Rola komórek macierzystych w etiopatogenezie nowotworów ośrodkowego układu nerwowego

• Authors: Piotr Rieske
• Languages of publication: EN PL

Abstracts

EN

The paper presents current views concerning the role of stem cells in neoplasia, with particular emphasis of CNS tumors. First, some arguments are presented supporting the thesis that at the first stage of neoplasia, the cellular target for carcinogens are normal stem cells or progenitor cells. Also, discussed are important problems associated with attempts at identification of cellular sources of neoplasms. One of these is the difficulty encountered with distinguishing stem cells and non-differentiated cells. Second, data are presented allowing the conclusion that within neoplastic tissue exist neoplastic stem cells - cells enabling regeneration of this pathological tissue. In the context of discussion concerning the role of stem cells in the pathogenesis of neoplasms, a new theory about physiologic and pathologic role of normal and damaged proteins, e.g. APC, SUFU, EGFR, c-MYC, P53 is presented. Discussed is also the role of proteins controlling modification of chromatin, e.g. the Polycomb protein. These proteins are extremely important for the differentiation process. The paper presents also own preliminary experience with the role of stem cells in the pathogenesis of CNS tumors. Finally, presented are premises providing hope for application of knowledge concerning neoplastic stem cells in designing novel modalities of oncologic therapies. Development of such therapies may be based on the search for chemotherapeutic agents which would selectively eliminate neoplastic stem cells. It is also possible to use normal but genetically modified stem cells to detect neoplastic stem cells and to eliminate them.

PL

W artykule przedstawiono aktualne poglądy na temat udziału komórek macierzystych w nowotworzeniu, ze szczególnym uwzględnieniem nowotworów ośrodkowego układu nerwowego. Po pierwsze przytoczono niektóre argumenty na rzecz tezy, iż komórkowym celem dla karcynogenów na pierwszym etapie nowotworzenia są prawidłowe komórki macierzyste lub komórki progenitorowe. Jednocześnie omówiono istotne problemy, z jakimi wiążą się próby identyfikacji komórkowego źródła nowotworów. Jednym z nich jest problem odróżnienia komórek macierzystych od komórek zróżnicowanych. Po drugie zaprezentowano dane pozwalające stwierdzić, iż w obrębie tkanki nowotworowej bytują komórki macierzyste nowotworu – komórki umożliwiające regenerację tej patologicznej tkanki. W kontekście rozważań dotyczących roli komórek macierzystych w etiopatogenezie nowotworów przedstawiono nową teorię na temat fizjologicznej i patologicznej roli pełnionej przez prawidłowe i uszkodzone białka, takie jak APC, SUFU, EGFR, c-MYC, P53. Omówione także udział w nowotworzeni, białek kontrolujących modyfikację chromatyny jak np. białka Polycomb. Białka te odgrywają niezwykle istotną rolę w czasie różnicowania. W artykule omówiono także pierwsze doświadczenie własne związane z udziałem komórek macierzystych w etiopatogenezie nowotworów OUN. Wreszcie przedstawione zostały przesłanki dające nadzieję na wykorzystanie wiedzy o nowotworowych komórkach macierzystych do projektowania nowych rodzajów terapii przeciwnowotworowej. Opracowywanie tych terapii może być oparte na poszukiwaniu chemioterapeutyków selektywnie eliminujących nowotworowe komórki macierzyste. Możliwe jest również wykorzystanie prawidłowych, ale zmodyfikowanych genetycznie komórek macierzystych do wyśledzenia nowotworowych komórek macierzystych i ich eliminacji.

Keywords

EN

APC; P53; SHH; WNT; nowotworowe komórki macierzyste; tumor stem cells

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Medical Communications
• Journal: Aktualności Neurologiczne
• Year: 2006
• Volume: 6
• Issue: 3
• Pages: 169-174

Contributors

author

Piotr Rieske

• Zakład Patologii Molekularnej i Neuropatologii Katedry Onkologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, ul. Czechosłowacka 8/10, 92-216 Łódź, tel.: [phone]

References

• 1. Reya T., Morrison S.J., Clarke M.F., Weissman I.L.: Stem cells, cancer, and cancer stein cells. Nature 2001; 414: 105-111.
• 2. Virchow R.: Editorial. Arch. Pathol. Anat. Physiol. Klin. Med. 1855; 8: 23-54.
• 3. Bonnet D., Dick J.E.: Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat. Med. 1997; 3: 730-737.
• 4. Gage F.H.: Mammalian neural stem cells. Science 2000; 287: 1433-1438.
• 5. Palmer T.D., Schwartz PH., Taupin P. i wsp.: Cell culture. Progenitor cells from human brain after death. Nature 2001;411:42-43.
• 6. Kim WY., Sharpless N.E.: The regulation of INK4/ARF in cancer and aging. Cell 2006; 127: 265-275.
• 7. Holland E.C., Celestino J., Dai C. i wsp.: Combined activation of Ras and Akt in neural progenitors induces glioblastoma formation in mice. Nat. Genet. 2000; 25: 55-57.
• 8. Pardal R., Clarke M.F., Morrison S.J.: Applying the principles of stem-cell biology to cancer. Nat. Rev. Cancer 2003; 3: 895-902.
• 9. Doetsch F., Caille I., Lim D.A. i wsp.: Subventricular zone astrocytes are neural stem cells in the adult mammalian brain. Cell 2001; 97: 703-716.
• 10. Laywell E.D., Rakic P., Kukekov VG. i wsp.: Identification of a multipotent astrocytic stem cell in the immature and adult mouse brain. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2000; 97: 13883-13888.
• 11. Al-Hajj M., Wicha M.S., Benito-Hemandez A. i wsp.: Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2003; 100: 3983-3988.
• 12. Singh S.K., Clarke I.D., Terasaki M. i wsp.: Identification of a cancer stem cell in human brain tumors. Cancer Res. 2003;63:5821-5828.
• 13. Li L, Connelly M.C., Wetmore C. i wsp.: Mouse embryos cloned from brain tumors. Cancer Res. 2003; 63:2733-2736.
• 14. Sell S., Pierce G.B.: Maturation arrest of stem cell differentiation is a common pathway for the cellular origin of teratocarcinomas and epithelial cancers. Lab. Invest. 1994; 70: 6-22.
• 15. Kucia M., Reca R., Miekus K. i wsp.: Trafficking of normal stem cells and metastasis of cancer stem cells involve similar mechanisms: pivotal role of the SDF-1-CXCR4 axis. Stem Cells 2005; 23: 879-894.
• 16. Ratajczak M.Z.: Cancer stem cells - normal stem cells “Jedi” that went over to the “dark side11. Folia Histochem. Cytobiol. 2005; 43: 175-181.
• 17. Baeza N., Masuoka J., Kleihues P., Ohgaki H:.AXIN1 mutations but not deletions in cerebellar medulloblastomas. Oncogene 2003; 22: 632-636.
• 18. Gilbertson R.J.: Medulloblastoma: signalling a change in treatment. Lancet Oncol. 2004; 5: 209-218.
• 19. Koch A., Waha A., Tonn J.C. i wsp.: Somatic mutations of WNT/wingless signaling pathway components in primitive neuroectodermal tumors. Int. J. Cancer 2001; 93: 445-449.
• 20. Huang H., Mahler-Araujo B.M., Sankila A. i wsp.: APC mutations in sporadic medulloblastomas. Am. J. Pathol. 2000; 156: 433-437.
• 21. Taylor M.D., Liu L., Raffel C. i wsp.: Mutations in SUFU predispose to medulloblastoma. Nat. Genet. 2002; 31: 306-310.
• 22. Dong J., Gailani M.R., Pomeroy S.L. i wsp.: Identification of PATCHED mutations in medulloblastomas by direct sequencing. LIum. Mutat. 2000; 16: 89-90.
• 23. Zurawel R.H., Allen C., Chiappa S. i wsp.: Analysis of PTCH/SMO/SHH pathway genes in medulloblastoma. Genes Chromosomes Cancer 2000; 27: 44-51.
• 24. Fraser M.M., Zhu X., Kwon C.H. i wsp.: Pten loss causes hypertrophy and increased proliferation of astrocytes in vivo. Cancer Res. 2004; 64: 7773-7779.
• 25. Rossi D.J., Weissman I.L.: Pten, tumorigenesis, and stem cell self-renewal. Cell 2006; 125: 229-231.
• 26. Wang S., Garcia A.J., Wu M. i wsp.: Pten deletion leads to the expansion of a prostatic stem/progenitor cell subpopulation and tumor initiation. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006; 103: 1480-1485.
• 27. Sun Y., Goderie S.Κ., Temple S.: Asymmetric distribution of EGFR receptor during mitosis generates diverse CNS progenitor cells. Neuron 2005; 45: 873-886.
• 28. Sardi S.P., Murtie J., Koirala S. i wsp.: Presenilin-depend-ent ErbB4 nuclear signaling regulates the timing of astro-genesis in the developing brain. Cell 2006; 127: 185-197.
• 29. Valk-Lingbeek M.E., Bruggeman S.W., van Lohuizen M.: Stem cells and cancer; the polycomb connection. Cell 2004; 118:409-418.
• 30. Hemmati H.D., Nakano I., Lazareff J.A. i wsp.: Cancerous stem cells can arise from pediatric brain tumors. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2003; 100: 15178-15183.
• 31. Leung C., Lingbeek M., Shakhova O. i wsp.: Bmi 1 is essential for cerebellar development and is overexpressed in human medulloblastomas. Nature 2004; 428: 337-341.
• 32. Molofsky A.V., He S., Bydon M. i wsp.: Bmi-1 promotes neural stem cell self-renewal and neural development but not mouse growth and survival by repressing the pl6Ink4a and p 19Arf senescence pathways. Genes Dev. 2005; 19: 1432-1437.
• 33. Molofsky A.V, Pardal R., Iwashita T. i wsp.: Bmi-1 dependence distinguishes neural stem cell self-renewal from progenitor proliferation. Nature 2003; 425: 962-967.
• 34. Kim J.H., Yoon S.Y., Jeong S.H. i wsp.: Overexpression of Bmi-1 oncoprotein correlates with axillary lymph node metastases in invasive ductal breast cancer. Breast 2004; 13‘ 383-388
• 35. Kim J.H., Yoon S.Y., Kim C.N. i wsp.: The Bmi-1 oncoprotein is overexpressed in human colorectal cancer and correlates with the reduced pi61 NK4a/pl4ARF proteins. Cancer Lett. 2004; 203: 217-224.
• 36. Galderisi U., Cipollaro M., Giordano A.: Stem cells and brain cancer. Cell Death Differ. 2006; 13: 5-11.
• 37. Guney I., Wu S., Sedivy J.M.: Reduced c-Myc signaling triggers telomere-independent senescence by regulating Bmi-1 and pl61NK4a. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006; 103: 3645-3650.
• 38. Hollstein M., Sidransky D., Vogelstein B., Harris C.C.: p53 mutations in human cancers. Science 1991; 253: 49-53.
• 39. Ferguson K.L., McClellan K.A., Vanderluit J.L. i wsp.: A cell-autonomous requirement for the cell cycle regulatory protein, Rb, in neuronal migration. EMBO J. 2005; 24: 4381-4391.
• 40. Galderisi U., Cipollaro M., Giordano A.: The retinoblastoma gene is involved in multiple aspects of stem cell biology. Oncogene 2006; 25: 5250-5256.
• 41. Sarkar S.A., Sharma R.P.: All-iram-retinoic acid-mediated modulation of p53 during neural differentiation in murine embryonic stem cells. Cell Biol. Toxicol. 2002; 18: 243-257.
• 42. Lin T., Chao C., Saito S. i wsp.: p53 induces differentiation of mouse embryonic stem cells by suppressing Nanog expression. Nat. Cell Biol. 2005; 7: 165-171.
• 43. Silva J., Chambers 1., Pollard S., Smith A.: Nanog promotes transfer of pluripotency after cell fusion. Nature 2006; 441: 997-1001.
• 44. Takahashi K, Yamanaka S.: Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006; 126: 663-676.
• 45. Zawlik I., Zakrzewska M., Witusik M. i wsp.: KCTD11 expression in medulloblastoma is lower than in adult cerebellum and higher than in neural stem cells. Cancer Genet. Cytogenet. 2006; 170: 24-28.
• 46. Rieske P, Zakrzewska M., Biernat W. i wsp.: Atypical molecular background of glioblastoma and meningioma developed in a patient with Li-Fraumeni syndrome. J. Neuroon-col. 2005;71:27-30.
• 47. Singh S.K, Hawkins C., Clarke I.D. i wsp.: Identification of human brain tumour initiating cells. Nature 2004; 432: 396-401.
• 48. Tang Y., Shah Κ., Messerli S.M. i wsp.: In vivo tracking of neural progenitor cell migration to glioblastomas. Hum. Gene Ther. 2003; 14: 1247-1254.
• 49. Noble M.: Can neural stem cells be used to track down and destroy migratory brain tumor cells while also providing a means of repairing tumor-associated damage? Proc. Natl Acad. Sci. USA 2000; 97: 12393-12395.

• Document Type: article