HER2シグナル伝達経路の活性化と乳がん細胞のHER2ターゲティング剤に対する反応は、3D微小環境に強く依存しています

効果的で耐久性のある乳がん治療戦略の開発には、反応に対する微小環境の影響を機械的に理解する必要があります。以前の研究では、細胞シグナル伝達経路と細胞形態は、従来の2次元（2D）単層とは対照的に、3次元（3D）培養によって劇的に影響を受けることが示されています。ここでは、2Dおよび3D培養モデルを比較して、HER2シグナル伝達に対する3Dアーキテクチャと細胞外マトリックス（ECM）の影響を決定し、HER2増幅乳癌細胞株のHER2ターゲティング剤トラスツズマブ、ペルツズマブおよびラパチニブに対する反応を決定しました。これらの抗HER2剤に対するHER2増幅されたAu565、SkBr3、およびHCC1569細胞の応答が、細胞が2D単層または3DラミニンリッチECMゲルで培養されたかどうかに大きく依存していることを示しています。主要な細胞ECM受容体サブユニットであるBeta1インテグリンの阻害は、3D環境で成長した場合、HER2増幅乳癌細胞株のヒト化モノクローナル抗体への感度を有意に増加させました。最後に、阻害剤が存在しない場合、3D培養はHER2下流シグナル伝達に大きな影響を与え、HER2増幅と過剰発現を欠く細胞を含む、研究されたすべての細胞株でPI3K-AKTおよびRAS-MAPK-PATHWAY活性化の間のスイッチを誘導しました。我々のデータは、乳がん細胞が増殖と細胞の生存を調節する代替経路を活性化することにより、標的療法に対する抵抗の獲得に重要な役割を果たす可能性のあるイベントを活性化することにより、さまざまな環境とシグナル伝達の手がかりに迅速に適応できるという直接的な証拠を提供します。

Development of effective and durable breast cancer treatment strategies requires a mechanistic understanding of the influence of the microenvironment on response. Previous work has shown that cellular signaling pathways and cell morphology are dramatically influenced by three-dimensional (3D) cultures as opposed to traditional two-dimensional (2D) monolayers. Here, we compared 2D and 3D culture models to determine the impact of 3D architecture and extracellular matrix (ECM) on HER2 signaling and on the response of HER2-amplified breast cancer cell lines to the HER2-targeting agents Trastuzumab, Pertuzumab and Lapatinib. We show that the response of the HER2-amplified AU565, SKBR3 and HCC1569 cells to these anti-HER2 agents was highly dependent on whether the cells were cultured in 2D monolayer or 3D laminin-rich ECM gels. Inhibition of beta1 integrin, a major cell-ECM receptor subunit, significantly increased the sensitivity of the HER2-amplified breast cancer cell lines to the humanized monoclonal antibodies Trastuzumab and Pertuzumab when grown in a 3D environment. Finally, in the absence of inhibitors, 3D cultures had substantial impact on HER2 downstream signaling and induced a switch between PI3K-AKT- and RAS-MAPK-pathway activation in all cell lines studied, including cells lacking HER2 amplification and overexpression. Our data provide direct evidence that breast cancer cells are able to rapidly adapt to different environments and signaling cues by activating alternative pathways that regulate proliferation and cell survival, events that may play a significant role in the acquisition of resistance to targeted therapies.