Cervical cancer is a leading cause of morbidity and mortality in women worldwide. Although the human papillomavirus (HPV) is considered the major causative agent of cervical cancer, yet the viral infection alone is not sufficient for cancer progression. The etiopathogenesis of cervical cancer is indeed complex; a precise understanding of the complex cellular/molecular mechanisms underlying the initiation, progression and/or prevention of the uterine cervix is therefore essential. Autophagy is emerging as an important biological mechanism in targeting human cancers, including cervical cancer. Furthermore, autophagy, a process of cytoplasm and cellular organelle degradation in lysosomes, has been implicated in homeostasis. Autophagic flux may vary depending on the cell/tissue type, thereby altering cell fate under stress conditions leading to cell survival and/or cell death. Autophagy may in turn govern tumor metastasis and subsequent carcinogenesis. Inflammation is a known hallmark of cancer. Vascular insufficiency in tumors, including cervical tissue, leads to depletion of glucose and/or oxygen perturbing the osmotic mileu causing extracellular acidosis in the tumor microenvironment that may eventually result in autophagy. Thus, targeted manipulation of complex autophagic signaling may prove to be an innovative strategy in identification of clinically relevant biomarkers in cervical cancer in the near future.
Macrophagal polykaryocytes (MPs) are terminally differentiated multinuclear macrophage cells responsible for remodeling and resorption of bone, foreign body, and tissue deposition in inflammation. MPs are encountered only in bone and cartilagenous tissues, in which they are referred to as osteoclasts, odontoclasts, in which they are referred to as osteoclasts, odontoclasts, and septoclasts. Depending on the disease, the MPs differentiate into many morphological variants that include foreign-body giant cells, Langhans-type cells, and Touton-type cells. Morphological heterogeneity of MPs could Touton-type cells. Morphological heterogeneity of MPs could reflect the giant cell formation from phenotypically different marophage precursors by the process of fusion. At present, many cytokines, adhesion/fusion molecules, and other factors of the microenvironment have been discovered that influence the multinucleation process. Many evidences suggest that conditions in giant cell fibrohistiocytomas, which facilitate MP formation, are similar to the inflammation site of granulomatosis. MPs in the giant cell tumors and granulomatosis foci are formed in response to the factors secreted by mesenchymal cells. It is proposed that one of the first steps in vertebrate evolution could be the organization of skeleton remodeling, in which osteoclasts play a major role. In this step, the same mechanism of regulations served as a basis for the development of both osteoclast and inflammatory forms of MPs.
In rapidly growing tumors, hypoxia commonly develops due to the imbalance between $O_2$ consumption and supply. Hypoxia Inducible Factor (HIF)-$1{\alpha}$ is a transcription factor responsible for tumor growth and angiogenesis in the hypoxic microenvironment; thus, its inhibition is regarded as a promising strategy for cancer therapy. Given that CamKII or PARP inhibitors are emerging anticancer agents, we investigated if they have the potential to be developed as new HIF-$1{\alpha}$-targeting drugs. When treating various cancer cells with the inhibitors, we found that a CamKII inhibitor, KN-62, effectively suppressed HIF-$1{\alpha}$ specifically in hepatoma cells. To examine the effect of KN-62 on HIF-$1{\alpha}$-driven gene expression, we analyzed the EPO-enhancer reporter activity and mRNA levels of HIF-$1{\alpha}$ downstream genes, such as EPO, LOX and CA9. Both the reporter activity and the mRNA expression were repressed by KN-62. We also found that KN-62 suppressed HIF-$1{\alpha}$ by impairing synthesis of HIF-$1{\alpha}$ protein. Based on these results, we propose that KN-62 is a candidate as a HIF-$1{\alpha}$-targeting anticancer agent.
Hypoxia in solid tumors is known to contribute to intrinsic chemoresistance. Histocultures are in vitro 3 dimensional cultures of tumor tissues and maintain the characteristic microenvironment of human solid tumors in vivo including hypoxia and multicellular structure. In this study, we evaluated the pharmacodynamics of tirapazamine(TPZ), a hypoxia-selective cytotoxin, in human non small cell lung cancer(NSCLC) cells grown as monolayers and histocultures. Antiproliferative activity of TPZ was determined after various conditions of drug exposure, and cell cycle arrest and apoptosis were also measured using flow cytometry. In monolayers, hypoxia selectivity measured by hypoxic/normoxic cytotoxicity ratio was increased with longer exposure. Lower cytotoxicity of TPZ was observed in histocultures compared to monolayers, however, a similar level of cytotoxicity was obtained with longer exposure of 96 hr. TPZ induced $G_2/M$ arrest and apoptosis in both culture conditions, which were greatly enhanced under hypoxic condition. Our data clearly showed the different pharmacodynamics of TPZ in monolayers and histocultures. Antiproliferative activity of TPZ against human solid tumors can be improved with longer drug exposure by exploiting drug delivery systems or by combining angiogenesis inhibitors to maintain drug concentration in tumor tissues.
Junaid, Muhammad;Lee, Aejin;Kim, Jaehyung;Park, Tae Jun;Lim, Su Bin
Molecules and Cells
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v.45
no.9
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pp.610-619
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2022
Cellular senescence plays a paradoxical role in tumorigenesis through the expression of diverse senescence-associated (SA) secretory phenotypes (SASPs). The heterogeneity of SA gene expression in cancer cells not only promotes cancer stemness but also protects these cells from chemotherapy. Despite the potential correlation between cancer and SA biomarkers, many transcriptional changes across distinct cell populations remain largely unknown. During the past decade, single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) technologies have emerged as powerful experimental and analytical tools to dissect such diverse senescence-derived transcriptional changes. Here, we review the recent sequencing efforts that successfully characterized scRNA-seq data obtained from diverse cancer cells and elucidated the role of senescent cells in tumor malignancy. We further highlight the functional implications of SA genes expressed specifically in cancer and stromal cell populations in the tumor microenvironment. Translational research leveraging scRNA-seq profiling of SA genes will facilitate the identification of novel expression patterns underlying cancer susceptibility, providing new therapeutic opportunities in the era of precision medicine.
Christopher J. Occhiuto;Jessica A. Moerland;Ana S. Leal;Kathleen A. Gallo;Karen T. Liby
Molecules and Cells
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v.46
no.3
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pp.176-186
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2023
The oxidative balance of a cell is maintained by the Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1)/nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) pathway. This cytoprotective pathway detoxifies reactive oxygen species and xenobiotics. The role of the KEAP1/NRF2 pathway as pro-tumorigenic or anti-tumorigenic throughout stages of carcinogenesis (including initiation, promotion, progression, and metastasis) is complex. This mini review focuses on key studies describing how the KEAP1/NRF2 pathway affects cancer at different phases. The data compiled suggest that the roles of KEAP1/NRF2 in cancer are highly dependent on context; specifically, the model used (carcinogen-induced vs genetic), the tumor type, and the stage of cancer. Moreover, emerging data suggests that KEAP1/NRF2 is also important for regulating the tumor microenvironment and how its effects are amplified either by epigenetics or in response to co-occurring mutations. Further elucidation of the complexity of this pathway is needed in order to develop novel pharmacological tools and drugs to improve patient outcomes.
Recent advances in artificial intelligence (AI) have provided novel tools for rapid and precise pathologic diagnosis. The introduction of digital pathology has enabled the acquisition of scanned slide images that are essential for the application of AI. The application of AI for improved pathologic diagnosis includes the error-free detection of potentially negligible lesions, such as a minute focus of metastatic tumor cells in lymph nodes, the accurate diagnosis of potentially controversial histologic findings, such as very well-differentiated carcinomas mimicking normal epithelial tissues, and the pathological subtyping of the cancers. Additionally, the utilization of AI algorithms enables the precise decision of the score of immunohistochemical markers for targeted therapies, such as human epidermal growth factor receptor 2 and programmed death-ligand 1. Studies have revealed that AI assistance can reduce the discordance of interpretation between pathologists and more accurately predict clinical outcomes. Several approaches have been employed to develop novel biomarkers from histologic images using AI. Moreover, AI-assisted analysis of the cancer microenvironment showed that the distribution of tumor-infiltrating lymphocytes was related to the response to the immune checkpoint inhibitor therapy, emphasizing its value as a biomarker. As numerous studies have demonstrated the significance of AI-assisted interpretation and biomarker development, the AI-based approach will advance diagnostic pathology.
Early diagnosis, accurate assessment, and localization of peritoneal metastasis (PM) are essential for the selection of appropriate treatments and surgical guidance. However, available imaging modalities (computed tomography [CT], conventional magnetic resonance imaging [MRI], and 18fluorodeoxyglucose positron emission tomography [PET]/CT) have limitations. The advent of new imaging techniques and novel molecular imaging agents have revealed molecular processes in the tumor microenvironment as an application for the early diagnosis and assessment of PM as well as real-time guided surgical resection, which has changed clinical management. In contrast to clinical imaging, which is purely qualitative and subjective for interpreting macroscopic structures, radiomics and artificial intelligence (AI) capitalize on high-dimensional numerical data from images that may reflect tumor pathophysiology. A predictive model can be used to predict the occurrence, recurrence, and prognosis of PM, thereby avoiding unnecessary exploratory surgeries. This review summarizes the role and status of different imaging techniques, especially new imaging strategies such as spectral photon-counting CT, fibroblast activation protein inhibitor (FAPI) PET/CT, near-infrared fluorescence imaging, and PET/MRI, for early diagnosis, assessment of surgical indications, and recurrence monitoring in patients with PM. The clinical applications, limitations, and solutions for fluorescence imaging, radiomics, and AI are also discussed.
Yena Nam;Eunju Cha;Su Min Kwak;Seung Ju Seo;John Hoon Rim;Yoonhee Jin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.8
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pp.1711-1717
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2024
This study evaluates the efficacy of a decellularized intestine tissue-derived extracellular matrix (Intestine ECM) as a scaffold for culturing colorectal cancer (CRC) organoids and establishing cell-derived xenograft (CDX) models, comparing its performance to traditional Matrigel. Intestine ECM demonstrates comparable support for organoid formation and cellular function, highlighting its potential as a more physiologically relevant and reproducible platform. Our findings suggest that Intestine ECM enhances the mimetic environment for colon epithelium, supporting comparable growth and improved differentiation compared to Matrigel. Moreover, when used as a delivery carrier, Intestine ECM significantly increases the growth rate of CDX models using patient-derived primary colorectal cancer cells. This enhancement demonstrates Intestine ECM's role not only as a scaffold but also as a vital component of the tumor microenvironment, facilitating more robust tumorigenesis. These findings advocate for the broader application of Intestine ECM in cancer model systems, potentially leading to more accurate preclinical evaluations and the development of targeted cancer therapies.
Background: The negative signaling provided by interactions of the co-inhibitory molecule, programmed death-1 (PD-1), and its ligands, B7-H1 (PD-L1) and B7-DC (PD-L2), is a critical mechanism contributing to tumor evasion; blockade of this pathway has been proven to enhance cytotoxic activity and mediate antitumor therapy. Here we evaluated the anti-tumor efficacy of AAV-mediated delivery of the extracellular domain of murine PD-1 (sPD-1) to a tumor site. Material and Methods: An rAAV vector was constructed in which the expression of sPD-1, a known negative regulator of TCR signals, is driven by human cytomegalovirus immediate early promoter (CMV-P), using a triple plasmid transfection system. Tumor-bearing mice were then treated with the AAV/sPD1 construct and expression of sPD-1 in tumor tissues was determined by semi quantitative RT-PCR, and tumor weights and cytotoxic activity of splenocytes were measured. Results: Analysis of tumor homogenates revealed sPD-1 mRNA to be significantly overexpressed in rAAV/sPD-1 treated mice as compared with control levels. Its use for local gene therapy at the inoculation site of H22 hepatoma cells could inhibit tumor growth, also enhancing lysis of tumor cells by lymphocytes stimulated specifically with an antigen. In addition, PD-1 was also found expressed on the surfaces of activated CD8+ T cells. Conclusion: This study confirmed that expression of the soluble extracellular domain of PD-1 molecule could reduce tumor microenvironment inhibitory effects on T cells and enhance cytotoxicity. This suggests that it might be a potential target for development of therapies to augment T-cell responses in patients with malignancies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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