenoinjertado todavía mostró un número similar y extensión de las lesiones osteolíticas, y una ampliación de la diáfisis del hueso, en comparación con las tibias con operación simulada. Sin embargo, en xenoinjertado tibias con clones Nog-KD el hueso residual interpuesto entre las áreas de osteolisis mostró alguna evidencia de un aspecto más de radio de alta densidad (Figura S2). En el primer experimento, tanto en la radiografía y la reconstrucción μ-TC realizado en la conclusión del experimento (día 25) indicaron un mayor desarrollo de las lesiones predominantemente osteolíticas en PC-3 /F
LUC- Opiniones y simulacro clone- tibias de cojinetes (Figura 3A y B). En cambio, en el xenoinjertado tibias con los clones Nog-KD un aumento evidente en radiodensidad del hueso residual y, además, el desarrollo de spiculae hueso que sobresale fuera de la corteza fue invariablemente observó (Figura 3A y B). En el segundo experimento, el periodo de observación se prolongó con el fin de permitir la progresión de la respuesta del hueso. Los animales inoculados con el PC-3 /F
luc
clon necesaria para ser sacrificados en el día 23 debido a la osteólisis grave de los huesos xenoinjertados e hinchazón de la extremidad, y signos de dolor y angustia. En contraste, los huesos xenoinjertados con los clones Nog-KD mostraron una integridad estructural más conservada y una inflamación menos pronunciada de la extremidad, sin signos de dolor y angustia. En consecuencia, los animales xenoinjertados con Nog KD-17 y Nog KD-14 clones se mantuvieron durante un período de 30 y 33 días, respectivamente. En consonancia con la evolución de la respuesta ósea observada en el primer experimento, xenoinjertado tibias con clones Nog-KD mostraron una mayor radiodensidad del hueso residual y pronunciado spiculae hueso que sobresale fuera de la corteza (Figura S3 A y B).
. Imágenes representativas de la radiografía y B. reconstrucción en 3-D (μ-TC) de la tibia (arriba) y de 1 mm de espesor secciones transversales (parte inferior) de las tibias de células xenoinjertado simulacro de accionamiento y el cáncer en el día 25 después de la inoculación intraósea.
Modificación de los parámetros estructurales ósea inducida por
in vivo fotos: por silenciada-Noggin PC-3 /F
luc
células
cuantitativa μ-TC el análisis confirmó que el xenoinjerto tibias con el PC-3 /F
luc Opiniones y simulacros de clones tenían significativamente menor proporción /TV BV que los farsa que funciona. Por el contrario, las tibias inoculado con los clones Nog-KD tenía mayor relación de BV /TV que con PC-3 /F
luc
y clones simulados y no eran diferentes de los que con operación simulada (Figura 4A) .
A. La relación de volumen de hueso sobre el volumen total (BV /TV, +/- SD) se determinó por μ-CT en el día 25 después de la inoculación las células tumorales;
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P Hotel & lt; 0,001, simulacros de 5
frente
clones Nog-KD y falsa; **
P Hotel & lt; 0,01, Nog KD-14
frente
PC-3 /F
luc Opiniones y simulacro 4; *
P Hotel & lt; 0,05, farsa y Nog KD-17
frente
PC-3 /F
luc Opiniones y 4. contenido mineral óseo total simulacro B. (CMOT; mg /mm +/- SD) se midió por pQCT en día 25 después de la inoculación las células tumorales;
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P Hotel & lt; 0,001, simulacro de 5
frente
Nog KD-14; *
P Hotel & lt; 0,05, farsa y Nog KD-17
frente
simulacro de 5, y Nog KD-14
frente
maqueta 4.
contenido mineral óseo total medida por TCQP fue menor en el xenoinjerto tibias con el PC-3 /F
luc
y los clones simulados, en comparación con los que el simulacro que funciona, pero no se alcanzó significación sólo para simulacro de 5 -xenografted huesos. En el contenido mineral óseo total de contraste en las tibias Nog-KD clones-xenoinjertado fue mayor que en PC-3 /F
luc
y simulacros de clones-xenoinjertados queridos, pero alcanzaron significación solamente cuando se compara con los clones simulados (Figura 4B).
histomorfometría
en el xenoinjertado tibias con PC-3 /F
luc clones simulados
y hubo un aumento significativo en el número de osteoclastos y porcentaje de superficie cubierta por osteoclastos, en comparación con las tibias con operación simulada (figura 5A y C). Esto fue acompañado por una disminución significativa en el número de osteoblastos y porcentaje de superficie cubierta por los osteoblastos activos (Figura 5B y D).
A. Número de osteoclastos (N.Oc /BS; /mm, +/- SD) en la superficie interna en el hueso trabecular y cortical de la tibia simulacro de accionamiento o sobre el hueso residual adyacente a las células del cáncer de xenoinjertado tibias con PC-3 /F
luc
, simulacros y Nog-KD clones.
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P Hotel & lt; 0,001, PC-3 /F
luc
y los clones simulados
frente
farsa, y los clones simulados
frente
Nog- KD 17; **
P Hotel & lt; 0,01, Nog KD-17
frente
PC-3 /F
luc, España y Nog KD-14
frente
PC -3 /F
luc
y los clones simulados. B. Número de osteoblastos (N.Ob /BS; /mm, +/- SD) en la superficie interna en el hueso trabecular y cortical de la tibia simulacro de accionamiento o sobre el hueso residual adyacente a las células del cáncer de xenoinjertado tibias con PC-3 /A
luc
, simulacros y Nog-KD clones.
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P Hotel & lt; 0,001, PC-3 /F
luc
y los clones simulados
frente a los clones
Nog-KD, y se burlan 4
contra
farsa; **
P Hotel & lt; 0,01, farsa
frente
PC-3 /F
luc
y se burlan 5; *
P Hotel & lt; 0,05, Nog KD-14
frente
farsa. C. Porcentaje de superficie interna en el hueso cortical y trabecular ocupada por los osteoclastos (Oc.S /BS;%, +/- SD) en las tibias de células xenoinjertado simulacro de accionamiento y el cáncer.
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P Hotel & lt; 0,001, simulacros de clones
frente
farsa y clones Nog-KD, y PC-3 /F
luc frente
farsa y Nog KD-17 ; **
P Hotel & lt; 0,01, Nog KD-14
frente
PC-3 /F
luc
. D. Porcentaje de superficie interna en el hueso cortical y trabecular ocupada por los osteoblastos (Ob.S /BS;%, +/- SD) en las tibias de células xenoinjertado simulacro de accionamiento y el cáncer.
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P
. & Lt; 0,001, PC-3 /F
luc
y los clones simulados
frente
farsa y Nog-KD clones
tibias xenoinjertado con los clones Nog-KD mostró significativamente menor número de osteoclastos y porcentaje de superficie cubierta por los osteoclastos que los xenoinjertado con PC-3 /F
luc
y clones simulados (Figura 5A y C). Por el contrario, mostraron un número significativamente mayor de los osteoblastos activos y porcentaje de superficie cubierta por los osteoblastos que los inoculados con /F
luc
y simulacros de clones PC-3. En Nog-KD clones-xenoinjertados tibias el número de osteoblastos fue mayor que en las tibias con operación simulada, pero este aumento fue significativo sólo para Nog-KD 14 (Figura 5B y D). A pesar de que la expresión de ARNm de IL-8, conocido por estimular el reclutamiento de osteoclastos, fue significativamente hasta reguladas
in vitro
en el Nog-KD 17 clon, en comparación con el clon Nog-KD 14, hay hubo una diferencia obvia en el número de osteoclastos entre los huesos con xenotransplantes de los dos clones Nog-KD. Esto sugiere que la diferencia en la expresión de IL-8 mRNA fue funcionalmente irrelevante.
Características
Crecimiento
in vivo Red de silenciada-Noggin PC-3 /F
luc
células
toma del tumor fue del 100% para todos los clones xenotransplantes. monitoreo y cuantificación del crecimiento del tumor intraósea por BLI semanal puesto de manifiesto que, en ambos experimentos, la supresión noggin en las células cancerosas tuvo un impacto moderado sobre su proliferación
in vivo
. Inicialmente, los clones Nog-KD crecieron de manera similar a PC-3 /F
luc
y los clones simulados. Sin embargo, su crecimiento se redujo progresivamente hacia abajo y no podía llegar a la misma carga tumoral como para PC-3 /F
luc Opiniones y simulacros de clones (Figura 6). En el segundo experimento, donde se controló el crecimiento del tumor durante períodos más largos, una detención del crecimiento se observó incluso (Figura S3C).
señal Bioluminescent (fotones +/- SD) emitida desde las tibias cáncer de células-xenoinjertado se cuantificó en el día 7, 14, 21 y 25 después de la inoculación intra-óseo de las células tumorales;
n = 6-7
animales para cada grupo experimental. ***
P Hotel & lt; 0,001, clones Nog-KD
frente
PC-3 /F
luc
en el día 25; *
P Hotel & lt; 0,05, Nog KD-14
frente
PC-3 /F
luc
en el día 21.
potencial metastásico de noggin silenciada-PC-3 /F
luc
células
con el fin de investigar si el silenciamiento vaso influye en la capacidad metastásica de las células PC-3, metástasis sistémicas fueron inducidos por la inyección en el cardíaca izquierda ventrículo.
la cinética de desarrollo y el número de metástasis óseas por ratón de 28 días después de la inyección intracardiaca de 17 células Nog-KD no fue diferente de la inducida por PC-3 /F
luc
y clones simulados (no mostrado). Después de la inyección intracardiaca de PC-3 /F
luc
células metástasis óseas sistémicas desarrollan de forma asíncrona en los sitios óseos variables, lo que hace difícil una comparación directa del aspecto y el crecimiento de la progresión radiográfica de las lesiones metastásicas en el mismo sitio ósea entre diferentes animales. Además, PC-3 /F
luc
, al igual que el PC-3 de los padres, casi siempre metastatizan a la mandíbula, perjudicando de este modo el estado nutricional de los animales y, en consecuencia, reduciendo la duración de la observación experimental. Estos inconvenientes nos impidieron verificar si en este modelo la respuesta ósea y el crecimiento tumoral inducida por el progreso clon Nog-KD igualmente a los observados en el modelo de intra-óseo.
Discusión
Aquí se muestra por primera vez que en el modelo de xenoinjerto PC-3 de óseas osteolíticas metástasis el aumento del número de osteoclastos se asocia con el deterioro en el número de osteoblastos y de la actividad. Esto indica que la lesión osteolítica no sólo es el resultado del aumento de la resorción ósea, sino también de una inhibición adicional de la formación de hueso. También demostramos que la supresión de la expresión constitutiva de la noggin antagonista de BMP en células PC-3 shRNA mediada, sin interferir con el noggin derivado de microambiente de acogida, restaura el número de osteoblastos y la formación de hueso en las lesiones óseas inducidas por estas células. Por consiguiente, la respuesta del hueso se convierte de un puramente osteolítica a un osteoblástica mixta /osteolítica uno. En conjunto, estos resultados proporcionan novela evidencia que sugiere fuertemente que la secreción por las células de CaP noggin media la inhibición de la osteoblastos reclutamiento /actividad. La inhibición resultante de la formación de hueso evita que la reparación de la lesión osteolítica generada por, la resorción ósea mediada por los osteoclastos de citoquinas estimulada. En consonancia con esta idea, noggin puede representar una diana terapéutica potencial en la metástasis ósea osteolítica CaP.
Los mecanismos moleculares que regulan la osteoblástica y la respuesta osteolítica en las metástasis óseas por cáncer sólido son objeto de intensa investigación. En la respuesta osteolítica, la atención se ha centrado principalmente en factores extracelulares y vías de señalización que median la diafonía entre las células tumorales y el microambiente óseo que conduce al círculo vicioso de la proliferación tumoral y la resorción ósea [25]. Esta hipótesis postula que factores tales como PTHrP [26], RANKL [27] y la IL-8 [28] son secretadas por las células cancerosas y estimular el reclutamiento y la actividad de los osteoclastos. El consiguiente aumento en las emisiones de resorción ósea factores de crecimiento de la matriz embebidos, tales como el factor de crecimiento de tipo insulina (IGF) y factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), que, a su vez, promueve un mayor crecimiento de células de cáncer.
La influencia de las células cancerosas en el reclutamiento y la actividad de los osteoblastos se ha estudiado casi exclusivamente en MM. moléculas que inducen paradigmáticos contratación directa de los osteoblastos y, en consecuencia, la formación de hueso, son miembros de las familias de proteínas BMP y Wnt. antagonistas extracelulares son cruciales para la modulación de su actividad [29]. En un estudio seminal se ha demostrado que en la secreción de MM de la Wnt antagonista de DKK-1 por las células neoplásicas inhibe el reclutamiento y la actividad de los osteoblastos. De acuerdo con ello, la lesión osteolítica en MM no sólo es el resultado del aumento de la resorción ósea, sino también de la formación de hueso reprimida [30]. Por otra parte, la baja regulación de la expresión de DKK-1 parece mediar la actividad osteoinductiva de la endotelina-1 (ET-1) [31]. Otro antagonista extracelular de la vía de Wnt, sFRP-2, también puede contribuir a este mecanismo de inhibición de la formación de hueso [32].
La modulación de la osteoblastos reclutamiento /actividad y la posible contribución de la inhibición de la formación de hueso en la metástasis ósea osteolítica por cánceres sólidos han recibido poca atención. Un número limitado de estudios histomorfométricos cuantitativos en metástasis osteolíticas por una variedad de cánceres epiteliales han demostrado que, además del aumento en la resorción ósea, también hay deterioro en la formación de hueso, especialmente en lesiones avanzadas [33], [34], [35] . Se ha sugerido que en estas lesiones resorción ósea es desacoplado de la fase de la formación ósea posterior, que por lo general sigue en la remodelación ósea normal [36]. Este fenómeno puede estar mediada por una influencia directa y negativa de las células cancerosas en el reclutamiento de osteoblastos, la supervivencia y la actividad, tal como se muestra
in vitro Opiniones de CaM osteolítica y líneas celulares de CaP [37], [38], [39] . La presente investigación, que muestra que los índices de formación de hueso se vean afectados en xenoinjertado tibias con células PC-3, también apoya los hallazgos clínicos anteriores y fuertemente sugiere que un mecanismo de la formación de hueso desacoplamiento de resorción también está funcionando en este modelo. Sin embargo, la identidad de las moléculas que median este efecto inhibidor sobre los osteoblastos es aún desconocido.
El antagonismo de la actividad de BMP por noggin es crítica para embrionario chondro-osteogénesis y formación conjunta [40]. Osteoblastos dirigido sobre-expresión de los resultados noggin en osteopenia como el resultado de la alteración de reclutamiento de osteoblastos [41], [42], lo que indica que la modulación extracelular de la concentración de BMP es también esencial en la vida adulta para el control de la formación de hueso durante la remodelación ósea . BMP y noggin recíprocamente inducen su expresión en osteoblastos [23], lo que indica que una retroalimentación positiva es necesaria para mantener un equilibrio óptimo entre BMP y noggin concentraciones en el microambiente de la médula. las células cancerosas metastásicas óseas pueden interferir con este equilibrio mediante la secreción de un exceso de cualquiera BMPs o noggin. Se ha informado de que BMP-6 expresión se correlaciona positivamente con CaP progresión [43], [44] y que BMP-6 es la BMP principal responsable de inducir una respuesta de los osteoblastos en modelos de ratón de metástasis ósea CaP [17], [45] . Sin embargo, en uno de estos informes hemos demostrado que, además, las células cancerosas osteoinductores carecen de secreción de la noggin inhibidor de BMP y que noggin expresión forzada en estas células suprime su actividad osteoinductora
in vivo
. Por lo tanto, un efecto sin oposición de un exceso de BMP-6 liberado localmente por las células de cáncer es también un determinante de la respuesta de los osteoblastos, tanto en la tapa y CaM metástasis ósea [17]. Del mismo modo, bajo la expresión de la Wnt antagonista de DKK-1 parece favorecer la respuesta de los osteoblastos inducida por Wnt en CaP metástasis ósea [46]. Estos dos estudios demostraron por primera vez que en el hueso metástasis osteoblástica la fisiológica, ajustado equilibrio entre osteoinductivo BMP-6 y /o proteínas Wnt y sus antagonistas se inclina hacia la primera y, por lo tanto, favorece una respuesta de osteoblastos anormal. En contraste, las líneas celulares CaM osteolíticas expresan BMP-2 y -4, mientras que la línea celular de CaP osteolítica PC-3 expresa BMP-3 [17], [47]. Sin embargo, las dos líneas celulares de CaP y osteolíticas CAM Express baja o nula BMP-6 [17], [45] y BMP-7 [48], [49] y, lo más importante, secretan altas cantidades constitutivamente relativas de noggin [17]. Así, en óseas osteolíticas metástasis el equilibrio entre las BMP y noggin parece estar alterada en una dirección opuesta a la de las metástasis óseas osteoblásticas. El presente estudio demuestra que este equilibrio noggin-inclinada es responsable de la supresión de la formación de hueso y, por lo tanto, impide la reparación de la lesión osteolítica. Por otra parte, la demostración de que la dirección específica de la bocha derivado de células de cáncer preserva la formación de hueso /reparación sugiere fuertemente noggin como un importante "factor de no-acoplamiento" en la metástasis ósea osteolítica y enfatiza aún más la relevancia de BMP antagonismo en la remodelación ósea patológica.
Aquí nos muestran claramente que noggin silenciamiento en células PC-3 osteolíticas, aunque no corregir la arquitectura ósea, restaura la masa ósea de las tibias xenoinjerto, según la evaluación de la radiografía, la μ-TC y TCQP. Este efecto sobre la masa ósea es el resultado de la normalización o incluso mejora de la formación de hueso, como se indica por los parámetros histomorfométricos de número de osteoblastos y de la actividad. Noggin silenciamiento en células PC-3 no altera ni el nivel ni el espectro de su expresión de BMP. Como resultado, el equilibrio BMP /noggin fisiológico en el hueso podría ser inclinado a favor de primero por un exceso de BMPs derivada de células de cáncer, lo que puede explicar la tendencia hacia aumento en la formación ósea observada en xenoinjertado hueso con Nog-KD PC-3 las células.
la reparación ósea es evidente en las lesiones óseas avanzadas, lo que sugiere que un intervalo de tiempo es necesario para restaurar la formación de hueso, de manera coherente con la organización temporal de la médula fisiológica remodelación (acoplamiento del hueso). Un mecanismo similar de restauración de acoplamiento óseo se ha propuesto para explicar la formación de hueso reparativa en la metástasis ósea por cánceres sólidos como un efecto de la terapia anti-cáncer [33], [36], [50].
La efecto positivo de noggin silenciar en la formación de hueso apoya nuestra hipótesis original y sugiere noggin como uno de los inhibidores derivados de células de cáncer esencial de los osteoblastos reclutamiento /actividad que contribuye a las lesiones osteolíticas en las metástasis óseas de CaP. Hemos elegido un modelo de la PAC de la metástasis ósea osteolítica para ser coherente con nuestro estudio anterior que demuestra que, por el contrario, la falta de noggin tiene un papel relevante en la respuesta osteoblástica en las metástasis óseas tapa [17]. Sin embargo, un fenotipo predominantemente osteolíticas se observa sólo en un pequeño porcentaje de las metástasis óseas de CaP, al tiempo que representa la mayoría de las metástasis CaM [5], [6].