Enrichment of cancer stem cells from head and neck cancer by anchorage independent culture and related research

Abstract

Accumulating evidence suggests that self-renewal and differentiation capabilities reside only in a subpopulation of tumor cells, termed cancer stem cells (CSCs) that can be identified by their aldehyde-dehydrogenase-isoform-1 (ALDH1) activity. We quantified and enriched ALDH1+ cells within HNSCC cell lines by an anchorage independent culture method and subsequently characterized their phenotypic and functional properties and epithelial-to- mesenchymal transition (EMT). On patients’ tumor samples, we investigated the relationship of ALDH1 andα-smooth muscle actin (SMA) expression to metastasis of HNSCC. All cell lines formed spheroids that could self-renew and be serially re-passaged. ALDH1 expression was significantly higher in spheroid- derived cells (SDCs). ALDH1+ cells possessed self-renewal capability. SDCs had significantly higher invading activity. mRNA of the stemness-related transcription factor (TF) genes Sox2, Nanog, and Oct3/4 was significantly increased in SDCs of all cell lines. SDCs had a higher G0 phase proportion, showed high-level expression of α-SMA and Vimentin, but significantly decreased E-Cadherin expression. In 60 tumor samples from HNSCC patients, ALDH1 andα-SMA expression level was proven to closely correlate to lymph node metastasis. HNSCC-lines harbor potential CSCs, characterized by ALDH1 and stemness marker TF expression as well as properties like invasiveness, quiescence, and EMT. CSCs can be enriched by anchorage-independent culture techniques, which may be important for the investigation of their contribution to therapy resistance, tumor recurrence and metastasis.

Neue Daten zeigen, dass die Selbsterneuerungs- und Differenzierungskapazität nur in einer kleinen Subpopulation von Tumorzellen, genannt Krebsstammzellen (cancer stem cells, CSC) vorkommt, die durch ihre Aldehyddehydrogenase- Isoform-1 (ALDH1) Aktivität identifiziert werden kann. Wir haben ADLH1+ Zellen aus HNSCC Zelllinien quantifiziert, durch adhäsionsunabhängige Kulturmethoden angereichert und anschliessend ihre phänotypischen und funktionellen Eigenschafen sowie deren Epithel-zu-Mesenchym Übergang (EMT) charakterisiert. An Patientenproben haben wir die Beziehung zwischen ALDH1 und α-smooth muscle actin (SMA) Expression mit der Metastasierung von HNSCC untersucht. Alle Zelllinien bildeten Spheroide, die selbsterneuernd und seriell passagierbar waren. ALDH1 Expression war signifikant höher in als Spheroide gewachsenen Zellen (spheroid-derived cells, SDCs). ALDH1+ Zellen besassen die Fähigkeit zur Selbsterneuerung. SDCs hatten signifikant höhere Invasionsaktivität. mRNA der „stemness“-vermittelnden Transkriptionsfaktorgene (TF) Sox2, Nanog und Oct3/4 war signifikant erhöht in SDCs aller Zelllinien. SDCs hatten einen höheren Anteil an Zellen in Go Phase, hatten eine höhere Expression an α-SMA und Vimentin, aber signifikant reduzierte E-Cadherin Expression. In Tumorproben von 60 HNSCC Patienten konnte eine enge Korrelation zwischen ALDH1 und α-SMA Expressionshöhe zum Lymphknotenmetastasierungsstatus gezeigt werden. HNSCC Zelllinien beinhalten potentielle CSCs, die durch ALDH1 und Stammzelltranskriptionsfaktorexpression sowie Eigenschaften wie Invasivität, proliferative Quieszenz und EMT charakterisiert werden. CSC können durch Andhäsions-unabhängige Zellkulturtechniken angereichert werden, was für die Erforschung ihres Beitrags zu Therapieresistenz, Tumorrezidivierung und Metastasierung wichtig sein kann.