The Development of Cancer Stem Cell Specific Aptamers for Pancreatic Cancer

Abstract

Pancreatic cancer remains one of the most common and lethal cancer. Most patients (80%) present with inoperable advanced pancreatic cancer at initial diagnosis and their early diagnosis is a significant unmet challenge. Recent studies indicate that cancer, including pancreatic cancer, is initiated and propagated by cancer stem cells (CSCs). CSCs are responsible not only for the pathogenesis of cancer but also for the heterogeneity, malignant degree, anti-cancer therapy resistance, and recurrence of tumors. Therefore, identification of CSCs using convincing biomarkers may be a crucial stepping stone for overcoming this disastrous pancreatic cancer. Here, we investigated pancreatic CSC-associated aptamers as a novel tool for diagnosis and therapeutic agents. Aptamers that bind to pancreatic cancer stem cell were developed by modified cell-SELEX method. Positive selection was performed by the sphere cells generated by pancreatic cancer cell line, HPAC, and then the aptamer pool was negatively selected by pancreatic normal cell line, HPDE. After cell-SELEX, the aptamer 1 and 146 showing high specificity upon the KD values with 22.18 nM and 22.62 nM were selected. These two aptamers were validated by binding to HPAC sphere cells but to HPDE cells and both aptamers showed specificity to HPAC sphere cells only. Aptamer-positive cells showed high expression levels of CSC-associated genes compared to the aptamer-negative cells by FACS analysis. Co-localization of CD44, CD24, ESA and CD133 was also observed in the aptamer-positive cells by confocal microscopy. In the present study, we determined that these two pancreatic CSC-specific aptamers may be potential candidates for novel diagnostic markers, CSC-targeting drug delivery, or circulating-tumor-cell detection.

췌장암은 가장 치명적인 암 중 하나이다. 대부분의 췌장암 환자(80%)는 처음 진단시 수술로 치료할 수 없을 정도로 진행된 상태로 발견되기 때문에 조기진단이 시급히 요망된다. 최근 연구에 따르면 췌장암을 포함한 대부분의 암은 암줄기세포에서 시작되고 퍼지는 것으로 알려졌다. 이러한 암줄기세포는 암의 발병 뿐 아니라 이형성, 악성의 정도, 항암치료 내성과 재발에 관여하는 것으로 보고된 바 있다. 그러므로 바이오마커를 통한 암줄기세포의 동정은 치명적인 췌장암을 극복할 수 있는 디딤돌이 될 수 있다. 여기서 우리는 췌장암 특이 앱타머를 진단과 치료의 도구로서 제안하고자 한다. 췌장암 암줄기세포에 특이적인 앱타머는 변형된 cell-SELEX 방법을 동해서 개발하였다. 양성 선별은 HPAC 이라는 췌장암 세포주에서부터 만들어진 sphere 세포로 수행하였고 그 후, HPDE라는 정상 췌장 세포주로 음성 선별을 수행하였다. cell-SELEX 이후, 앱타머 1과 146이 해리정수값 22.18 nM에서 22.62 nM로 가장 높은 친화력을 보였다. 이 두 앱타머는 sphere 세포에는 붙고 정상세포주인 HPDE에 붙지 않아 췌장암 암세포주에만 선택성을 가지는 것으로 확인되었다. 앱타머를 HPAC세포주에 결합시켰을 때 앱타머 1 또는 146이 붙은 앱타머 양성 세포는 암줄기세포 관련 유전자가 앱타머가 붙지 않은 앱타머 음성 세포에 비하여 높은 발현 수준을 보였다. 또한 앱타머 1 또는 146은 HPAC 세포에서 CD44, CD24, ESA 그리고 CD133과 같은 췌장암 암줄기세포 관련 표적 마커와 공동으로 위치함을 형광현미경으로 확인하였다. 본 연구에서는 이 두 췌장암 암줄기세포 특이 앱타머가 새로운 진단 마커, 약물 전달을 위한 표적 후보 또는 순환 종양 세포의 검출을 위한 잠재적인 마커가 될 가능성을 규명했다.