Complexa comunicação entre macrófagos e células tumorais coloretais em resposta à radiação

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Complexa comunicação entre macrófagos e células tumorais coloretais em resposta à radiação

Terça, 15.11.2016

Quando um tumor é sujeito a radioterapia, tanto as células tumorais como as restantes células do microambiente tumoral são expostas a radiação ionizante. Os macrófagos constituem frequentemente a população imune mais abundante nos tumores, desempenhando um papel importante na progressão tumoral e resposta à terapia. O presente trabalho pretende avaliar a importância da comunicação macrófago-célula tumoral na resposta celular à radiação. Para tal, estabelecemos monoculturas e co-culturas indirectas de macrófagos humanos, derivados de monócitos periféricos, com células tumorais colorectais, RKO ou SW1463, que exibem maior e menor sensibilidade à radiação, respetivamente. As mono- e co-culturas foram irradiadas com 5 doses cumulativas, usando um esquema de fracionamento semelhante ao aplicado nos doentes com cancro (2 Gy/fração/dia). Os nossos resultados demonstraram que os macrófagos sensibilizam as RKO à apoptose induzida pela radiação, enquanto protegem as células SW1463. Adicionalmente, a co-cultura com os macrófagos aumentou, mais nas SW1463 do que nas RKO, a expressão de genes associados ao metabolismo e sobrevivência. A presença dos macrófagos também aumentou a expressão do transportador de glucose do tipo 1 nas SW1463 irradiadas, mas não nas RKO. Após irradiação, a influência das células tumorais na expressão de marcadores macrofágicos pro- e anti-inflamatórios foi também avaliada. Na presença das RKO ou SW1463, os macrófagos irradiados exibem níveis mais elevados das moléculas pró-inflamatórias TNF, IL6, CCL2 e CCR7, e da anti-inflamatória CCL18. Contudo, as células RKO induzem um aumento do marcador pró-inflamatório IL1B nos macrófagos, enquanto as SW1463 promovem níveis mais elevados das moléculas pró-inflamatórias CXCL8 e CD80, e também das anti-inflamatórias VCAN e IL10. Os nossos dados demonstram ainda que os macrófagos e as células tumorais influenciam mutuamente a sua resposta à radiação. Curiosamente, o meio condicionado das co-culturas irradiadas aumentou a migração e invasão de células RKO não irradiadas sem impacto na angiogénese. Em suma, o estabelecimento de co-culturas de macrófagos humanos primários e células tumorais salienta uma complexa comunicação celular em resposta à radiação ionizante, que deve ser considerada aquando do desenvolvimento de terapias adjuvantes à radioterapia.

 

Autores e afiliações:

Ana T. Pinto1,2,3, Marta L. Pinto1,2,4, Sérgia Velho1,5, Marta T. Pinto1,5, Ana P. Cardoso1,2,Rita Figueira6, Armanda Monteiro6, Margarida Marques6, Raquel Seruca1,5,7, Mário A. Barbosa1,2,4, Marc Mareel8, Maria J. Oliveira1,2,7‡*, Sónia Rocha9‡

1 i3s-Instituto de Investigação e Inovação em Saúde, Universidade do Porto, Porto, Portugal,

2 INEB-Institute of Biomedical Engineering, University of Porto, Porto, Portugal,

3 FEUP-Faculty of Engineering,University of Porto, Porto, Portugal,

4 ICBAS-Institute of Biomedical Sciences Abel Salazar, University of Porto, Porto, Portugal,

5 IPATIMUP-Institute of Molecular Pathology and Immunology of the University of Porto, Porto, Portugal,

6 Radiotherapy Service, Centro Hospitalar S. João, EPE, Porto, Portugal,

7 Department of Pathology and Oncology, Faculty of Medicine, University of Porto, Porto, Portugal,

8 Department of Radiation Oncology and Experimental Cancer Research, Ghent University Hospital, Ghent, Belgium,

9 Centre for Gene Regulation and Expression, College of Life Sciences, University of Dundee, Dundee, United Kingdom

‡ These authors are joint senior authors on this work

 

Abstract:

Both cancer and tumour-associated host cells are exposed to ionizing radiation when a tumour is subjected to radiotherapy. Macrophages frequently constitute the most abundant tumour-associated immune population, playing a role in tumour progression and response to therapy. The present work aimed to evaluate the importance of macrophage-cancer cell communication in the cellular response to radiation. To address this question, we established monocultures and indirect co-cultures of human monocyte-derived macrophages with RKO or SW1463 colorectal cancer cells, which exhibit higher and lower radiation sensitivity, respectively. Mono- and co-cultures were then irradiated with 5 cumulative doses, in a similar fractionated scheme to that used during cancer patients’ treatment (2 Gy/fraction/day). Our results demonstrated that macrophages sensitize RKO to radiation-induced apoptosis, while protecting SW1463 cells. Additionally, the co-culture with macrophages increased the mRNA expression of metabolism- and survival-related genes more in SW1463 than in RKO. The presence of macrophages also upregulated glucose transporter 1 expression in irradiated SW1463, but not in RKO cells. In addition, the influence of cancer cells on the expression of pro- and anti-inflammatory macrophage markers, upon radiation exposure, was also evaluated. In the presence of RKO or SW1463, irradiated macrophages exhibit higher levels of pro-inflammatory TNF, IL6, CCL2 and CCR7, and of anti-inflammatory CCL18. However, RKO cells induce an increase of macrophage pro-inflammatory IL1B, while SW1463 cells promote higher pro-inflammatory CXCL8 and CD80, and also anti-inflammatory VCAN and IL10 levels. Thus, our data demonstrated that macrophages and cancer cells mutually influence their response to radiation. Notably, conditioned medium from irradiated co-cultures increased non-irradiated RKO cell migration and invasion and did not impact on angiogenesis in a chicken embryo chorioallantoic membrane assay. Overall, the establishment of primary human macrophage-cancer cell co-cultures revealed an intricate cell communication in response to ionizing radiation, which should be considered when developing therapies adjuvant to radiotherapy.

 

Revista: PLoS One

 

Link: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0160891