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Muster der Zellzyklus-Checkpoint-Deregulierung im Zusammenhang mit intrinsischen molekularen Subtypen menschlicher Brustkrebszellen

Der Decatenation G2 Checkpoint ist in LumB-Brustkrebszelllinien beeinträchtigt

Zur Beurteilung der G2/M-Checkpoint-Funktion wurde ein MER-Assay unter Verwendung von zwei Topo II-Inhibitoren mit unterschiedlichen Wirkmechanismen zur Überwachung der G2-M-Übergangsrate verwendet., Die Zellen wurden mit Colcemid (zur Verhinderung eines mitotischen Austritts) für 2-6 h in Gegenwart oder Abwesenheit des Topo II-katalytischen Inhibitors ICRF-193 (der die DNA nicht offen schädigt) inkubiert, um die Dekatenation G2-Checkpoint-Funktion oder das Topo II-Gift Etoposid (das DNA-Schäden induziert) zur Messung der DNA-Schaden G2-Checkpoint-Funktion in Konzentrationen zu messen, die 98-100% der normalen menschlichen diploiden Fibroblasten (NHF1-hTERTs) und unsterblichen Lymphoblasten in G2 festhalten.,36 Die Verwendung von Colcemid im MER-Assay verhindert, dass Zellen aus der Mitose austreten, was eine strikte Untersuchung des G2-zu-M-Übergangs ermöglicht, wodurch verwirrende Effekte im Zusammenhang mit der mitotischen Austrittsrate minimiert werden. Das MER wurde aus dem linearen Teil der resultierenden Linie (2-6 h Zeitpunkte) berechnet und wird als Prozentsatz der Zellen ausgedrückt, die pro Stunde in die Mitose eintreten.36

Siehe Beispiele für die HMEC-Zelllinie R-HMEC-E im linken Bereich von Bild 2a., Diese Zellen akkumulierten sich in Mitose, wenn sie in Colcemid inkubiert wurden (und das Vehicle Control Dimethylsulfoxid (DMSO), geschlossene Quadrate), was ihren Übergang von G2 zu M widerspiegelte; In Gegenwart des katalytischen Inhibitors ICRF-193 (offene Kreise) wurde jedoch die mitotische Akkumulation von R-HMEC-E-Zellen stark gehemmt, was darauf hindeutet, dass die Mehrheit dieser Zellen eine Decatenation G2 Checkpoint Response aktiviert., In Gegenwart des Topo II-Etoposids wurde auch die mitotische Akkumulation von R-HMEC-E-Zellen stark gehemmt (geschlossene Dreiecke), was darauf hindeutet, dass diese Zelllinie einen wirksamen DNA-Schaden G2-Kontrollpunkt aufweist. Umgekehrt akkumulierte sich die LumB-Brustkrebszelllinie MDA-MB-453 in Gegenwart von ICRF-193 weiterhin in Mitose, jedoch nicht in Etoposid (Abb. 2a, rechter Bereich), was darauf hindeutet, dass eine Mehrheit dieser Zellen dem Dekatenations-G2-Kontrollpunkt entging, jedoch bei DNA-Schäden in G2 festgenommen wurde.

Abb., 2

In luminal B (LumB) Brustkrebszelllinien ist die Dekatenation G2 Checkpoint Response beeinträchtigt. Ein Panel nicht tumoriger immortalierter Brustepithelzelllinien (HMEC) und Brustkrebszelllinien wurde anhand eines MER-Assays (Mitotic Entry Rate) auf G2-und M-Checkpoint-Funktionen untersucht, um die Rate des G2/M-Übergangs in Gegenwart des Topo II-katalytischen Inhibitors ICRF-193 (Decatenation G2 Checkpoint) oder des DNA-schädigenden Topo II-Giftetoposids (DNA Damage G2 Checkpoint) zu überwachen., ein Beispiel MERs einer HMEC (R-HMEC-E) Zelllinie mit effektiver Dekatenation und DNA-Schädigung G2 Checkpoints und einer LumB (MDA-MB-453) Zelllinie mit einem defekten Dekatenation G2 Checkpoint. b und c Die durchschnittliche prozentuale Hemmung des MER jeder Zelllinie, gruppiert nach intrinsischem Molekularsubtyp. Jeder Punkt in der Grafik stellt den Durchschnitt von 3 unabhängigen Experimenten für eine einzelne Zelllinie dar, und die fettgedruckten Linien stellen den Klassendurchschnitt dar. d Beispiel Metaphasen von LumB-Zelllinien in Gegenwart von DMSO, die individualisierte Chromosomen aufweisen., Stark unterkondensierte und / oder verschränkte Chromosomen wurden in >88% der LumB-Zellen bei Behandlung mit 4 µM ICRF-193 beobachtet, was darauf hindeutet, dass ICRF-193 in der Lage ist, Topoisomerase II in LumB-Zelllinien zu hemmen. Prozentsätze von verschränkten / unterkondensierten Chromosomen sind in der unteren rechten Ecke jedes ICRF-193 behandelten Beispiels dargestellt. e HMECs aktivieren p-Ser15 p53 nach ICRF-193-oder Etoposid-Behandlung (obere Platte)., Die HME-CC-Etoposidprobe zeigte eine abweichende Mobilität von ATM und eine verringerte Expression von p53, die nicht reproduziert werden konnte; Daher wurde diese Probe in der Analyse weggelassen. LumB-Zelllinien zeigen reduzierte p-Ser15-p53-Spiegel als Reaktion auf ICRF-193 (untere Platte). Die Quantifizierung der p53-Aktivierung wird im rechten Bereich angezeigt. Die Daten sind repräsentativ für zwei unabhängige Experimente. *p-Wert < 0.,05, * * p-Wert, der bei der Kontrolle für FDR (5%) signifikant bleibt, BL: basal-like, CL: claudin-low, Her2E: Her2-enriched

Alle 24 Zelllinien wurden dem MER-basierten G2 Checkpoint Assay unterzogen und die Mittelwerte von drei unabhängigen Experimenten für jede Zelllinie (gruppiert nach molekularem Subtyp) sind in Fig. 2b (einzelne Zelllinienmittelwerte ± SEM sind in Tabelle S1 angegeben)., Wie erwartet zeigten alle vier positiven Kontroll-HMEC-Zelllinien eine starke MER-Hemmung als Reaktion auf ICRF-193, was darauf hindeutet, dass diese Klasse einen effektiven Decatenation G2-Checkpoint aufweist. Im Gegensatz dazu waren die Kontrollpunktfunktionen der Brustkrebszelllinien sehr variabel (Abb. 2b). Bei der Gruppierung der Zelllinien nach intrinsischen molekularen Subtypen schienen die LumB-und BL-Zelllinien eine abgeschwächte Dekatenations-G2-Checkpoint-Funktion zu zeigen, während die HER2E-und CL-Subtypen eine Checkpoint-Funktion ähnlich der HMECs zeigten., Eine Reihe von statistischen linear mixed models (LMMs) wurde eingesetzt, um zu vergleichen, G2-checkpoint-Funktionen unter den verschiedenen Subtypen (siehe Ergänzende Informationen (SI)). Diese Analysen festgestellt, dass die LumB-Klasse (aber nicht die BL-Klasse) von Brustkrebs-Zelllinien zeigten defekte in der decatenation G2-checkpoint-Funktion (**p < 0.05, FDR < 0.05)., Obwohl die Verteilung der % igen MER-Hemmung in den BL-Zelllinien anfänglich ähnlich der der LumB-Gruppe aussah, ergab eine genauere Untersuchung der MER-Daten, dass die BL-Gruppe in Abwesenheit eines katalytischen Topo II-Inhibitors sehr niedrige MERs zeigte, was darauf hindeutet, dass diese Gruppe nicht auf eine Colcemid-Behandlung ansprach; Daher erscheint die prozentuale MER-Hemmung in der BL-Gruppe künstlich niedrig.,

Es wurden ergänzende Experimente durchgeführt, um zu beurteilen, ob Brustkrebszelllinien in der Lage waren, den DNA-Schaden G2-Kontrollpunkt unter Verwendung einer Konzentration des Topo II-Etoposids zu aktivieren, die der des katalytischen Inhibitors ICRF-193 (4 µM) entspricht. Alle vier HMEC-Zelllinien zeigten einen effektiven DNA-Schaden G2 Checkpoint als Reaktion auf Etoposid (Abb. 2c)., Die Mehrzahl der Brustkrebszelllinien zeigte auch eine große MER-Hemmung in Gegenwart von Etoposid und es wurden keine signifikanten Unterschiede für eine der Brustkrebszelllinienklassen beobachtet; Somit waren diese Brustkrebszelllinien in der Lage, den DNA-Schaden G2-Kontrollpunkt in Niveaus zu aktivieren, die mit denen von HMECs vergleichbar waren, mit Ausnahme der DU4475 LumB-Zelllinie (Tabelle S1).,

Um zu bestätigen, dass ICRF-193 die Topo-II-Aktivität in den LumB-Zelllinien hemmen konnte, wurden zytogenetische Präparate in Gegenwart oder Abwesenheit von ICRF-193 untersucht und repräsentative Metaphasen von zwei LumB-Zelllinien sind in Fig. 2d. In Gegenwart von DMSO zeigte die Mehrheit der LumB Metaphasen individualisierte kondensierte Chromosomen. Bei Hemmung von topo II mit ICRF-193 zeigten jedoch >88% aller LumB mitotischen Zellen Chromosomen, die unterkondensiert und/oder verstrickt waren (Daten nicht gezeigt)., Daher war es unwahrscheinlich, dass der beobachtete Defekt in der Decatenation G2 Checkpoint-Funktion das Ergebnis eines Versagens von ICRF-193 zur Hemmung der katalytischen Topo II-Aktivität in der LumB-Klasse war, was die Schlussfolgerung stützt, dass der Defekt auf eine dysfunktionale Checkpoint-Aktivierung zurückzuführen ist und nicht auf eine Unfähigkeit der LumB-Klasse, auf die ICRF-193-Behandlung zu reagieren.

Frühere Studien zeigen, dass p53 als Reaktion auf ICRF-193 aktiviert wird und Zelllinien mit defekter Dekatenation und Checkpoint-Funktion eine abgeschwächte Aktivierung von p53 aufweisen.,36, 37 Daher wurden die LumB-und HMEC-Klassen untersucht, um festzustellen, ob Zelllinien, denen ein Decatenation G2 Checkpoint fehlt, eine abgeschwächte p53-Phosphorylierung aufweisen. Um Vergleiche über verschiedene Blots hinweg zu erleichtern und Expositionsunterschiede zu berücksichtigen, wurde dieselbe NHF1-hTERT-Probe auf jedes Gel geladen und das Aktivierungsinkrement von p-Ser15 p53 für jede Zelllinie auf das der internen NHF1-hTERT-Kontrolle normalisiert. Wie in der oberen Platte von Abb. 2e reagierten alle vier HMEC-Zelllinien auf ICRF-193 mit Induktion von Gesamt-p53 und p-Ser15 p53., Größere Erhöhungen von p-Ser15-p53 wurden bei Etoposidbehandlung in der Mehrzahl der HMEC-Zelllinien beobachtet, was bedeutet, dass die Aktivierung der p53-Signalisierung durch ICRF-193 in HMECs der in anderen nicht-tumorigenen Zelllinien beobachteten ähnlich ist.36 Im Gegensatz dazu zeigten die LumB-Zelllinien eine abgeschwächte Induktion von p-Ser15 p53 als Reaktion auf ICRF-193 (Abb. 2e, Bodenplatte). Mindestens zwei dieser Zelllinien (HCC1428 und MDA-MB-453) schienen niedrige oder nicht nachweisbare p53-Spiegel zu exprimieren, obwohl sie Wildtyp-TP53-Gene enthielten.,38 Nur die MDA-MB-415-Zelllinie zeigte eine mutierte Form (Y236C) und hohe Basalspiegel von p53, was darauf hindeutet, dass die p53-Aktivierung durch einen anderen Mechanismus als die Mutation in den meisten LumB-Linien abgeschwächt wurde. Das Inkrement von p-Ser15 p53 bei Etoposidbehandlung für die LumB-Klasse unterschied sich statistisch nicht von der HMEC-Klasse (Abb. S1B), was darauf hindeutet, dass die abgeschwächte Signalisierung nicht auf den Verlust einer inhärenten Fähigkeit zu Phosphorylatseren von p53 zurückzuführen war, sondern weniger auf die katalytische Topo II-Hemmung reagierte.,

Die Aktivierung von p-Ser 1981 von ATM und p-Thr 68 von Chk2 kann zur p-Ser15-Aktivierung von p53 beitragen und wurde auch bei ICRF-193-Exposition beobachtet; 36 Es wurden jedoch keine signifikanten Unterschiede in der ATM-oder Chk2-Aktivierung in der LumB-Klasse im Vergleich zur HMEC-Klasse beobachtet, wahrscheinlich aufgrund einer hohen Variation zwischen den Zelllinien (Abb. S1A–B). Westliche Blots aller Zelllinien, die die verbleibenden intrinsischen Subtypen umfassen,sind in Fig. S1C-G., Keiner der intrinsischen Subtypen zeigte eine statistisch signifikante Abnahme von ATM oder Chk2 im Vergleich zur HMEC-Klasse bei ICRF-193-oder Etoposid-Exposition (Abb. S1B); Die Her2E-Klasse zeigte jedoch auch eine abgeschwächte Aktivierung von p53 als Reaktion auf ICRF-193. Aufgrund der kurzen Belichtungszeit (3 h) kann dies eine Folge der langsameren Wachstumsrate der Her2E-Linien sein, wie weiter unten beschrieben. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die LumB-Klasse einen defekten Decatenation G2 Checkpoint beherbergt.,

Brustkrebszelllinien weisen eine veränderte Progression des S/G2/M-Zellzyklus auf

Während des anfänglichen G2/M-Kontrollpunktbildschirms wiesen mehrere Zelllinien einen niedrigen MER auf (Tabelle S1)., Da die Interpretation der Checkpoint-Funktion durch differentielle Wachstumsraten verwechselt werden kann, wurde das Zelllinienpanel auf differentielle Muster der Zellproliferation und/oder deregulierte Zellzyklus-Progressionskinetik untersucht, um inhärente Unterschiede in der Zellzyklus-Phasenlänge zu berücksichtigen, die die Interpretation der G2/M-Checkpoint-Funktionalität beeinträchtigen könnten Experimente und um sicherzustellen, dass der LumB-Defekt in der Decatenation G2 Checkpoint-Funktion nicht auf inhärente MER-Unterschiede zurückzuführen ist., Solche verwirrenden Effekte wurden bereits berichtet und sind oft auf die Abhängigkeit einiger Checkpoint-Assays von singulären Markern der Zellproliferation zurückzuführen.36

Drei Messungen der Zellproliferation wurden mittels Durchflusszytometrie verglichen, einschließlich der S-Phasenfraktion, wie sie durch EdU-Inkorporation (S) bestimmt wurde, des mitotischen Index (MI), gemessen durch MPM2+/4N-DNA-Gehalt, und der MER., Die Anzahl der Populationsverdopplungen (PDLs), die während der kontinuierlichen Kultur auftreten, wurde auch bestimmt, indem die Gesamtzahl der Zellen während jeder Passage gezählt und die Verdopplungszeit jeder Zelllinie (PDL/Woche) berechnet wurde. In Abb. 3 a-d werden die einzelnen Mittelwerte für jede Zelllinie dargestellt und nach molekularem Subtyp gruppiert. (Mittelwerte für jede Zelllinie ± SEM sind in Tabelle S2).

Abb. 3

S/G2/M progression ist abweichend geregelt, die in Brustkrebs-Zelllinien aller Klassen., Der durchschnittliche Prozentsatz der Zellen in S-Phase (a) oder Mitose (b) und MER (c) wird für jede Zelllinie angezeigt und nach dem intrinsischen molekularen Subtyp gruppiert. Jeder Punkt repräsentiert den Durchschnitt von mindestens drei unabhängigen Experimenten für eine einzelne Zelllinie, und die fettgedruckten Linien repräsentieren den Klassendurchschnitt. Die Her2E-Klasse zeigte einen niedrigeren S-Phasenanteil, die BL-Klasse zeigte einen höheren MI und die BL -, CL-und Her2E-Klassen zeigten im Vergleich zur HMEC-Klasse niedrigere MERs., d Die Populationsverdopplungsstufe (PDL) über mindestens 11 Wochen in der Zellkultur wurde für jede Zelllinie bestimmt, und die fettgedruckten Linien repräsentieren die Klassenmittelwerte; Sowohl die LumB-als auch die Her2E-Klasse wiesen niedrige PDLs auf. *p-Wert < 0.05, **p-Wert, der bei der Kontrolle der Fehlerkennungsrate (5%) signifikant bleibt

In Abb. 3a erschienen die S-Phasenanteile der Her2E-und LumB-Subtypen niedriger als die anderen Klassen., Die LMM-Analyse unterstützte die Beobachtung einer Abnahme von S für die Her2E-Klasse, aber die Abnahme der LumB-Linien war statistisch nicht signifikant, was darauf hindeutet, dass die HMEC -, BL -, CL-und LumB-Klassen vergleichbare Prozentsätze von Zellen aufweisen, die sich einer DNA-Replikation unterziehen. In Abb. 3b zeigten die BL-Zelllinien einen erhöhten MI im Vergleich zu den HMECs, und die LMM-Analyse verstärkte diese Beobachtung, was darauf hindeutet, dass die Klassen HMEC, CL, LumB und Her2E ähnliche MIs aufweisen. In Abb., 3c, die MER der BL, CL und Her2E Klassen waren niedriger als die HMEC-Klasse; diese Beobachtungen wurden bestätigt durch LMM-Analyse und belegen, dass nur der HMEC-und LumB-Klassen zeigten ähnliche MERs. In Abb. daher deuteten PDL-Messungen darauf hin, dass die LUMB-und Her2E-Subtypen niedrigere PDLs aufweisen, und die LMM-Analyse bestätigte, dass beide Klassen im Vergleich zur HMEC-Klasse signifikant niedrigere PDLs aufwiesen., Die LumB-Klasse war durch jedes andere Maß der Zellproliferation mit der HMEC-Klasse vergleichbar, was darauf hindeutet, dass ein Vergleich der HMEC-und LumB-Klasse ein geeignetes Maß sowohl für die Dekatenation als auch für die DNA-Schädigung und die Checkpoint-Funktion in LumB-Zelllinien war. (**p < 0.05, FDR < 0.05)

Da der Abschluss der DNA-Replikation an den Beginn der Mitose gekoppelt ist, erhöht sich gleichzeitig die mehrfache Zellproliferation (Abb., es wird erwartet, dass 3a–c) in Zellen auftreten, die eine strenge regulatorische Kontrolle über die Progression des S/G2/M-Zellzyklus aufrechterhalten, um ein diploides Genom zu erhalten.39, 40 Umgekehrt würde diese Beziehung gestört, wenn Zellzyklus-Phasenübergänge dereguliert würden. Somit wurden zwei benachbarte Marker der Zellzyklusphase auf das Vorhandensein einer korrelativen Beziehung untersucht, 41 und ein Fehlen einer Korrelation zwischen diesen Markern würde bedeuten, dass der Übergang zwischen diesen beiden Zellzyklusphasen verzögert und/oder aberrangig reguliert wurde.,

Die HMEC-und LumB-Klassen zeigten eine stark korrelative Beziehung zwischen S-Phasenfraktion und MI (p < 0,0001 bzw. 0,0041, Tabelle 1), was darauf hindeutet, dass die Zellzyklusübergänge zwischen S/G2/M-Phasen einer geordneten Progression folgen. Die BL -, CL-und Her2E-Klassen zeigten jedoch keine korrelative Beziehung zwischen S-Phasenfraktion und MI, was darauf hindeutet, dass die Zellzyklusprogression irgendwann zwischen der Initiierung der DNA-Replikation und dem mitotischen Austritt verzögert oder aberrantly reguliert wird., Um den deregulierten Punkt(die deregulierten Punkte) im Zellzyklus weiter zu verfeinern, wurde die S-Phasenfraktion mit der MER-Messung verglichen, um festzustellen, ob sich der S-oder G2-Fortschritt verzögerte. Nur die HMEC-Klasse (p = 0,0006) zeigte eine Korrelation zwischen S und MER; Alle Brustkrebszelllinien-Klassen zeigten eine Entkopplung der S-Phasenfraktion und MER, was darauf hindeutet, dass diese Klassen längere Zeit in der S-oder G2-Phase verbringen oder eine aberrante Zellzykluskontrolle während S/G2 aufweisen können., Schließlich zeigten die Klassen HMEC, LumB und CL alle eine korrelative Beziehung zwischen dem zeitabhängigen MER und MI (p = 0,012, p < 0,0001 bzw. p = 0,0051), was darauf hindeutet, dass diese Klassen eine geordnete mitotische Progression beibehalten. Im Gegensatz dazu zeigten die BL – und Her2E-Klassen keine signifikante Korrelation zwischen MER und MI, was darauf hindeutet, dass diese Klassen möglicherweise nicht auf den Mikrotubuli-Polymerisationsinhibitor Colcemid ansprechen und/oder Schwierigkeiten beim Abschluss der Mitose aufweisen. (*p <), **p < 0.,05, FDR < 0.05)

Tabelle 1 Prädiktive Beziehungen zwischen Zellzykluswachstumsphasen basierend auf Zellproliferationsmarkern

Nur die nicht-tumorigene HMEC-Klasse zeigte eine korrelative Beziehung zwischen allen drei Proliferationsmarkern, was darauf hindeutet, dass die Regulation der Zellzyklus in HMECs ist verknüpft, tritt in einer geordneten Progression auf und veranschaulicht die streng kontrollierte Regulation der S/G2/M-Progressionskinetik in nicht-tumorigenen Zellen., Im Gegensatz dazu zeigten Brustkrebszelllinien eine Deregulierung einer oder mehrerer unterschiedlicher Zellzyklusphasen, was darauf hindeutet, dass die Progression von S/G2/M verzögert oder verändert war. Die BL-und Her2E-Klassen zeigten keine korrelativen Beziehungen, was darauf hindeutet, dass mehrere Defekte in der Zellzyklusregulation vorhanden waren. Da die Daten in Abb. 3a-d zeigen, dass die Her2E-Klasse auch geringere Proliferationsraten in Kultur zeigte, wenn im Vergleich zu den HMECs, wir zögern, Schlussfolgerungen über Zellzyklus Checkpoint-Funktion in Zelllinien der Her2E-Klasse ohne zusätzliche Daten zu machen., Zusammenfassend legen diese Daten nahe, dass Brustkrebs-Subtypen mit einer veränderten Regulation der S/G2/M-Progression assoziiert sind und dass die BL-und CL-Klassen S/G2/M-Progressionsdefekte aufweisen können, die dem Nachweis durch den MER-Assay entgingen.,

CL-und BL-Brustkrebszelllinien weisen Chromatid-Kohäsionsdefekte auf; Der SAC ist in BL-Brustkrebszelllinien beeinträchtigt

Um festzustellen, ob die BL-und CL-Klassen S/G2 / M-Checkpoint-Defekte aufwiesen, die nicht durch den MER-Bildschirm identifiziert wurden, wurden Metaphasen analysiert, um grobe Chromosomenstrukturaberrationen zu bewerten, die häufig auf Checkpoint-Defekte hinweisen. Alle Metaphasen wurden blind bewertet,und Beispielaufstriche sind in Abb. 4a für eine HMEC -, BL-und CL-Zelllinie., Insgesamt zeigten Metaphasen der LumB-und Her2E-Klasse im Vergleich zur HMEC-Klasse ähnliche Wahrscheinlichkeiten für einen Kohäsionsdefekt (Tabelle S3A, p = 0.1674 bzw. Im Gegensatz dazu zeigten die CL-und BL-Klassen eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für Kohäsionsdefekte, die von leicht bis schwer reichten (Abb. 4a).

Abb. 4

Die BL-und CL-Zellleitungsklassen weisen Chromatid-Kohäsionsdefekte auf; die BL-Klasse enthält auch einen defekten SACK., ein Beispiel für Kohäsionsdefekte, die in der Metaphase beobachtet werden. Der Prozentsatz der Zellen, die Kohäsionsdefekte enthalten, wird für jede Zelllinie in der unteren rechten Ecke des Kohäsionsdefektbildes angezeigt. Ein „Eisenbahn“ (RR) – Chromosom, dem ein zentromerer Einschnürungspunkt fehlt, wird mit einem schwarzen Pfeil in der Summenzelllinie bezeichnet, um einen leichten Kohäsionsdefekt zu veranschaulichen. Ein schwerer Kohäsionsdefekt wird durch die vollständige Diskohesion der MDA-MB-436-Metaphase veranschaulicht. b Repräsentative Beispiele für die Schwere von Kohäsionsdefekten, die während der Fischanalyse beobachtet wurden (obere Paneele)., Weiße Pfeile kennzeichnen das für die Defektklassifizierung verwendete Zentromer. Quantifizierung von Kohäsionsdefekten (untere Tafel) zeigen, dass sowohl die BL-als auch die CL-Klasse im Vergleich zu den HMECs eine Variation in der Verteilung der Chromatid-Kohäsionsdefektschwere aufwiesen. Die gezeigten Ergebnisse wurden aus mindestens vier verschiedenen biologischen Replikaten für jeden Subtyp erhalten. beispiele für c-Durchflusszytometrie, die die SAC-Funktion in einer HMEC-Leitung (MCF10A) und einer BL-Brustkrebsleitung (MDA-MB-468) widerspiegeln., Einzelne Zelllinienmittelwerte, die aus mindestens drei unabhängigen Experimenten erhalten wurden, werden mit fett gedruckten Linien dargestellt, die den Klassendurchschnitt darstellen; Die BL-Klasse zeigte eine Abnahme der SAC-Funktion (rechter Bereich). *p-Wert < 0.,05, **p-Wert, der bei der Kontrolle der Fehlerkennungsrate (5%)

Aufgrund des variablen Schweregrads des Kohäsionsdefekts wurden Metaphasen über einen hochempfindlichen Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierungstest (FISH) unter Verwendung einer Sonde untersucht, die auf das Zentromer von Chromosom 9 (CEP9) abzielt, um das Vorhandensein von Kohäsionsdefekten zu bestätigen und den Schweregrad in den BL-und CL-Klassen zu bewerten., In diploiden Metaphasezellen mit richtig kohärenten Schwesterchromatiden sind die Zentromer der Schwesterchromatiden so nahe beieinander, dass sie bei der Fischfärbung als ein einziger CEP9-Ort erscheinen. In Zellen, die Kohäsionsdefekte aufweisen, sind die zentromeren Regionen der Schwesterchromatiden jedoch getrennt und weisen ein Doublet-Muster auf, das zwei visuell unterschiedliche CEP9-Loci enthält. Grad der Kohäsionsdefekte wurden als mild definiert,mittelschwer, oder schwer, 42 und Beispiele sind in Fig. 4b mit weißen Pfeilen, die jede Art von Kohäsionsdefekt anzeigen., Die BL-und CL-Klassen zeigten beide einen Anstieg des Gesamtprozentsatzes von Zellen mit Kohäsionsdefekten, was darauf hindeutet, dass diese Klassen Schwierigkeiten haben können, die DNA-Replikation abzuschließen und/oder Schwesterchromatide gleichmäßig in Tochterzellen zu partitionieren. Darüber hinaus unterschieden sich die Verteilungen der Kohäsionsdefektschwere in beiden Klassen auch im Vergleich zu den HMECs, was darauf hindeutet, dass in diesen Klassen eine erhöhte Anzahl mittelschwerer/schwerer Kohäsionsdefekte gefunden wurde (Abb. 4b, unteres Feld)., Darüber hinaus wiesen sowohl die BL-als auch die CL-Klasse im Vergleich zu HMECs einen signifikant höheren Prozentsatz an Zellen mit Aneuploidie auf (>4 CEP9-Herde pro Metaphase), was darauf hindeutet, dass Kohäsionsdefekte zu einer unangemessenen Segregation doppelter Chromosomen während der Zytokinese führen und das Vorhandensein genomischer Instabilität in diesen Klassen bestätigen können (Abb. S2 und Tabelle S3B).

Weil die MERs der CL-und BL-Klassen im Vergleich zur HMEC-Klasse niedrig waren (Abb. 3c), das Vorhandensein von Kohäsionsdefekten (Abb., 4a, b) wurden zuvor gezeigt,dass sie den SAC aktivieren, 43 und schwere Aneuploidie wurde in beiden Klassen beobachtet (Tabelle S5B, Abb. S2), es war möglich, dass die Klassen BL und CL SAC-Defekte behielten. Somit wurde die Anzahl der mitotischen Zellen, die sich über einen Zeitraum von 24 h in Gegenwart/Abwesenheit von Colcemid angesammelt hatten, durch Durchflusszytometrie gemessen.,19, 44 Dieser Assay ermöglicht es uns, zwischen Zelllinien zu unterscheiden, die aufgrund einer langsamen Bewegung durch die S-und/oder G2-Phase einen niedrigen MER aufweisen (nennenswerte Mengen an mitotischer Akkumulation in Gegenwart von Colcemid treten über 24 h auf) und Zelllinien, denen ein Funktionssack fehlt (keine mitotische Akkumulation aufgrund einer Unfähigkeit, Colcemid zu stoppen). Beispiel Durchflusszytometrieprofile für MCF10As (HMEC) und MDA-MB-468s (BL) sind im linken Bereich von Fig. 4c., Die Zugabe von 100 ng/ml Colcemid erhöhte die Anzahl der mitotischen Zellen in den MCF10As dramatisch, während die Anzahl der mitotischen Zellen in den MDA-MB-468s abnahm (Abb. 4c, mittlere Platten). Der durchschnittliche Anstieg des mitotischen Index für jede Zelllinie, gruppiert nach intrinsischem Molekularsubtyp, wird für drei unabhängige Experimente gezeigt (rechte Tafel, Abb. 4c). Einzelne Zelllinie, die Mittelwerte sind in Tabelle S4. Sowohl die BL-als auch die Her2E-Klasse schienen einen defekten SAC zu zeigen, und die LMM-Analyse bestätigte, dass die SAC-Funktion in der BL-Klasse reduziert war., Obwohl eine BL-Zelllinie (SUM149) eine gewisse mitotische Akkumulation in Gegenwart von Colcemid zeigte, ist dieses Ergebnis wahrscheinlich auf das Vorhandensein einer Subpopulation von CL-Zellen in dieser Zelllinie zurückzuführen.34 Zusammengenommen deuten diese Daten darauf hin, dass die in der BL-Klasse identifizierten kombinierten Kohäsionsdefekte und die aberranten SAC-Funktion zu der hohen genomischen Instabilität beitragen können, die bei BL-Brustkrebs beobachtet wird., Das Vorhandensein eines wirksamen SAC in der CL-Klasse legt nahe, dass Kohäsionsdefekte in diesen Zelllinien den SAC aktivieren können und dass die beobachtete schwere Aneuploidie wahrscheinlich auf einen alternativen Mechanismus der genomischen Instabilität zurückzuführen ist. (*p < 0.05, **p < 0.05, FDR < 0.,05)

Eine Decatenation G2 Checkpoint-Genexpressionssignatur korreliert mit klinischen Ergebnissen von Brustkrebspatientinnen

Um festzustellen, ob die im Zelllinienpanel identifizierten Checkpoint-Defekte mit klinischen Ergebnissen assoziiert waren, wurde eine Genexpressionssignatur der Decatenation G2-Checkpoint-Funktion aus dem Zelllinienpanel mithilfe der quantitativen Merkmalsanalyse (QTA) identifiziert (Tabelle S5)., Diese Signatur wurde auf den metabrischen klinischen Datensatz angewendet, der ungefähr 2000 Brusttumorproben enthält, die klinische Anmerkungen, intrinsische molekulare Subtypisierungsinformationen und Genexpressionsdaten enthalten.45 In einer univariaten Analyse war die Decatenation G2 Checkpoint signature signifikant mit einem besseren Gesamtüberleben bei allen Brusttumoren assoziiert (HR: 0,7391, CI: 0,5759–0,9486, log: p = 0,0176, Fig. 5a). In einer multivariaten Analyse einschließlich der intrinsischen molekularen Subtypen war die Checkpoint-Signatur nicht signifikant mit dem Gesamtüberleben assoziiert (HR: 0.,76843, CI: 0.5769-1.023, log (p = 0.071673), war aber nahezu signifikant.

Abb. 5

Eine decatenation G2 Checkpoint-Genexpressionssignatur korreliert mit klinischen Ergebnissen von Brustkrebspatientinnen. a gene expression signature, die positiv korreliert mit der decatenation G2-checkpoint-Funktion in der breast cancer cell line panel identifiziert wurde und deren Zusammenhang mit klinischen Ergebnissen in der METABRIC Studie wurde anhand eines Cox-proportional-hazards-Modell., Eine hohe Expression der Decatenation G2 Checkpoint Signature war mit einem besseren Gesamtüberleben (OS) bei allen Brusttumoren verbunden (log rank p = 0.0176). b Für den LumA-Subtyp von Brusttumoren war eine hohe Expression des Decatenation G2 Checkpoints mit besseren OS-Ergebnissen verbunden (Log-Rang p = 0.01741). c Mediane Decatenation G2 Checkpoint Signatur variiert mit intrinsischen molekularen Subtyp; LumA und LumB Brusttumoren zeigten die niedrigste mediane Expression der Decatenation G2 Checkpoint Signatur., HR: Hazard ratio, OS: Gesamtüberleben, CI: Konfidenzintervalle

Die decatenation G2 Checkpoint signature war auch prädiktiv für OS–Ergebnisse bei LumA-Patienten (HR: 0.6039, CI: 0.4559-0.7998, p = 0.01741, Fig. 5b), was darauf hindeutet, dass eine beeinträchtigte Dekatenation der Checkpoint-Funktion zu schlechten Ergebnissen im LumA-Subtyp beitragen kann. Die mediane Dekatenations-und Kontrollpunktsignatur für alle Brusttumoren variierte zwischen den Subtypen (p = 1,73 e-133, Abb., 5c) mit dem LUMB–Subtyp, der die niedrigste mittlere Prüfpunktsignatur ausdrückt; Diese Beobachtung wurde unabhängig mit dem UNC337-Datensatz verifiziert (p = 8.46 e-20, Tabelle S6).27 Obwohl die Decatenation G2 Checkpoint-Signatur nicht signifikant mit Ergebnissen innerhalb des LumB-Subtyps assoziiert war (p = 0.597, Tabelle S6), kann dies auf die inhärent niedrige mediane Decatenation G2 Checkpoint-Signatur innerhalb dieses Subtyps zurückzuführen sein., Wenn beispielsweise die Mehrheit der LumB-Tumoren für die Dekatenation und die Checkpoint-Funktion defekt ist, kann es nicht zu einer ausreichenden Variation der Signatur innerhalb des LumB-Subtyps kommen, um Ergebnisse vorherzusagen. Zusammengenommen implizieren diese Daten, dass der Decatenation G2 Checkpoint ein klinisch relevantes Ziel für die Behandlung von LumA-und/oder LumB-Brustkrebspatientinnen sein kann.

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