Inledning

NCI-H1781-celler, även känd under synonymerna H1781, H-1781 och NCIH1781 (Cellosaurus-accessionsnummer CVCL_1494), är en cellinje från icke-småcellig lungcancer (NSCLC) hos människa som etablerats genom NCI:s systematiska program för lungcancercellinjer och som först katalogiserades i NCI-Navy Medical Oncology Branchs cellinjedatabas. [1] Denna cellinje blev en hörnsten i forskningen om icke-småcellig lungcancer (NSCLC) eftersom den bär på en aktiverande HER2-insättningsmutation i exon 20 (G776insV_G/C, dvs. en glycin-776→valin/cystein-deletion, även betecknad A775insV,G776C), en typ av drivande mutation som förekommer i cirka 2–3 % av lungadenokarcinom. Denna unika genetiska bakgrund har gjort NCI-H1781 oumbärlig för utvärdering av HER2-riktade kinasinhibitorer, studier av resistensmekanismer och karakterisering av nedströms onkogen signalering. Storskaliga genomiska initiativ, däribland Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) och projektet Cancer Dependency Map, har ytterligare kompletterat stamcellen med multiomiska datamängder, vilket utvidgar dess användbarhet till farmakogenomiska studier av olika cancerformer. [2]

Viktiga slutsatser

• NCI-H1781 bär på en aktiverande insättningsmutation i HER2-exon 20 (G776insV_G/C, även betecknad A775insV,G776C) som konstant aktiverar HER2- och EGFR-signalvägarna.
• Cellinjen är den främsta in vitro-modellen för testning av irreversibla och reversibla HER2-kinashämmare vid icke-småcellig lungcancer (NSCLC).
• Homozygota TP53-mutationer (p.Val157Phe) och heterozygota PTEN-ramskiftmutationer förekommer tillsammans med HER2-drivarmutationen.
• Omfattande multiomisk annotering (sekvensering av hela exomet, RNA-sekvensering, proteomik, SNP-arrayer, läkemedelsscreening) är allmänt tillgänglig genom stora konsortieprojekt.
• Cellinjen är i sig resistent mot EGFR-selektiva tyrosinkinasinhibitorer såsom gefitinib och erlotinib, vilket gör den till en värdefull resistensmodell.

Vad är NCI-H1781?

NCI-H1781 härstammar från pleurautgjutningen hos en 66-årig kvinnlig patient som diagnostiserats med minimalt invasivt lungadenokarcinom. Cellinjen genererades som en del av NCI:s interna program för lungcancercellinjer, ett systematiskt arbete som inleddes 1976 för att skapa omfattande dokumenterade humana cancermodeller. [3] Det utmärkande genetiska kännetecknet är en heterozygot in-frame-insättning i HER2-exon 20 som inför ytterligare aminosyror vid position 776 i kinasdomänen, vilket skapar en konstant aktiv receptor. Linjen bär också på en homozygot missense-mutation i TP53 (p.Val157Phe), som ursprungligen identifierades av Mitsudomi och kollegor, [4] och en heterozygot PTEN-ramförskjutning (p.Gln245fs*6) som dokumenterats genom storskaliga exomsekvenseringsprojekt. [2] [8] Analysen av mikrosatellitinstabilitet klassificerar linjen som MSI-low, och uppskattningen av härkomst placerar den huvudsakligen inom en nord- och sydeuropeisk genetisk bakgrund. [5] Av avgörande betydelse är att EGFR i sig är av vildtyp i denna cellinje, vilket innebär att läkemedelskänsligheten uteslutande styrs av den muterade HER2-receptorn – något som ger en tydlig modell för att analysera HER2-specifik onkogen signalering.

Information om cellodling

Fördelar med NCI-H1781

Den främsta fördelen med NCI-H1781 är dess genetiskt definierade HER2-insättningsmutation i exon 20 mot en bakgrund av vildtyp-EGFR. Denna kombination gör det möjligt för forskare att entydigt hänföra läkemedelsresponsen till HER2-hämning snarare än till korsaktivitet med EGFR. Eftersom denna mutationsklass drabbar ungefär 2–3 % av alla patienter med lungadenokarcinom och det historiskt sett har saknats godkända behandlingar, fyller NCI-H1781 en viktig nisch som cellinjer med EGFR-mutationer inte kan täcka. Cellinjen intar därför en unik position som den mest använda cellulära referenspunkten för läkemedelsutveckling mot HER2-driven icke-småcellig lungcancer (NSCLC).

En multiomisk karakterisering inom ramen för stora konsortier stärker ytterligare stamens forskningsvärde. NCI-H1781 har profilerats med hjälp av hel-exomsekvensering, SNP-arrayer, RNA-sekvensering, mikroarrayer, DNA-metyleringsanalys, proteinarrayer med omvänd fas samt läkemedelsscreeningpaneler. [2] [6] [7] [8] Denna detaljerade annotering gör det möjligt för forskare att integrera sina egna farmakologiska rön med befintliga multiomiska datamängder, vilket avsevärt påskyndar framtagningen av hypoteser. Den höga livskraften efter upptining (97,5 %) och den stabila livskraften vid subkultivering på över 97 % säkerställer att experimentresultaten är reproducerbara över flera passager.

NCI-H1781 fungerar också väl som en intern negativ kontroll för EGFR-riktade läkemedel. Eftersom EGFR är av vildtyp och cellinjen i sig är okänslig för första generationens EGFR-tyrosinkinasinhibitorer (TKI:er), möjliggör den en direkt jämförelse med cellinjer med EGFR-mutationer, vilket ger en tydligare mekanistisk tolkning. Dess inkludering i genomomfattande screeningar för deletion av polaritetsgener [9] samt studier av beroendet av KRAS-effektorer [10] visar på bredden av forskningssammanhang där denna markör ger användbara data utöver sin klassiska roll i samband med HER2.

Begränsningar hos NCI-H1781

NCI-H1781 bär på samtidigt förekommande mutationer i TP53 och PTEN som kan försvåra tolkningen av data om läkemedelsrespons. Den homozygota substitutionen TP53 p.Val157Phe kan förändra den p53-beroende apoptotiska signaleringen, vilket potentiellt kan påverka omfattningen av den celldöd som observeras efter läkemedelsbehandling. På samma sätt kan haploinsufficiens i PTEN aktivera PI3K–AKT-signalvägen oberoende av HER2, vilket skapar en bakgrund av konstant överlevnadssignalering som kan dölja eller överdriva effekterna av hämmare. Forskare bör därför överväga parallella experiment i isogena system när de specifikt tillskriver fenotyper till HER2.

Eftersom NCI-H1781 är en cellinje från en enda donator med lång historia återspeglar den inte den fullständiga intratumorala heterogeniteten som förekommer i patienttumörer. Klonal utveckling under kontinuerliga passager kan leda till ytterligare genetiska förändringar som inte fanns i den ursprungliga tumören. Autentisering genom profilering av korta tandemupprepningar och regelbundna mykoplasmatester förblir väsentliga kvalitetskontrollåtgärder, och stora cellinjekataloger har lyft fram vikten av dessa rutiner för att upprätthålla datans trovärdighet. [11]

Cellinjen har dessutom begränsad tillämpbarhet i sammanhang som går utöver lungadenokarcinom med HER2-exon-20-insättningar. Studier som kräver EGFR-aktiverande mutationer, KRAS-drivande förändringar eller andra histologiska subtyper av icke-småcellig lungcancer (NSCLC) kräver kompletterande cellinjer. Dessutom återger den, i egenskap av en tvådimensionell monolagsmodell, inte den tredimensionella tumörmikromiljön, vaskulariseringen eller immuninteraktionerna som förekommer in vivo, vilket understryker behovet av efterföljande validering med xenotransplantat eller organoider.

STR-verifierad, mykoplasmafri, klar för leverans. Se fullständiga specifikationer och beställ här

Användningsområden

Utvärdering av HER2-riktade kinasinhibitorer

NCI-H1781 är referenscellinjen för utvärdering av HER2-riktade kinasinhibitorer vid icke-småcellig lungcancer (NSCLC). I den banbrytande studien av Shimamura, Ji och Minami visade att den irreversibla dubbla EGFR/HER2-hämmaren HKI-272 (neratinib) kraftfullt hämmade proliferation av NCI-H1781-celler med mutationen G776insV_G/C, vilket inducerade G1-cellcykelstopp och apoptotisk celldöd. [12] Av avgörande betydelse var att den studien även visade att HKI-272 hindrade autofosforyleringen av både HER2 och EGFR, vilket fastställde en mekanistisk grund för att rikta in sig på denna mutationsklass med irreversibla hämmare. [12]

Med utgångspunkt i detta bekräftade efterföljande studier aktiviteten hos ytterligare irreversibla pan-HER-hämmare. MP-412 (AV-412), en dubbel EGFR/ErbB2-hämmare, hämmade fosforyleringen av ERBB2 och nedströms signalering i NCI-H1781-xenotransplantatmodeller, vilket visade antitumöraktivitet in vivo som överensstämde med resultaten in vitro. [13] Pan-HER-hämmaren tarloxotinib-E, en hypoxiaktiverad prodrog, utvärderades också mot NCI-H1781 tillsammans med Ba/F3-celler som uttrycker enskilda HER2-mutationer, och resistensmekanismer mot detta läkemedel undersöktes genom mutagenesscreeningar med N-etyl-N-nitrosourea. [14]

Studier som utvärderade den reversibla HER2-hämmaren sevabertinib rapporterade stark antiproliferativ aktivitet i NCI-H1781-celler som bar på A775insV,G776C-insättningen i exon 20 (_IC50 = 19,7 nmol/L), vilket placerar sevabertinib bland de mest potenta reversibla hämmarna som testats i denna modell. Sevabertinibs aktivitetsprofil i NCI-H1781 karakteriserades tillsammans med hämning av nedströms signalvägar, vilket understryker cellinjenens användbarhet för direkta jämförelser mellan klasser av reversibla och irreversibla HER2-hämmare. Den antitumöra effekten av neratinib mot lungcancerceller med HER2-onkogenförändringar karakteriserades på liknande sätt med hjälp av NCI-H1781 parallellt med vildtyp- och amplifierade HER2-kontroller, vilket ytterligare understryker modellens centrala roll inom detta område.

Resistensmekanismer mot EGFR-TKI

En viktig tillämpning av NCI-H1781 är modellering av intrinsisk resistens mot första generationens EGFR-TKI:er. Wang och kollegor visade att HER2-YVMA-insättningen transfosforylerade både kinashämmat och vildtyp-EGFR även i närvaro av EGFR-TKI:er, vilket förklarar varför gefitinib och erlotinib inte lyckas undertrycka signaleringen i denna cellinje. [15] Nedreglering av muterat HER2 i H1781-celler återställde känsligheten för EGFR-TKI:er och ökade apoptosen, vilket visar att HER2 fungerar som den primära drivkraften bakom TKI-resistensen i detta sammanhang. [15]

Gadgeel och kollegor bekräftade denna resistensfenotyp genom att jämföra NCI-H1781 (vildtyp-EGFR) med EGFR-muterade NSCLC-cellinjer i experiment med dubbel blockering av EGFR och COX-2. [16] Data från NCI-H1781 visade att samtidig behandling med erlotinib och celecoxib inte gav någon additiv nytta i vildtyp-EGFR-celler, vilket understryker att EGFR-mutationsstatusen styr responsen på EGFR-riktade kombinationsstrategier. [16] Dessa fynd gjorde NCI-H1781 till en värdefull negativ kontroll för EGFR-centrerade kombinationsstudier.

I forskning där derivat av (-)-epigallokatekin-3-gallat kombinerades med cisplatin eller paklitaxel användes NCI-H1781 vidare som jämförelselinje för NSCLC med vildtyp-EGFR, för att undersöka förändringar i fosforyleringen i EGFR-signalvägen. Dessa studier visade att cytotoxiska kombinationer kunde hämma nedströms EGFR-signalering även i avsaknad av aktiverande EGFR-mutationer. Denna samlade forskning visar linjens värde som en experimentell kontroll som isolerar HER2-specifika från EGFR-specifika farmakologiska effekter.

Forskning om antikropps-läkemedelskonjugat och kombinationsbehandling

NCI-H1781 har använts för att undersöka aktiviteten hos HER2-riktade antikropps-läkemedelskonjugat (ADC) vid NSCLC. Cretella och kollegor visade att trastuzumab emtansin (T-DM1), ett ADC bestående av trastuzumab konjugerat till mikrotubuli-hämmaren DM1, utövade antiproliferativa och proapoptotiska effekter i HER2-överexpresserande NSCLC-cellinjer och övervann gefitinibresistens in vitro. [17] Detta arbete var ett av de första som systematiskt undersökte T-DM1:s aktivitet vid lungcancer snarare än bröstcancer, där NCI-H1781 utgjorde modellen för HER2-mutant lungadenokarcinom. [17]

Wang och kollegor visade att klassiska HER2-riktade läkemedel, däribland lapatinib, trastuzumab och den irreversibla pan-HER-hämmaren CI-1033, alla hämmade tillväxten av NCI-H1781-celler, vilket bekräftade flera mekanistiska tillvägagångssätt för HER2-hämning. [15] Dessa jämförande data var avgörande för att definiera spektrumet av läkemedel som är verksamma mot HER2-exon 20-insättningar. Även inom nätverksfarmakologin har NCI-H1781 använts som en in vitro-modell för icke-småcellig lungcancer (NSCLC) för att utvärdera livsduglighet, apoptos och klonogenicitet efter kombinationsbehandling med nya växtbaserade föreningar, vilket illustrerar modellens mångsidighet för screening av olika behandlingsmetoder.

Genomisk och proteomisk profilering av olika cancerformer

NCI-H1781 är en av de mest utförligt annoterade cellinjerna inom storskaliga resurser för cancercellinjer. Cancer Cell Line Encyclopedia har sammanställt data om genuttryck, kromosomalt kopiantal och massivt parallell sekvensering från hundratals cellinjer för att möjliggöra prediktiv modellering av läkemedelskänslighet, där NCI-H1781 bidrar som en dokumenterad NSCLC-modell. [2] Nästa generations utbyggnad av CCLE tillförde lager av RNA-splicing, DNA-metylering, histon H3-modifiering och mikroRNA-uttryck, vilket ytterligare fördjupade den molekylära profilen för NCI-H1781. [8]

Proteomiska studier har kompletterat de genomiska datamängderna för NCI-H1781. Karaktärisering med proteinarray i omvänd fas mätte uttrycksnivåerna för cirka 230 viktiga cancerrelaterade proteiner i mer än 650 cellinjer, vilket visade att fosfoproteinprofiler ger en större förutsägbarhet av läkemedelskänslighet än vad som är möjligt enbart med mRNA-data. [7] Den pan-cancerproteomiska kartan över 949 humana cancercellinjer, genererad med masspektrometri, kvantifierade ytterligare över 8 000 proteiner, där NCI-H1781 ingick bland representanterna för icke-småcellig lungcancer (NSCLC). [18]

Transkriptomiska resurser har tillfört ytterligare upplösning. En omfattande RNA-sekvenseringsstudie av 675 humana cancercellinjer katalogiserade genuttryck, mutationer och genfusioner, vilket gav en transkriptionell referens för NCI-H1781 som stödjer signalvägsbaserade analyser. [6] TCLP-resursen kompletterade dessa data genom att bestämma HLA-typ, identifiera uttryckta virus och förutsäga neoepitoper i över 1 000 cellinjer, däribland NCI-H1781, vilket öppnade nya vägar för forskning relaterad till immunterapi. [19] Proteomiska profileringsstudier identifierade också differentierat aktiverade signalvägar mellan SCLC- och NSCLC-linjer, där NCI-H1781 fungerade som en NSCLC-referens. [20]

Screening av nya föreningar och farmakogenomik

NCI-H1781 har införlivats i storskaliga farmakogenomiska screeningar som kartlägger genetiska förändringar i relation till läkemedelskänslighet. En översikt över farmakogenomiska interaktioner i mer än 1 000 cancercellinjer korrelerade somatiska mutationer, förändringar i kopiantal, DNA-metylering och genuttryck med känslighet för 265 läkemedel, där NCI-H1781 bidrog med data om HER2-styrda känslighetsmönster. [21] Inom ramen för ett ”chemistry-first”-paradigm för läkemedelsupptäckt screenades ett bibliotek med 200 000 föreningar i över 100 lungcancercellmodeller, där NCI-H1781 användes som en del av en representativ panel av karakteristiska somatiska lesioner vid lungcancer. [22]

Profilering av KRAS-effektorberoende med hjälp av kombinatoriska siRNA-screeningar i 92 cellinjer inkluderade NCI-H1781 för att karakterisera hur olika onkogenotyper interagerar med distinkta effektornoder, vilket bidrog till en bredare förståelse av signaleringsheterogeniteten vid lungcancer. [10] Analyser av RB-relaterad genuttryck i över 100 NSCLC-linjer bekräftade intakt RB-uttryck i NCI-H1781, vilket gav en kontext för studier av cellcykelreglering. [23] Dessutom identifierade en genomomfattande screening för mikrodeletioner störningar i polaritetskomplexets gener i 684 cancercellinjer, där data från NCI-H1781 bidrog till karakteriseringen av potentiella nya tumörsuppressormekanismer. [9]

En uppskattning av etniskt ursprung i nästan 1 400 cancercellinjer klassificerade NCI-H1781 som tillhörande en övervägande europeisk genetisk bakgrund, en klassificering som är relevant för tolkningen av populationsspecifika farmakogenomiska fynd och för att säkerställa mångfald i läkemedelsscreeningpaneler. [5] Sammantaget visar dessa farmakogenomiska tillämpningar att NCI-H1781 bidrar med värdefulla HER2-specifika datapunkter inom ramverk för läkemedelsutveckling med flera cellinjer, vilket gör det möjligt för forskare att identifiera genetiska prediktorer för känslighet eller resistens i stor skala.

Slutsats

NCI-H1781 (CVCL_1494) framstår som den främsta cellmodellen för HER2-exon-20-insättningsdriven icke-småcellig lungcancer (NSCLC) och erbjuder en genetiskt väl definierad plattform för utvärdering av riktade kinasinhibitorer, karakterisering av resistensmekanismer och bidrag till pan-cancer-multiomik-konsortier. Från den banbrytande demonstrationen av HKI-272-aktivitet 2006 [12] till dagens studier av reversibla HER2-hämmare och antikropps-läkemedelskonjugat har cellinjen upprepade gånger bevisat sin translationella relevans. Dess omfattande annotering inom genomik, transkriptomik och proteomik utökar dess användbarhet långt bortom farmakologi med ett enda mål, vilket gör den till ett mångsidigt verktyg i den moderna cancerbiologins verktygslåda. Forskare som söker ett validerat, noggrant kvalitetskontrollerat NCI-H1781-lager med bekräftad livskraft efter upptining på över 97 % kan beställa cellinjen eller fråga om specifikationer direkt på cytion.com.

Viktiga publikationer

1. Phelps RM, Johnson BE, Ihde DC (1996) NCI-Navy Medical Oncology Branch cellinjedatabas. Journal of cellular biochemistry. Supplement. PMID: 8806092
2. Barretina J, Caponigro G, Stransky N (2012) The Cancer Cell Line Encyclopedia möjliggör prediktiv modellering av känslighet för läkemedel mot cancer. Nature. PMID: 22460905
3. Mulshine JL, Ujhazy P, Antman M (2020) Från kliniska prover till prekliniska modeller av cancer hos människa – en resa med NCI:s cellinjedatabas – 25 år senare. Journal of cellular biochemistry. PMID: 31803961
4. Mitsudomi T, Steinberg SM, Nau MM (1992) p53-genmutationer i cellinjer för icke-småcellig lungcancer och deras korrelation med förekomsten av ras-mutationer och kliniska egenskaper. Oncogene. PMID: 1311061
5. Dutil J, Chen Z, Monteiro AN (2019) En interaktiv resurs för att undersöka genetisk mångfald och uppskattat ursprung i cancercellinjer. Cancer research. PMID: 30894373
6. Klijn C, Durinck S, Stawiski EW (2015) En omfattande transkriptionell kartläggning av humana cancercellinjer. Nature Biotechnology. PMID: 25485619
7. Li J, Zhao W, Akbani R (2017) Karaktärisering av humana cancercellinjer med hjälp av proteinarrayer i omvänd fas. Cancer Cell. PMID: 28196595
8. Ghandi M, Huang FW, Jané-Valbuena J (2019) Nästa generations karakterisering av Cancer Cell Line Encyclopedia. Nature. PMID: 31068700
9. Rothenberg SM, Mohapatra G, Rivera MN (2010) En genomomfattande screening för mikrodeletioner avslöjar störningar i polaritetskomplexets gener i olika typer av mänskliga cancerformer. Cancer Research. PMID: 20215515
10. Yuan TL, Amzallag A, Bagni R (2018) Differential aktivering av effektorer genom onkogent KRAS. Cell Reports. PMID: 29444439
11. Yu M, Selvaraj SK, Liang-Chu MM (2015) En resurs för autentisering, annotering och kvalitetskontroll av cellinjer. Nature. PMID: 25877200
12. Shimamura T, Ji H, Minami Y (2006) Icke-småcellig lungcancer och Ba/F3-transformerade celler som bär på ERBB2 G776insV_G/C-mutationen är känsliga för den dubbelspecifika epidermal tillväxtfaktorreceptor- och ERBB2-hämmaren HKI-272. Cancer Research. PMID: 16818618
13. Suzuki T, Fujii A, Ohya J (2009) Antitumöraktivitet hos den dubbla hämmaren av epidermal tillväxtfaktorreceptorn och ErbB2-kinaset MP-412 (AV-412) i xenotransplantatmodeller på möss. Cancer science. PMID: 19459856
14. Koga T, Suda K, Nishino M (2021) Aktivitet och mekanism för förvärvad resistens mot tarloxotinib vid HER2-mutant lungcancer: en in vitro-studie. Translational lung cancer research. PMID: 34584864
15. Wang SE, Narasanna A, Perez-Torres M (2006) Mutation i HER2-kinasdomänen leder till konstitutiv fosforylering och aktivering av HER2 och EGFR samt resistens mot EGFR-tyrosinkinasinhibitorer. Cancer Cell. PMID: 16843263
16. Gadgeel SM, Ali S, Philip PA (2007) Responsen på dubbel blockering av epidermal tillväxtfaktorreceptorn (EGFR) och cyklooxygenas-2 vid icke-småcellig lungcancer kan vara beroende av tumörens EGFR-mutationsstatus. Cancer. PMID: 17948911
17. Cretella D, Saccani F, Quaini F (2014) Trastuzumab emtansin är verksamt på HER-2-överexpresserande icke-småcelliga lungcancercellinjer och övervinner gefitinibresistens. Molecular Cancer. PMID: 24898067
18. Gonçalves E, Poulos RC, Cai Z (2022) Proteomisk karta över 949 humana cellinjer för olika cancerformer. Cancer Cell. PMID: 35839778
19. Scholtalbers J, Boegel S, Bukur T (2015) TCLP: en onlinekatalog över cancercellinjer som integrerar HLA-typ, förutsagda neoepitoper, virus och genuttryck. Genome medicine. PMID: 26589293
20. Byers LA, Wang J, Nilsson MB (2012) Proteomisk profilering identifierar dysreglerade signalvägar vid småcellig lungcancer och nya terapeutiska mål, däribland PARP1. Cancer Discovery. PMID: 22961666
21. Iorio F, Knijnenburg TA, Vis DJ (2016) En översikt över farmakogenomiska interaktioner vid cancer. Cell. PMID: 27397505
22. McMillan EA, Ryu MJ, Diep CH (2018) En kemibaserad strategi för att föreslå individualiserad behandling vid lungcancer. Cell. PMID: 29681454
23. Modi S, Kubo A, Oie H (2000) Proteinexpression av den RB-relaterade genfamiljen och SV40-stort T-antigen vid mesoteliom och lungcancer. Oncogene. PMID: 11030152
24. Robichaux JP, Elamin YY, Tan Z (2018) Mekanismer och klinisk aktivitet hos en EGFR- och HER2-exon 20-selektiv kinasinhibitor vid icke-småcellig lungcancer. Nature Medicine. PMID: 29686424