Myší model kolorektálního a střevního karcinomu - Mouse model of colorectal and intestinal cancer

Myš modely z kolorektální karcinom a rakovina střeva jsou experimentální systémy, ve kterých jsou myši geneticky manipulovány, krmeny upravenou stravou nebo vystaveny působení chemikálií k rozvoji malignit v gastrointestinálním traktu. Tyto modely umožňují vědcům studovat nástup, progresi onemocnění a důkladně porozumět molekulárním událostem, které přispívají k rozvoji a šíření kolorektálního karcinomu. Poskytují také cenný biologický systém pro simulaci fyziologických podmínek člověka, vhodný pro testování terapeutik.[1][2][3]

Kolorektální a střevní rakovina

Familiární adenomatózní polypóza

Familiární adenomatózní polypóza (FAP ) je dědičné onemocnění charakterizované vývojem mnoha polypů tlustého střeva. Genetická analýza některých příbuzných FAP odhalila, že společným rysem nemoci je delece Gen APC. Další analýza APC Gen odhalil existenci různých mutací u pacientů trpících rakovinou, které také hrají roli při vzniku sporadické formy kolorektálního karcinomu.[4]

APC mutantní myši

První myší mutant v Apc gen pocházel z kolonie náhodně mutagenizovaných myší.[5] Tento model myši se nazývá Min (mnohočetná střevní neoplazie) myš. Bylo zjištěno, že nese zkrácenou mutaci na kodonu 850 z Apc gen. The Min myš může kromě nádorů tlustého střeva vyvinout až 100 polypů v tenkém střevě. Později nové knock-out mutanty Apc gen byly navrženy. Zkrácená mutace na kodonu 716 (ApcΔ716) [6] vede k myš, u které se v tenkém střevě vyvine více než 300 polypů, zatímco zkrácení na kodonu 1638 (Apc1638N) [7] vede k tvorbě asi jen 3 polypů ve stejné oblasti gastrointestinálního traktu.[8] Více nedávno nový mutant Apc byl konstruován myší model, ve kterém se v distálním tračníku tvoří více polypů.[9] V tomto modelu mutace v Cdx2 gen v ApcΔ716 myší model posunul tvorbu polypů ze střeva do tlustého střeva, připomínající lidský FAP. The Apc mutantní myši se vyznačují časnou letalitou. Existují geny modifikující citlivost na rakovinu u těchto myších modelů. Nejznámější je modifikátor Min místo (Mom1).[10] S kombinací Min a Máma1 mutace je prodloužena životnost myších modelů FAP kolorektálního karcinomu. Bylo zjištěno, že APC se sdružuje s cateniny.[11] Dnes víme, že beta-katenin bílkoviny (součást Wnt signální cesta ) se podílí na kolorektální karcinogenezi a jeho stabilita v buňce je regulována APC. Byl vytvořen myší model s deregulací hladin beta-kateninu.[12] Podmíněná stabilizující mutace v genu pro beta-katenin způsobila tvorbu až 3000 polypů v tenkém střevě tohoto myšího modelu. Myší model nesoucí mutace v ApcΔ716 a Smad4 (matky proti dekapentaplegickému homologu 4 ) je charakterizován vývojem invazivních adenokarcinomů.[13]

Dědičná nepolypózní kolorektální rakovina

Nejčastějšími mutacemi u dědičného nepolypózního kolorektálního karcinomu (HNPCC) jsou mutace MSH2 a MLH1 geny.[14] Tyto geny hrají důležitou roli při opravě nesprávně umístěných nukleotidů. Další gen zapojený do Oprava nesouladu DNA je Msh6. Oba Msh6 [15] a Msh2 [16] u mutovaných myší se vyvíjí rakovina trávicího traktu, ale jejich nádory se liší nestabilita mikrosatelitu (MI) status. Zatímco nedostatek MSH2 podporuje nádory s vysokým MI, výsledkem nedostatku MSH6 jsou nádory s nízkým MI. Další složkou mechanismu opravy DNA v buňce je protein MLH1. Ablace MLH1 u myší způsobuje vývoj gastrointestinálních nádorů v tenkém střevě [17] - adenomy a invazivní karcinomy.[18] Kombinace nedostatku MLH1 s Apc1638N [6] mutantní myš má za následek silné snížení životaschopnosti a zvýšení nádorové zátěže. Nádory byly klasifikovány jako adenomy, invazivní adenokarcinomy a karcinomy v pozdním stadiu. Podobně myši s nedostatkem Msh2 zkombinováno s Apc Min prokázat zrychlenou rychlost tumorigeneze.[19] Další podobný myší model HNPCC je kombinace PMS2 mutantní myš s Min alela vedoucí ke zvýšenému počtu nádorů v gastrointestinálním traktu ve srovnání s Min.[20] Přesto tyto adenokarcinomy nemetastázují a jejich histopatologie je podobná histopatologii u člověka s pravou stranou rakoviny tlustého střeva s častou mutací receptoru typu II pro TGF-β.

Mutace v jiných genech

Myši s mutacemi v transformující růstový faktor gen -β1 zavedený do 129 / Sv Rag2 mutantní myši [21] urychluje adenokarcinomy silnou lokální invazí, což naznačuje roli genetického pozadí ve vývoji nádoru. Exprese aktivovaného mutantu Kras (protein) (K-rasG12D) vede k rozvoji jedné nebo více lézí.[22] Onkogenní K-rasG12D alela aktivovaná v epitelu tlustého střeva indukuje expresi prokarcinogenního protein kináza C. -βII (PKCβII) a zvyšuje buněčnou proliferaci epiteliálních buněk, zatímco v distálním tračníku má mutantní forma K-ras opačné účinky na expresi PKCβII a buněčnou proliferaci.[23] Ošetření tohoto myšího modelu prokarcinogenem azoxymethan (AOM) vede k tvorbě dysplastických mikroadenomů v proximálním, ale nikoli v distálním tračníku. Tedy K-rasG12D mutant je cenným myším modelem karcinomu proximálního tračníku. Mutace v Muc2 Gen způsobuje adenomy a adenokarcinomy ve střevě myší.[24]

Rakovina tlustého střeva související se zánětem

Člověk zánětlivé onemocnění střev je skupina zánětlivých stavů v tlustém a tenkém střevě. To je dobře známo Chronický zánět v tlustém střevě může vést k rakovině. Existují genetické myší modely pro zánětlivé onemocnění střev spojené s rakovinou tlustého střeva. Interleukin 10 knock out myši se vyvíjejí invazivně adenokarcinom v tlustém střevě.[25] Mutantní myši pro interleukin 2 a beta mikroglobulin geny také produkují ulcerózní kolitida -jako fenotyp a vyvinout adenokarcinomy v tlustém střevě.[26] Myší mutant pro N-kadherin trpí zánětlivými chorobami střev a adenomy ale nevyvíjí karcinomy.[27]

Model související se stravou

Lidé s vysokou úrovní související se stravou žlučová kyselina deoxycholát (DOC) v jejich tlustém střevě mají podstatně zvýšené riziko vzniku rakoviny tlustého střeva (viz Žlučové kyseliny a rakovina tlustého střeva ). Byl navržen myší model rakoviny tlustého střeva související se stravou.[28][29] V tomto modelu jsou myši divokého typu krmeny standardní stravou plus DOC, aby poskytly hladinu DOC v myší tlustém střevě srovnatelnou s hladinou v tlustém střevě lidí na stravě s vysokým obsahem tuku.[28] Po 8–10 měsících se vyvinulo 45% až 56% myší tlustého střeva adenokarcinomy a žádné myši neměly rakovinu tenkého střeva.

Na základě histopatologie a expresí specifických markerů byly nádory tlustého střeva u myší prakticky totožné s nádory u lidí.[29] U lidí jsou charakteristické aberantní změny molekulárních markerů detekovány jak v defekty pole okolní rakoviny (ze kterých rakovina pochází) a v rámci rakoviny. V tkáních tlustého střeva myší krmených stravou plus DOC došlo k podobným změnám v biomarkerech. Tím pádem, 8-OH-dG byl zvýšen, opravný protein DNA ERCC1 byl snížen, autofagie protein beclin-1 byl zvýšen a v oblast kmenových buněk na základně krypty, došlo k podstatné jaderné lokalizaci beta-katenin stejně jako zvýšený cytoplazmatický beta-katenin. U myší krmených dietou plus DOC plus antioxidantem kyselina chlorogenová byla snížena frekvence rakoviny tlustého střeva.[28] Kromě toho, při hodnocení na ERCC1, beclin-1 a beta-katenin v oblasti kmenových buněk krypt, tkáně tlustého střeva myší krmených kyselinou chlorogenovou vykazovaly zmírnění molekulárních aberací,[29] což naznačuje, že kyselina chlorogenová chrání na molekulární úrovni před rakovinou tlustého střeva. Jedná se o první model rakoviny tlustého střeva související s dietou, který úzce odpovídá postupu člověka k rakovině tlustého střeva, a to jak na histopatologické úrovni, tak v jeho molekulárním profilu.

Chemicky indukovaný kolorektální karcinom

Azoxymethan (AOM) je genotoxický karcinogen tlustého střeva a běžně se používá k indukci nádorů tlustého střeva u myší.[30] Nádory indukované AOM se tvoří v posledních třech centimetrech distálního tlustého střeva, ale myš p21 knock-out ošetřená AOM vykazuje distribuci nádorů v tlustém střevě.[31] Nádory indukované AOM jsou charakterizovány mutacemi v Apc gen.[32]

Nový myší model kolorektální karcinogeneze související se zánětem kombinuje AOM a dextran síran sodný (DSS) k indukci lézí tlustého střeva, pozitivních na beta-katenin, COX-2 a indukovatelnou syntázu oxidu dusnatého.[33]

Viz také

Reference

  1. ^ Golovko, D; Kedrin, D; Yilmaz, ÖH; Roper, J (2015). „Modely kolorektálního karcinomu pro objev nových léků“. Znalecké stanovisko k objevu drog. 10 (11): 1217–29. doi:10.1517/17460441.2015.1079618. PMC  4872297. PMID  26295972.
  2. ^ Ach, BY; Hong, HK; Lee, WY; Cho, YB (28. února 2017). "Zvířecí modely kolorektálního karcinomu s jaterními metastázami". Dopisy o rakovině. 387: 114–120. doi:10.1016 / j.canlet.2016.01.048. PMID  26850374.
  3. ^ Evans, JP; Sutton, PA; Winiarski, BK; Fenwick, SW; Malik, HZ; Vimalachandran, D; Tweedle, EM; Costello, E; Palmer, DH; Park, BK; Kitteringham, NR (únor 2016). „Od myší k mužům: myší modely kolorektálního karcinomu pro použití v translačním výzkumu“. Kritické recenze v onkologii / hematologii. 98: 94–105. doi:10.1016 / j.critrevonc.2015.10.009. PMID  26558688.
  4. ^ Groden J, Thliveris A, Samowitz W a kol. (1991). "Identifikace a charakterizace familiárního genu pro adenomatózní polypózu coli". Buňka. 66 (3): 589–600. doi:10.1016/0092-8674(81)90021-0. PMID  1651174.
  5. ^ Moser AR, Pitot HC, Dove WF (1990). "Dominantní mutace, která predisponuje k mnohočetné intestinální neoplazii u myši". Věda. 247 (4940): 322–4. doi:10.1126 / science.2296722. PMID  2296722.
  6. ^ A b Fodde R, Edelmann W, Yang K a kol. (1994). „Cílená mutace zakončení řetězce v myším genu Apc má za následek mnohočetné střevní nádory“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 (19): 8969–73. doi:10.1073 / pnas.91.19.8969. PMC  44728. PMID  8090754.
  7. ^ Oshima M, Oshima H, Kitagawa K, Kobayashi M, Itakura C, Taketo M (1995). „Ztráta heterozygotnosti Apc a abnormální tvorba tkáně u rodících se střevních polypů u myší nesoucích zkrácený gen Apc“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92 (10): 4482–6. doi:10.1073 / pnas.92.10.4482. PMC  41968. PMID  7753829.
  8. ^ Taketo MM (2006). "Myší modely gastrointestinálních nádorů". Cancer Sci. 97 (5): 355–61. doi:10.1111 / j.1349-7006.2006.00190.x. PMID  16630131.
  9. ^ Aoki K, Tamai Y, Horiike S, Oshima M, Taketo MM (2003). „Polypóza tlustého střeva způsobená nestabilitou chromozomů zprostředkovanou mTOR u mutovaných myší Apc + / Delta716 Cdx2 +/- sloučenina“. Nat. Genet. 35 (4): 323–30. doi:10.1038 / ng1265. hdl:2433/147469. PMID  14625550.
  10. ^ Dietrich WF, Lander ES, Smith JS a kol. (1993). „Genetická identifikace Mom-1, hlavního lokusu modifikátoru ovlivňujícího střevní neoplazii vyvolanou Min u myši“. Buňka. 75 (4): 631–9. doi:10.1016/0092-8674(93)90484-8. PMID  8242739.
  11. ^ Su LK, Vogelstein B, Kinzler KW (1993). "Sdružení APC tumor supresorového proteinu s cateniny". Věda. 262 (5140): 1734–7. doi:10.1126 / science.8259519. PMID  8259519.
  12. ^ Harada N, Tamai Y, Ishikawa T a kol. (1999). "Střevní polypóza u myší s dominantní stabilní mutací genu pro beta-katenin". EMBO J. 18 (21): 5931–42. doi:10.1093 / emboj / 18.21.5931. PMC  1171659. PMID  10545105.
  13. ^ Takaku K, Oshima M, Miyoshi H, Matsui M, Seldin MF, Taketo MM (1998). „Intestinální tumorigeneze u mutovaných myší složených z genů Dpc4 (Smad4) a Apc“. Buňka. 92 (5): 645–56. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81132-0. PMID  9506519.
  14. ^ Kolodner R (1996). „Biochemie a genetika opravy eukaryotických neshod“. Genes Dev. 10 (12): 1433–42. doi:10.1101 / gad.10.12.1433. PMID  8666228.
  15. ^ Edelmann W, Yang K, Umar A a kol. (1997). "Mutace v genu pro opravu nesouladu Msh6 způsobuje náchylnost k rakovině". Buňka. 91 (4): 467–77. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 80433-X. PMID  9390556.
  16. ^ Reitmair AH, Redston M, Cai JC a kol. (1996). "Spontánní střevní karcinomy a kožní neoplazmy u myší s deficitem Msh2". Cancer Res. 56 (16): 3842–9. PMID  8706033.
  17. ^ Baker SM, Plug AW, Prolla TA a kol. (1996). "Zapojení myší Mlh1 do opravy nesouladu DNA a meiotického přechodu". Nat. Genet. 13 (3): 336–42. doi:10.1038 / ng0796-336. PMID  8673133.
  18. ^ Edelmann W, Yang K, Kuraguchi M a kol. (1999). "Tumorigenesis u mutovaných myší Mlh1 a Mlh1 / Apc1638N". Cancer Res. 59 (6): 1301–7. PMID  10096563.
  19. ^ Reitmair AH, Cai JC, Bjerknes M a kol. (1996). „Nedostatek MSH2 přispívá ke zrychlené intestinální tumorigenezi zprostředkované APC“. Cancer Res. 56 (13): 2922–6. PMID  8674041.
  20. ^ Baker SM, Harris AC, Tsao JL a kol. (1998). "Zvýšená tvorba střevních adenomatózních polypů v Pms2 - / -; Min myši". Cancer Res. 58 (6): 1087–9. PMID  9515784.
  21. ^ Engle SJ, Hoying JB, Boivin GP, ​​Ormsby I, Gartside PS, Doetschman T (1999). „Transformující růstový faktor beta1 potlačuje nemetastatický karcinom tlustého střeva v rané fázi tumorigeneze“. Cancer Res. 59 (14): 3379–86. PMID  10416598.
  22. ^ Janssen KP, el-Marjou F, Pinto D a kol. (2002). „Cílená exprese onkogenních K-ras ve střevním epitelu způsobuje u myší spontánní tumorigenezi“. Gastroenterologie. 123 (2): 492–504. doi:10.1053 / gast.2002.34786. PMID  12145803.
  23. ^ Calcagno SR, Li S, Colon M a kol. (2008). „Onkogenní K-ras podporuje časnou karcinogenezi v proximálním tlustém střevě myši“. Int. J. Cancer. 122 (11): 2462–70. doi:10.1002 / ijc.23383. PMC  3908548. PMID  18271008.
  24. ^ Velcich A, Yang W, Heyer J a kol. (2002). "Kolorektální karcinom u myší s genetickým deficitem mucinu Muc2". Věda. 295 (5560): 1726–9. doi:10.1126 / science.1069094. PMID  11872843.
  25. ^ Berg DJ, Davidson N, Kühn R a kol. (1996). „Enterokolitida a rakovina tlustého střeva u myší s deficitem interleukinu-10 jsou spojeny s aberantní produkcí cytokinů a odpověďmi podobnými CD4 (+) TH1“. J. Clin. Investovat. 98 (4): 1010–20. doi:10.1172 / JCI118861. PMC  507517. PMID  8770874.
  26. ^ Shah SA, Simpson SJ, Brown LF a kol. (1998). "Vývoj adenokarcinomů tlustého střeva v myším modelu ulcerózní kolitidy". Zánět. Bowel Dis. 4 (3): 196–202. doi:10.1002 / ibd.3780040305. PMID  9741021.
  27. ^ Hermiston ML, Gordon JI (1995). "Zánětlivé onemocnění střev a adenomy u myší exprimujících dominantní negativní N-kadherin". Věda. 270 (5239): 1203–7. doi:10.1126 / science.270.5239.1203. PMID  7502046.
  28. ^ A b C Bernstein C, Holubec H, Bhattacharyya AK, Nguyen H, Payne CM, Zaitlin B, Bernstein H (2011). „Karcinogenita deoxycholátu, sekundární žlučové kyseliny“. Oblouk. Toxicol. 85 (8): 863–71. doi:10.1007 / s00204-011-0648-7. PMC  3149672. PMID  21267546.
  29. ^ A b C Prasad AR, Prasad S, Nguyen H, Facista A, Lewis C, Zaitlin B, Bernstein H, Bernstein C (2014). „Nový myší model rakoviny tlustého střeva související se stravou je obdobou lidské rakoviny tlustého střeva“. Svět J Gastrointest Oncol. 6 (7): 225–43. doi:10,4251 / wjgo.v6.i7.225. PMC  4092339. PMID  25024814.
  30. ^ Neufert C, Becker C, Neurath MF (2007). "Indukovatelný myší model karcinogeneze tlustého střeva pro analýzu sporadické a zánětlivě řízené progrese nádoru". Nat Protoc. 2 (8): 1998–2004. doi:10.1038 / nprot.2007.279. PMID  17703211.
  31. ^ Poole AJ, Heap D, Carroll RE, Tyner AL (2004). "Funkce potlačující nádory pro inhibitor Cdk p21 v tlustém střevě". Onkogen. 23 (49): 8128–34. doi:10.1038 / sj.onc.1207994. PMID  15377995.
  32. ^ Maltzman T, Whittington J, Driggers L, Stephens J, Ahnen D (1997). „AOM indukované myší nádory tlustého střeva neexprimují APC protein plné délky“. Karcinogeneze. 18 (12): 2435–9. doi:10.1093 / carcin / 18.12.2435. PMID  9450492.
  33. ^ Tanaka T, Kohno H, Suzuki R, Yamada Y, Sugie S, Mori H (2003). „Nový model karcinogeneze myšího tlustého střeva související se zánětem indukovaný azoxymethanem a dextranem síranem sodným“. Cancer Sci. 94 (11): 965–73. doi:10.1111 / j.1349-7006.2003.tb01386.x. PMID  14611673.