قرار گرفتن در معرض کادمیوم در ارگانوئیدهای اولیه سینه انسانی، ریخت زایی منشعب را مهار می کند و منجر به تغییرات منطبق با مهار HIF-1α می شود
تاریخ انتشار: جمعه 21 اردیبهشت 1397
| امتیاز:
قرار گرفتن تکوینی در معرض کامیوم در شرایط in vivo، تمایز غدد پستانی را مختل می کند، در حالی که قرار گرفتن رده های سلولی سینه در معرض کادمیوم منجر به تهاجم سلولی مطابق با گذار اپی تلیالی مزانشیمی(EMT) می شود. اثرات کادمیوم روی سلول های بنیادی طبیعی سینه انسانی اندازه گیری نشده است. در این جا، ما اثرات قرار گرفتن در معرض کادمیوم را روی کاهش تکثیر و تمایز سلول های بنیادی سینه ای مشتق از بیماران ماموپلاستی ارزیابی کردیم. با استفاده از سنجش ماموسفیر و تشکیل ارگانوئیدها در هیدروژل های سه بعدی، ما دو دوز فیزیولوژیک کادمیوم(25/0 میکرو مولار و 5/2 میکرومولار) را تست کردیم و تغییرات مولکولی را با استفاده از RNA-seq ارزیابی کردیم. ما از نظر عملکردی یافته های RNA-seq را با یک رده ریپورتر فعالیت HIF-1α و مهار دارویی HIF-1α در سنجش تشکیل ارگانوئیدها تایید کردیم. دوز 5/2 میکرومولار کادمیوم نرخ تشکیل ماموسفیرهای اولیه و نرخ تشکیل ارگانوئیدهای با ساختار منشعب را به ترتیب تا 33 و 87 درصد کاهش داد. برخلاف این که هیچ تغییری در تشکیل ماموسفیرها اتفاق نیافتاد، دور25/0 میکرو مولار کادمیوم تشکیل ارگانوئیدهای در حال منشعب شدند را تا 73 درصد در هیدروژل ها مهار کرد. ارزیابی RNA-seq نشان داد که کادمیوم بیان ژن های مرتبط با تشکیل ماتریکس خارج سلولی و EMT را کاهش می دهد، در حالی که بیان ژن های مربوط به پاسخ فلزی از جمله متالوتیونئین ها و ترانسپورترهای روی را افزایش می دهد. در داده های RNA-seq، کادمیوم ژن های هدف HIF-1α از جمله LOXL2، ZEB1 و VIM را هدف قرار داد. کادمیوم به طور قابل توجهی فعالیت HIF-1α را در سنجش لوسیفرازی مهار کرد و مهار کننده HIF-1α موسوم به آکریفلاوین، مانع از تشکیل ماموسفیر و ارگانوئید شد. این یافته ها نشان می دهد که کادمیوم در دوزهای مربوط به قرار گرفتن انسان در معرض آن ها، تکثیر و تمایز سلول های بنیادی پستانی انسان را مهار می کند که به طور بالقوه از طریق مختل کردن فعالیت HIF-1α صورت می گیرد.
Toxicol Sci. 2018 May 7. doi: 10.1093/toxsci/kfy112. [Epub ahead of print]
Cadmium exposure inhibits branching morphogenesis and causes alterations consistent with HIF-1α inhibition in human primary breast organoids.
Rocco SA1, Koneva L2, Middleton LYM1, Thong T1, Solanki S3, Karram S1, Nambunmee K4, Harris C1, Rozek LS1, Sartor MA2, Shah YM3, Colacino JA1,5.
Abstract
Developmental cadmium exposure in vivo disrupts mammary gland differentiation, while exposure of breast cell lines to cadmium causes invasion consistent with the epithelial-mesenchymal transition (EMT). The effects of cadmium on normal human breast stem cells have not been measured. Here, we quantified the effects of cadmium exposure on reduction mammoplasty patient-derived breast stem cell proliferation and differentiation. Using the mammosphere assay and organoid formation in 3D hydrogels, we tested two physiologically relevant doses of cadmium, 0.25μM and 2.5μM, and tested for molecular alterations using RNA-seq. We functionally validated our RNA-seq findings with a HIF-1α activity reporter line and pharmaceutical inhibition of HIF-1α in organoid formation assays. 2.5μM cadmium reduced primary mammosphere formation and branching structure organoid formation rates by 33% and 87%, respectively. Despite no changes in mammosphere formation, 0.25μM cadmium inhibited branching organoid formation in hydrogels by 73%. RNA-seq revealed cadmium downregulated genes associated with extracellular matrix formation and EMT, while upregulating genes associated with metal response including metallothioneins and zinc transporters. In the RNA-seq data, cadmium downregulated HIF-1α target genes including LOXL2, ZEB1, and VIM. Cadmium significantly inhibited HIF-1α activity in a luciferase assay, and the HIF-1α inhibitor acriflavine ablated mammosphere and organoid formation. These findings show that cadmium, at doses relevant to human exposure, inhibited human mammary stem cell proliferation and differentiation, potentially through disruption of HIF-1α activity.
PMID: 29741670