The analysis of cancer invasion plasticity in a 3D environment

Abstract

iv Abstrakt Buňky si vyvinuly řadu mechanismů buněčného pohybu, od přesunu velkých buněčných kohort po specializovanou migraci jednotlivých buněk. Tuto širokou škálu invazivních fenotypů využily nádorové buňky ve svůj prospěch, čímž učinily metastatický proces těžko porazitelným. Pro lepší porozumění plasticitě invazivity nádorových buněk jsme studovali buňky využívající protáhlý, mesenchymální způsob migrace, který je závislý na proteolýze a adhezi, a buňky využívající kulatý, na proteázách a adhezivitě nezávislý améboidní pohyb i buňky využívající kombinaci obou. Pro přímé studium plasticity invazivity jsme zavedli dva modelové systémy mezenchymálně-améboidního přechodu (MAT), které umožňují regulovanou indukci MAT v 3D prostředí in vitro. S využitím těchto systémů jsme indukovali MAT v buňkách fibrosarkomové linie HT1080 a zároveň potvrdili přechod na funkční, invazivní améboidní fenotyp. Pomocí digitálního holografického mikroskopu jsme detailněji popsali mesenchymální i améboidní pohyb v 3D kolagenu. Dále jsme provedli proteomickou a transkriptomickou srovnávací analýzu HT1080 před a po MAT. Porovnání genové exprese a hladin proteinů v mezenchymálních a améboidních buňkách odhalilo aktivaci signalizace spojené se zánětem u améboidních buněk. Abychom toto zjištění potvrdili, testovali jsme účinek...

iii Abstract Cells have evolved multiple mechanisms of cellular motility ranging from the migration of large cell cohorts to specialized migration of individual cells. The wide range of invasion modes has been exploited by cancer cells to their advantage, which has rendered the metastatic process so difficult to defeat. To allow for a better understanding of cancer invasion plasticity, we have employed studies on cancer cells that adopt the proteolytically active, adhesion-dependent, elongated mesenchymal invasion mode, the protease-independent, low adhesion, rounded amoeboid invasion mode, or combination of both. To study invasion plasticity directly, we have established two model systems of the mesenchymal- amoeboid transition (MAT) that allow for regulated induction of MAT in 3D in vitro environments. Using these systems, MAT was induced in HT1080 fibrosarcoma cells and the acquisition of a motile, invasive amoeboid phenotype was confirmed. We then observed the mesenchymal and amoeboid invasion strategies within 3D collagen in more detail using a digital holographic microscope. Further, HT1080 cells before and after MAT were subject to high throughput proteomic and transcriptomic studies. Comparison of gene expression and protein levels of mesenchymal and amoeboid cells disclosed an inflammatory-like...