自発的および酪酸誘発分化中のCACO-2細胞のアポトーシスへの分岐表現型パターンとコミットメント

CACO-2細胞は、合流点で培養され、生理学的に関連する短鎖脂肪酸にさらされた場合、自然に分化します。この研究の目的は、これらの経路によって誘発される表現型と、細胞の代謝回転との関係を比較することを目的としています。CACO-2細胞を、2 mmの非毒性濃度で3日間酪酸で処理するか、0〜21日間自発的に分化させました。ブラシボーダー加水分解酵素活性と癌胚骨抗原（CEA）発現、トランセピセリアル耐性とドーム形成、ウロキナーゼ系の成分の発現、およびフローサイトメトリーによる細胞回転オーバー、およびDNA断片化の程度を定量化しました。酪酸塩は、他のヒドロラーゼの活性ではなく、アルカリホスファターゼ活性とCEA発現の増加を誘発しましたが、培養だけではすべてのマーカーの活性/発現の進行性の増加が誘発されました。ブチレートは、培養だけで発生したよりも経上皮抵抗性（TER）の大幅な増加を誘発しましたが、ドームの密度は類似していました。ブチレートは、ウロキナーゼ受容体発現の9倍の増加とウロキナーゼ活性の2倍の増加を誘発しましたが、培養だけでは受容体発現の大幅な増加、プラスミノーゲン活性化因子阻害剤-1の増加が増加しましたが、活性の変化はありません。両方の刺激が細胞周期停止を誘発したが、酪酸のみがアポトーシスを受けている細胞の割合を増加させた。結論として、CACO-2細胞の分化は複数の経路に沿って進むことができますが、必ずしもアポトーシスにつながるとは限りません。自然分化中の表現型の変化は、陰窩の底から首への移動中にin vivoで正常な結腸上皮細胞で発生するものを模倣しますが、酪酸誘発性は、正常な結腸上皮細胞が地下頸部から表面コンパートメントに移動すると、発生するものをより密接に追跡します。

Caco-2 cells differentiate spontaneously when cultured in confluence and on exposure to the physiologically relevant short-chain fatty acid, butyrate. This study aimed to compare the phenotype induced by these pathways and their relations to cell turnover. Caco-2 cells were treated with butyrate at a nontoxic concentration of 2 mM for 3 days, or allowed to spontaneously differentiate for 0-21 days. Brush border hydrolase activities and carcinoembryonic antigen (CEA) expression, transepithelial resistance and dome formation, expression of components of the urokinase system, and cell turnover by flow cytometry, and the degree of DNA fragmentation were quantified. Butyrate induced increases in alkaline phosphatase activity and CEA expression but not the activities of other hydrolases, while culture alone induced progressive increases in the activities/expression of all markers. Butyrate induced a significantly greater increase in transepithelial resistance (TER) than occurred during culture alone but the densities of domes were similar. Butyrate induced a ninefold increase in urokinase receptor expression and twofold increase in urokinase activity, while culture alone induced a significantly smaller increase in receptor expression, an increase in plasminogen activator inhibitor-1 but no change in activity. While both stimuli induced cell cycle arrest, only butyrate increased the proportion of cells undergoing apoptosis. In conclusion, differentiation of Caco-2 cells can proceed along multiple pathways but does not necessarily lead to apoptosis. The phenotypic changes during spontaneous differentiation mimic those that occur in normal colonic epithelial cells in vivo during their migration from the crypt base to neck, while butyrate-induced effects more closely follow those occurring when normal colonic epithelial cells migrate from crypt neck to the surface compartment.