Мышиная модель колоректального и кишечного рака - Mouse model of colorectal and intestinal cancer

Мышь модели из колоректальный рак и рак кишечника - экспериментальные системы, в которых мышей генетически манипулируют, кормят модифицированной диетой или вводят химические вещества для развития злокачественных новообразований в желудочно-кишечном тракте. Эти модели позволяют исследователям изучать начало, прогрессирование заболевания и глубоко понимать молекулярные события, которые способствуют развитию и распространению колоректального рака. Они также представляют собой ценную биологическую систему для моделирования физиологических условий человека, подходящую для тестирования терапевтических средств.[1][2][3]

Колоректальный и кишечный рак

Семейный аденоматозный полипоз

Семейный аденоматозный полипоз (ФАП ) - наследственное заболевание, характеризующееся развитием многочисленных полипов толстой кишки. Генетический анализ некоторых родственников FAP показал, что общим признаком заболевания является делеция Ген APC. Дальнейший анализ APC ген показал существование различных мутаций у больных раком, которые также играют роль в возникновении спорадической формы колоректального рака.[4]

Мыши с мутантами APC

Первый мутант мыши в Apc ген произошел от колонии случайно мутагенизированных мышей.[5] Эта модель мыши называется Мин. (множественная кишечная неоплазия) мышь. Было обнаружено, что он несет мутацию усечения в кодоне 850 Apc ген. В Мин. У мыши может развиться до 100 полипов в тонком кишечнике в дополнение к опухолям толстой кишки. Позже появились новые нокаутные мутанты Apc гены были сконструированы. Усекающая мутация в кодоне 716 (ApcΔ716) [6] приводит к тому, что у мыши развивается более 300 полипов в тонком кишечнике, в то время как усечение по кодону 1638 (Apc1638N) [7] приводит к образованию только 3 полипов в одной и той же области желудочно-кишечного тракта.[8] Совсем недавно новый мутант Apc Модель мыши была построена, в которой множественные полипы образуются в дистальном отделе толстой кишки.[9] В этой модели мутация в Cdx2 ген в ApcΔ716 Модель на мышах сместила образование полипов из кишечника в толстую кишку, напоминая человеческий FAP. В Apc мутантные мыши характеризуются ранней летальностью. Существуют гены, изменяющие предрасположенность этих мышей к раку. Самым известным является модификатор Мин. локус (Mom1).[10] С комбинацией Мин. и Мама1 мутации продолжительность жизни мышей модели FAP колоректального рака увеличивается. Было обнаружено, что APC ассоциируется с катенинами.[11] Сегодня мы знаем, что бета-катенин белок (входит в состав Сигнальный путь Wnt ) участвует в колоректальном канцерогенезе, и его стабильность в клетке регулируется APC. Была создана модель мыши с нарушением регуляции уровня бета-катенина.[12] Условная стабилизирующая мутация в гене бета-катенина вызвала образование до 3000 полипов в тонком кишечнике этой модели мыши. Модель мыши, несущая мутации в ApcΔ716 и Smad4 (матери против декапентаплегического гомолога 4 ) характеризуется развитием инвазивных аденокарцином.[13]

Наследственный неполипозный колоректальный рак

Наиболее частыми мутациями при наследственном неполипозном колоректальном раке (HNPCC) являются мутации в MSH2 и MLH1 гены.[14] Эти гены играют важную роль в восстановлении неправильно расположенных нуклеотидов. Другой ген, участвующий в Ремонт несоответствия ДНК является Мш6. Оба Мш6 [15] и Мш2 [16] у мутантных мышей развивается рак желудочно-кишечного тракта, но опухоли различаются по своему микроспутниковая нестабильность (MI) статус. В то время как дефицит MSH2 способствует опухолям с высоким ИМ, дефицит MSH6 приводит к опухолям с низким ИМ. Другой компонент механизма репарации ДНК в клетке - это белок MLH1. Удаление MLH1 у мышей вызывает развитие желудочно-кишечных опухолей в тонком кишечнике. [17] - аденомы и инвазивные карциномы.[18] Сочетание дефицита MLH1 с Apc1638N [6] мутантная мышь приводит к сильному снижению жизнеспособности и увеличению опухолевой нагрузки. Опухоли были классифицированы как аденомы, инвазивные аденокарциномы и карциномы поздней стадии. Точно так же мыши с дефицитом Мш2 в сочетании с Apc Мин. демонстрируют ускоренную скорость туморогенеза.[19] Другая похожая модель мыши HNPCC представляет собой комбинацию PMS2 мутантная мышь с Мин. Apc аллель, приводящий к увеличению количества опухолей в желудочно-кишечном тракте по сравнению с Мин..[20] Тем не менее, эти аденокарциномы не метастазируют, и их гистопатология аналогична гистопатологии рака правой кишки у человека с частой мутацией рецептора типа II для TGF-β.

Мутации в других генах

Мыши с мутациями в трансформирующий фактор роста Ген -β1, введенный в мышь с мутантом 129 / Sv Rag2 [21] ускоряет развитие аденокарциномы с сильной местной инвазией, что предполагает роль генетического фона в развитии опухоли. Специфическая для толстой кишки экспрессия активированного мутанта K-ras (белок) (K-rasG12D) приводит к развитию единичных или множественных поражений.[22] Онкогенный К-РАСG12D аллель, активированный в эпителии толстой кишки, индуцирует экспрессию проканцерогенных протеинкиназа C -βII (PKCβII) и увеличивает клеточную пролиферацию эпителиальных клеток, в то время как в дистальном отделе толстой кишки мутантная форма K-ras оказывает противоположное действие на экспрессию PKCβII и пролиферацию клеток.[23] Обработка этой мышиной модели проканцерогеном азоксиметан (АОМ) приводит к образованию диспластических микроаденом в проксимальном, но не дистальном отделе толстой кишки. Таким образом, K-rasG12D мутант представляет собой ценную модель канцерогенеза проксимального отдела толстой кишки на мышах. Мутация в Muc2 ген вызывает аденомы и аденокарциномы в кишечнике мышей.[24]

Рак толстой кишки, связанный с воспалением

Человек воспалительное заболевание кишечника представляет собой группу воспалительных состояний в толстом и тонком кишечнике. Хорошо известно, что хроническое воспаление в толстой кишке может привести к раку. Существуют генетические мышиные модели рака толстой кишки, связанного с воспалительным заболеванием кишечника. Интерлейкин 10 нокаутировать мыши становятся инвазивными аденокарцинома в толстой кишке.[25] Мыши-мутанты для интерлейкин 2 и бета-микроглобулин гены также производят язвенный колит -подобный фенотип и развиваются аденокарциномы в толстой кишке.[26] Мутант мыши по N-кадгерин страдает воспалительными заболеваниями кишечника и аденомы но не развивает карциномы.[27]

Модель, связанная с диетой

Люди с высоким уровнем диеты желчная кислота дезоксихолат (DOC) в их толстой кишке значительно повышают риск развития рака толстой кишки (см. Желчные кислоты и рак толстой кишки ). Была разработана модель рака толстой кишки на мышах, связанная с диетой.[28][29] В этой модели мышей дикого типа кормили стандартной диетой плюс DOC, чтобы обеспечить уровень DOC в толстой кишке мышей, сравнимый с таковым в толстой кишке людей на диете с высоким содержанием жиров.[28] Через 8–10 месяцев у 45–56% мышей развилась толстая кишка аденокарциномы, и ни у одной мыши не было рака тонкой кишки.

На основе гистопатология и по экспрессии специфических маркеров опухоли толстой кишки у мышей были практически идентичны опухолям у людей.[29] У человека характерные аберрантные изменения молекулярных маркеров обнаруживаются как в полевые дефекты окружающие раковые образования (из которых возникают раковые образования) и внутри раковых образований. В тканях толстой кишки мышей, получавших диету плюс DOC, наблюдались аналогичные изменения биомаркеров. Таким образом, 8-OH-dG был увеличен, белок репарации ДНК ERCC1 было уменьшено, аутофагия белок Беклин-1 был увеличен, а в область стволовых клеток в основе склепы, произошла значительная ядерная локализация бета-катенин а также повышение цитоплазматического бета-катенина. Однако у мышей, получавших диету плюс DOC плюс антиоксидант хлорогеновая кислота снизилась частота рака толстой кишки.[28] Кроме того, при оценке на ERCC1, беклин-1 и бета-катенин в области крипт стволовых клеток, ткани толстой кишки мышей, получавших хлорогеновую кислоту, показали улучшение молекулярных аберранций,[29] предполагая, что хлорогеновая кислота защищает на молекулярном уровне от рака толстой кишки. Это первая связанная с диетой модель рака толстой кишки, которая близко соответствует прогрессированию человека до рака толстой кишки как на уровне гистопатологии, так и на молекулярном уровне.

Колоректальный рак, вызванный химическим действием

Азоксиметан (АОМ) является генотоксическим канцерогеном толстой кишки и обычно используется для индукции опухолей толстой кишки у мышей.[30] Опухоли, индуцированные AOM, образуются в последних трех сантиметрах дистального отдела толстой кишки, но мыши с нокаутом p21, получавшие AOM, показывают распределение опухоли по всей толстой кишке.[31] Опухоли, индуцированные АОМ, характеризуются мутациями в Apc ген.[32]

Новая модель колоректального канцерогенеза на мышах, связанная с воспалением, объединяет АОМ и сульфат декстран-натрия (DSS) для индукции поражений толстой кишки, положительных по бета-катенину, ЦОГ-2 и индуцибельной синтазе оксида азота.[33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Головко Д; Кедрин, Д; Yilmaz, ÖH; Ропер, Дж (2015). «Модели колоректального рака для открытия новых лекарств». Мнение эксперта об открытии лекарств. 10 (11): 1217–29. Дои:10.1517/17460441.2015.1079618. ЧВК  4872297. PMID  26295972.
  2. ^ О, BY; Hong, HK; Ли, Вайоминг; Чо, Ю.Б. (28 февраля 2017 г.). «Животные модели колоректального рака с метастазами в печень». Письма о раке. 387: 114–120. Дои:10.1016 / j.canlet.2016.01.048. PMID  26850374.
  3. ^ Evans, JP; Саттон, Пенсильвания; Виньярски, Б.К .; Фенвик, ЮАР; Малик, ХЗ; Вималачандран, D; Твидл, EM; Костелло, Э; Палмер, Д.Х .; Парк, БК; Киттерингем, Северная Каролина (февраль 2016 г.). «От мышей к людям: мышиные модели колоректального рака для использования в трансляционных исследованиях». Критические обзоры в онкологии / гематологии. 98: 94–105. Дои:10.1016 / j.critrevonc.2015.10.009. PMID  26558688.
  4. ^ Гроден Дж., Тливерис А., Самовиц В. и др. (1991). «Идентификация и характеристика гена семейного аденоматозного полипоза coli». Клетка. 66 (3): 589–600. Дои:10.1016/0092-8674(81)90021-0. PMID  1651174.
  5. ^ Мозер А.Р., Пито Х.С., Дав В.Ф. (1990). «Доминантная мутация, которая предрасполагает к множественной кишечной неоплазии у мышей». Наука. 247 (4940): 322–4. Дои:10.1126 / science.2296722. PMID  2296722.
  6. ^ а б Фодде Р., Эдельманн В., Ян К. и др. (1994). «Нацеленная мутация обрыва цепи в гене мышиного Apc приводит к множественным опухолям кишечника». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 91 (19): 8969–73. Дои:10.1073 / пнас.91.19.8969. ЧВК  44728. PMID  8090754.
  7. ^ Осима М., Осима Х., Китагава К., Кобаяси М., Итакура С., Такето М. (1995). «Утрата гетерозиготности Apc и аномальное строительство ткани в возникающих полипах кишечника у мышей, несущих усеченный ген Apc». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 92 (10): 4482–6. Дои:10.1073 / пнас.92.10.4482. ЧВК  41968. PMID  7753829.
  8. ^ Такето ММ (2006). «Мышиные модели опухолей желудочно-кишечного тракта». Cancer Sci. 97 (5): 355–61. Дои:10.1111 / j.1349-7006.2006.00190.x. PMID  16630131.
  9. ^ Аоки К., Тамай Й, Хориике С., Осима М., Такето М.М. (2003). «Полипоз толстой кишки, вызванный mTOR-опосредованной хромосомной нестабильностью у мышей, мутантных по Apc + / Delta716 Cdx2 +/-». Nat. Genet. 35 (4): 323–30. Дои:10,1038 / ng1265. HDL:2433/147469. PMID  14625550.
  10. ^ Дитрих В.Ф., Ландер Э.С., Смит Дж. С. и др. (1993). «Генетическая идентификация Mom-1, основного модифицирующего локуса, влияющего на Min-индуцированную неоплазию кишечника у мышей». Клетка. 75 (4): 631–9. Дои:10.1016/0092-8674(93)90484-8. PMID  8242739.
  11. ^ Су Л.К., Фогельштейн Б., Кинзлер К.В. (1993). «Ассоциация белка супрессора опухоли APC с катенинами». Наука. 262 (5140): 1734–7. Дои:10.1126 / science.8259519. PMID  8259519.
  12. ^ Harada N, Tamai Y, Ishikawa T. и др. (1999). «Кишечный полипоз у мышей с доминантной стабильной мутацией гена бета-катенина». EMBO J. 18 (21): 5931–42. Дои:10.1093 / emboj / 18.21.5931. ЧВК  1171659. PMID  10545105.
  13. ^ Такаку К., Осима М., Миёси Х., Мацуи М., Селдин М.Ф., Такето М.М. (1998). «Кишечный канцерогенез у сложных мутантных мышей как по генам Dpc4 (Smad4), так и по генам Apc». Клетка. 92 (5): 645–56. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81132-0. PMID  9506519.
  14. ^ Колоднер Р (1996). «Биохимия и генетика исправления несоответствия эукариот». Genes Dev. 10 (12): 1433–42. Дои:10.1101 / gad.10.12.1433. PMID  8666228.
  15. ^ Эдельманн В., Ян К., Умар А. и др. (1997). «Мутация в гене восстановления несоответствия Msh6 вызывает предрасположенность к раку». Клетка. 91 (4): 467–77. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 80433-X. PMID  9390556.
  16. ^ Reitmair AH, Redston M, Cai JC и др. (1996). «Спонтанные карциномы кишечника и новообразования кожи у мышей с дефицитом Msh2». Cancer Res. 56 (16): 3842–9. PMID  8706033.
  17. ^ Baker SM, Plug AW, Prolla TA и др. (1996). «Участие мыши Mlh1 в репарации несоответствия ДНК и мейотическом кроссинговере». Nat. Genet. 13 (3): 336–42. Дои:10.1038 / ng0796-336. PMID  8673133.
  18. ^ Эдельманн В., Ян К., Курагути М. и др. (1999). «Онкогенез у мышей с мутантами Mlh1 и Mlh1 / Apc1638N». Cancer Res. 59 (6): 1301–7. PMID  10096563.
  19. ^ Reitmair AH, Cai JC, Bjerknes M, et al. (1996). «Дефицит MSH2 способствует ускоренному APC-опосредованному онкогенезу кишечника». Cancer Res. 56 (13): 2922–6. PMID  8674041.
  20. ^ Бейкер С.М., Харрис А.С., Цао Дж. Л. и др. (1998). «Повышенное образование аденоматозного полипа кишечника у мышей Pms2 - / -; Min». Cancer Res. 58 (6): 1087–9. PMID  9515784.
  21. ^ Энгл SJ, Hoying JB, Boivin GP, ​​Ormsby I, Gartside PS, Doetschman T (1999). «Трансформирующий фактор роста бета1 подавляет неметастатический рак толстой кишки на ранней стадии онкогенеза». Cancer Res. 59 (14): 3379–86. PMID  10416598.
  22. ^ Янссен К.П., эль-Марджоу Ф., Пинто Д. и др. (2002). «Нацеленная экспрессия онкогенных K-ras в кишечном эпителии вызывает спонтанный онкогенез у мышей». Гастроэнтерология. 123 (2): 492–504. Дои:10.1053 / gast.2002.34786. PMID  12145803.
  23. ^ Кальканьо С.Р., Ли С., Колон М. и др. (2008). «Онкогенный K-ras способствует раннему канцерогенезу в проксимальном отделе толстой кишки мышей». Int. J. Рак. 122 (11): 2462–70. Дои:10.1002 / ijc.23383. ЧВК  3908548. PMID  18271008.
  24. ^ Велчич А., Ян В., Хейер Дж. И др. (2002). «Колоректальный рак у мышей с генетическим дефицитом муцина Muc2». Наука. 295 (5560): 1726–9. Дои:10.1126 / science.1069094. PMID  11872843.
  25. ^ Берг Д. Д., Дэвидсон Н., Кюн Р. и др. (1996). «Энтероколит и рак толстой кишки у мышей с дефицитом интерлейкина-10 связаны с аберрантной продукцией цитокинов и CD4 (+) TH1-подобными ответами». J. Clin. Вкладывать деньги. 98 (4): 1010–20. Дои:10.1172 / JCI118861. ЧВК  507517. PMID  8770874.
  26. ^ Шах С.А., Симпсон С.Дж., Браун Л.Ф. и др. (1998). «Развитие аденокарциномы толстой кишки на мышиной модели язвенного колита». Воспаление. Кишечник. 4 (3): 196–202. Дои:10.1002 / ibd.3780040305. PMID  9741021.
  27. ^ Гермистон МЛ, Гордон Джи (1995). «Воспалительное заболевание кишечника и аденомы у мышей, экспрессирующих доминирующий отрицательный N-кадгерин». Наука. 270 (5239): 1203–7. Дои:10.1126 / science.270.5239.1203. PMID  7502046.
  28. ^ а б c Бернштейн С., Голубек Х., Бхаттачарья А.К., Нгуен Х., Пейн С.М., Зейтлин Б., Бернштейн Х. (2011). «Канцерогенность дезоксихолата, вторичной желчной кислоты». Arch. Токсикол. 85 (8): 863–71. Дои:10.1007 / s00204-011-0648-7. ЧВК  3149672. PMID  21267546.
  29. ^ а б c Prasad AR, Prasad S, Nguyen H, Facista A, Lewis C, Zaitlin B, Bernstein H, Bernstein C (2014). «Новая мышиная модель рака толстой кишки, связанная с диетой, параллельна раку толстой кишки человека». Ворлд Дж Гастроинтест Онкол. 6 (7): 225–43. Дои:10.4251 / wjgo.v6.i7.225. ЧВК  4092339. PMID  25024814.
  30. ^ Neufert C, Becker C, Neurath MF (2007). «Модель индуцируемых мышей канцерогенеза толстой кишки для анализа спорадического и вызванного воспалением прогрессирования опухоли». Нат Проток. 2 (8): 1998–2004. Дои:10.1038 / nprot.2007.279. PMID  17703211.
  31. ^ Пул AJ, Куча D, Кэрролл RE, Тайнер AL (2004). «Функции супрессора опухолей для ингибитора Cdk p21 в толстой кишке мыши». Онкоген. 23 (49): 8128–34. Дои:10.1038 / sj.onc.1207994. PMID  15377995.
  32. ^ Мальцман Т., Уиттингтон Дж., Дриггерс Л., Стивенс Дж., Анен Д. (1997). «Опухоли толстой кишки, индуцированные АОМ, не экспрессируют белок APC полной длины». Канцерогенез. 18 (12): 2435–9. Дои:10.1093 / carcin / 18.12.2435. PMID  9450492.
  33. ^ Танака Т., Коно Х, Сузуки Р., Ямада Й, Суги С., Мори Х (2003). «Новая модель канцерогенеза толстой кишки у мышей, связанного с воспалением, индуцированная азоксиметаном и сульфатом натрия декстрана». Cancer Sci. 94 (11): 965–73. Дои:10.1111 / j.1349-7006.2003.tb01386.x. PMID  14611673.