Мышиная модель колоректального и кишечного рака
Мышиные модели колоректального рака и рака кишечника представляют собой экспериментальные системы, в которых мышей подвергают генетическим манипуляциям, кормят модифицированной диетой или подвергают воздействию химических веществ для развития злокачественных новообразований в желудочно-кишечном тракте. Эти модели позволяют исследователям изучать начало, прогрессирование заболевания и глубже понимать молекулярные события, которые способствуют развитию и распространению колоректального рака. Они также представляют собой ценную биологическую систему для моделирования физиологических состояний человека, подходящую для тестирования терапевтических средств. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Колоректальный и кишечный рак
[ редактировать ]Семейный аденоматозный полипоз
[ редактировать ]Семейный аденоматозный полипоз ( САП ) – наследственное заболевание, характеризующееся развитием многочисленных полипов толстой кишки. Генетический анализ некоторых родственников FAP показал, что общей чертой заболевания является делеция гена APC . Дальнейший анализ гена APC выявил наличие у больных раком различных мутаций, которые также играют роль в возникновении спорадической формы колоректального рака. [ 4 ]
Мыши-мутанты APC
[ редактировать ]Первый мышиный мутант по гену Apc произошел из колонии случайно мутагенизированных мышей. [ 5 ] Эта модель мыши называется мышью Min (множественная неоплазия кишечника). Было обнаружено, что он несет усеченную мутацию в кодоне 850 гена Apc . У мышей Min помимо опухолей толстой кишки может развиться до 100 полипов в тонком кишечнике. новые нокаутные мутанты гена Apc Позже были созданы . Усекательная мутация кодона 716 ( Apc Д716 ) [ 6 ] приводит к тому, что у мыши в тонком кишечнике появляется более 300 полипов, а усечение кодона 1638 ( Apc 1638Н ) [ 7 ] приводит к образованию всего лишь 3 полипов в одном и том же отделе желудочно-кишечного тракта. [ 8 ] Совсем недавно была создана новая модель мутантных мышей Apc , у которой в дистальном отделе толстой кишки образуются множественные полипы. [ 9 ] В этой модели мутация гена Cdx2 в Apc Д716 мышиная модель сместила образование полипов из кишечника в толстую кишку, напоминая человеческий FAP. Мутантные мыши Apc характеризуются ранней летальностью. Существуют гены, модифицирующие предрасположенность к раку у этих мышей. Наиболее устоявшимся является модификатор локуса Min (Mom1). [ 10 ] При сочетании мутаций Min и Mom1 продолжительность жизни мышиных моделей колоректального рака FAP увеличивается. Было обнаружено, что APC связывается с катенинами. [ 11 ] Сегодня мы знаем, что белок бета-катенин (часть сигнального пути Wnt ) участвует в колоректальном канцерогенезе, и его стабильность в клетке регулируется APC. Была создана модель мыши с дерегуляцией уровня бета-катенина. [ 12 ] Условная стабилизирующая мутация в гене бета-катенина привела к образованию до 3000 полипов в тонком кишечнике этой мышиной модели. Модель мыши, несущая мутации в Apc. Д716 и Smad4 ( матери против декапентаплегического гомолога 4 ) характеризуются развитием инвазивных аденокарцином. [ 13 ]
Наследственный неполипозный колоректальный рак
[ редактировать ]Наиболее частыми мутациями при наследственном неполипозном колоректальном раке (HNPCC) являются мутации в генах MSH2 и MLH1 . [ 14 ] Эти гены играют важную роль в восстановлении неправильно расположенных нуклеотидов. Другой ген, участвующий в восстановлении несоответствия ДНК, — Msh6 . Оба Мш6 [ 15 ] и Мш2 [ 16 ] У мутантных мышей развивается рак желудочно-кишечного тракта, но опухоли различаются по статусу микросателлитной нестабильности (МИ). В то время как дефицит MSH2 способствует образованию опухолей с высоким индексом ИМ, дефицит MSH6 приводит к опухолям с низким уровнем ИМ. Еще одним компонентом механизма восстановления ДНК в клетке является белок MLH1. Абляция MLH1 у мышей вызывает развитие желудочно-кишечных опухолей тонкого кишечника. [ 17 ] – аденомы и инвазивные карциномы. [ 18 ] Сочетание дефицита MLH1 с Apc 1638N [ 6 ] мутантные мыши приводят к сильному снижению жизнеспособности и увеличению опухолевой нагрузки. Опухоли были классифицированы как аденомы, инвазивные аденокарциномы и карциномы поздних стадий. Аналогично, мыши с дефицитом Msh2 в сочетании с Apc Мин демонстрируют ускоренную скорость онкогенеза. [ 19 ] Другая аналогичная мышиная модель HNPCC представляет собой комбинацию мутантной мыши PMS2 с аллелем Min Apc, что приводит к увеличению количества опухолей в желудочно-кишечном тракте по сравнению с Min . [ 20 ] Тем не менее, эти аденокарциномы не метастазируют, и их гистопатология аналогична таковой при раке правой части толстой кишки у человека с частой мутацией рецептора типа II для TGF-β.
Мутации в других генах
[ редактировать ]Мышам с мутациями в гене трансформирующего фактора роста -β1, введенном мутантной мыши 129/Sv Rag2 [ 21 ] ускоряет развитие аденокарциномы с сильной локальной инвазией, что указывает на роль генетического фона в развитии опухоли. Колон-специфическая экспрессия активированного мутанта K- ras (белка) (К-рас G12D ) приводит к развитию одиночных или множественных поражений. [ 22 ] Онкогенный K-ras G12D Аллель, активированный в эпителии толстой кишки, индуцирует экспрессию проканцерогенной протеинкиназы C -βII (PKCβII) и увеличивает клеточную пролиферацию эпителиальных клеток, тогда как в дистальном отделе толстой кишки мутантная форма K-ras оказывает противоположные эффекты на экспрессию PKCβII и пролиферацию клеток. [ 23 ] Обработка этой мышиной модели проканцерогеном азоксиметаном (АОМ) приводит к образованию диспластических микроаденом в проксимальном, но не в дистальном отделе толстой кишки. Таким образом, K-ras G12D Мутант является ценной мышиной моделью канцерогенеза проксимального отдела толстой кишки. Мутация гена Muc2 вызывает аденомы и аденокарциномы в кишечнике мышей. [ 24 ]
Рак толстой кишки, связанный с воспалением
[ редактировать ]человека Воспалительные заболевания кишечника представляют собой группу воспалительных состояний толстого и тонкого кишечника. Хорошо известно, что хроническое воспаление толстой кишки может привести к раку. Существуют генетические мышиные модели воспалительного заболевания кишечника, связанного с раком толстой кишки. интерлейкина 10 У мышей с нокаутом развивается инвазивная аденокарцинома толстой кишки. [ 25 ] Мутантные мыши по генам интерлейкина 2 и бета-микроглобулина также производят фенотип, подобный язвенному колиту , и развивают аденокарциномы в толстой кишке. [ 26 ] Мышь, мутантная по N- кадгерину, страдает воспалительными заболеваниями кишечника и аденомами , но не развивает карциномы. [ 27 ]
Модель, связанная с диетой
[ редактировать ](DOC), связанного с питанием, желчных кислот Люди с высоким уровнем дезоксихолата в толстой кишке подвергаются существенно повышенному риску развития рака толстой кишки (см. Желчные кислоты и рак толстой кишки ). Была разработана мышиная модель рака толстой кишки, связанная с диетой. [ 28 ] [ 29 ] В этой модели мышей дикого типа кормят стандартным рационом плюс DOC, чтобы обеспечить уровень DOC в толстой кишке мыши, сравнимый с уровнем в толстой кишке человека, получающего диету с высоким содержанием жиров. [ 28 ] Через 8–10 месяцев у 45–56% мышей развилась толстой кишки аденокарцинома , и ни у одной мыши не было рака тонкой кишки.
На основании гистопатологии и экспрессии специфических маркеров опухоли толстой кишки у мышей были практически идентичны таковым у людей. [ 29 ] У людей характерные аберрантные изменения молекулярных маркеров обнаруживаются как в дефектах поля, окружающих рак (из которого возникает рак), так и внутри рака. В тканях толстой кишки мышей, получавших диету плюс DOC, произошли аналогичные изменения биомаркеров. Таким образом, уровень 8-OH-dG был повышен, белок репарации ДНК ERCC1 снизился, аутофагии белок беклин-1 увеличился, а в области стволовых клеток у основания крипт наблюдалась значительная ядерная локализация бета-катенина, а также повышенный уровень белка аутофагии беклин-1. цитоплазматический бета-катенин. Однако у мышей, получавших диету с добавлением DOC и антиоксиданта хлорогеновой кислоты , частота рака толстой кишки снижалась. [ 28 ] Кроме того, при оценке ERCC1, беклина-1 и бета-катенина в области стволовых клеток крипт в тканях толстой кишки мышей, получавших хлорогеновую кислоту, наблюдалось улучшение молекулярных аберраций. [ 29 ] предполагая, что хлорогеновая кислота защищает на молекулярном уровне от рака толстой кишки. Это первая модель рака толстой кишки, связанная с питанием, которая тесно связана с прогрессированием рака толстой кишки у человека как на гистопатологическом уровне, так и на молекулярном профиле.
Химически индуцированный колоректальный рак
[ редактировать ]Азоксиметан (АОМ) является генотоксичным канцерогеном толстой кишки и обычно используется для индуцирования опухолей толстой кишки у мышей. [ 30 ] Опухоли, индуцированные АОМ, формируются в последних трех сантиметрах дистального отдела толстой кишки, но у мышей с нокаутом р21, получавших АОМ, наблюдается распространение опухоли по всей толстой кишке. [ 31 ] Опухоли, индуцированные АОМ, характеризуются мутациями в гене Apc . [ 32 ]
Новая мышиная модель колоректального канцерогенеза, связанная с воспалением, сочетает АОМ и декстрансульфат натрия (DSS) для индукции поражений толстой кишки, положительных на бета-катенин, ЦОГ-2 и индуцибельную синтазу оксида азота. [ 33 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Головко Д; Кедрин Д; Йылмаз, Огайо; Ропер, Дж (2015). «Модели колоректального рака для открытия новых лекарств» . Мнение экспертов об открытии лекарств . 10 (11): 1217–29. дои : 10.1517/17460441.2015.1079618 . ПМЦ 4872297 . ПМИД 26295972 .
- ^ О, БАЙ; Хонг, Гонконг; 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 . ПМИД 26850374 .
- ^ Эванс, JP; Саттон, Пенсильвания; Винярски, БК; Фенвик, Юго-Запад; Малик, Х.З.; Вималачандран, Д; Твидл, ЕМ; Костелло, Э; Палмер, Д.Х.; Парк, Британская Колумбия; Киттерингем, Северная Каролина (февраль 2016 г.). «От мышей к мужчинам: мышиные модели колоректального рака для использования в трансляционных исследованиях». Критические обзоры по онкологии/гематологии . 98 : 94–105. дои : 10.1016/j.critrevonc.2015.10.009 . ПМИД 26558688 .
- ^ Гроден Дж., Тливерис А., Самовитц 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 . ПМИД 1651174 . S2CID 38325198 .
- ^ Мозер А.Р., Пито Х.К., Дав В.Ф. (1990). «Доминантная мутация, которая предрасполагает к множественной неоплазии кишечника у мышей». Наука . 247 (4940): 322–4. дои : 10.1126/science.2296722 . ПМИД 2296722 .
- ^ Перейти обратно: а б Фодде Р., Эдельманн В., Ян К. и др. (1994). «Направленная мутация обрыва цепи в гене Apc мыши приводит к множественным опухолям кишечника» . Учеб. Натл. акад. наук. США 91 (19): 8969–73. Бибкод : 1994PNAS...91.8969F . дои : 10.1073/pnas.91.19.8969 . ПМК 44728 . ПМИД 8090754 .
- ^ Осима М, Осима Х, Китагава К, Кобаяши М, Итакура С, Такето М (1995). «Потеря гетерозиготности Apc и аномальное построение тканей в зарождающихся кишечных полипах у мышей, несущих укороченный ген Apc» . Учеб. Натл. акад. наук. США 92 (10): 4482–6. Бибкод : 1995PNAS...92.4482O . дои : 10.1073/pnas.92.10.4482 . ПМК 41968 . ПМИД 7753829 .
- ^ Такето ММ (2006). «Мышиные модели опухолей желудочно-кишечного тракта» . Раковая наука. 97 (5): 355–61. дои : 10.1111/j.1349-7006.2006.00190.x . ПМЦ 11158113 . ПМИД 16630131 .
- ^ Аоки К., Тамай Ю., Хориике С., Осима М., Такето М.М. (2003). «Полипоз толстой кишки, вызванный mTOR-опосредованной хромосомной нестабильностью у мышей, мутантных по соединению Apc+/Delta716 Cdx2+/-». Нат. Жене. 35 (4): 323–30. дои : 10.1038/ng1265 . hdl : 2433/147469 . ПМИД 14625550 . S2CID 22623315 .
- ^ Дитрих В.Ф., Ландер Э.С., Смит Дж.С. и др. (1993). «Генетическая идентификация Mom-1, основного локуса-модификатора, влияющего на Min-индуцированную неоплазию кишечника у мышей». Клетка . 75 (4): 631–9. дои : 10.1016/0092-8674(93)90484-8 . ПМИД 8242739 . S2CID 31039738 .
- ^ Су Л.К., Фогельштейн Б., Кинцлер К.В. (1993). «Ассоциация белка-супрессора опухоли APC с катенинами». Наука . 262 (5140): 1734–7. Бибкод : 1993Sci...262.1734S . дои : 10.1126/science.8259519 . ПМИД 8259519 .
- ^ Харада Н., Тамаи Ю., Исикава Т. и др. (1999). «Кишечный полипоз у мышей с доминантной стабильной мутацией гена бета-катенина» . ЭМБО Дж. 18 (21): 5931–42. дои : 10.1093/emboj/18.21.5931 . ПМЦ 1171659 . ПМИД 10545105 .
- ^ Такаку К., Осима М., Миёси Х., Мацуи М., Селдин М.Ф., Такето М.М. (1998). «Кишечный онкогенез у сложных мутантных мышей как по генам Dpc4 (Smad4), так и по Apc» . Клетка . 92 (5): 645–56. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81132-0 . ПМИД 9506519 .
- ^ Колоднер Р. (1996). «Биохимия и генетика репарации эукариотических несоответствий» . Генс Дев. 10 (12): 1433–42. дои : 10.1101/gad.10.12.1433 . ПМИД 8666228 .
- ^ Эдельманн В., Ян К., Умар А. и др. (1997). «Мутация в гене репарации несоответствия Msh6 вызывает предрасположенность к раку» . Клетка . 91 (4): 467–77. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80433-X . ПМИД 9390556 .
- ^ Рейтмайр А.Х., Редстон М., Кай Дж.К. и др. (1996). «Спонтанные карциномы кишечника и новообразования кожи у мышей с дефицитом Msh2» . Рак Рез. 56 (16): 3842–9. ПМИД 8706033 .
- ^ Бейкер С.М., Plug AW, Prolla TA и др. (1996). «Участие мышиного Mlh1 в восстановлении несоответствия ДНК и мейотическом кроссинговере». Нат. Жене. 13 (3): 336–42. дои : 10.1038/ng0796-336 . ПМИД 8673133 . S2CID 37096830 .
- ^ Эдельманн В., Ян К., Курагучи М. и др. (1999). «Онкогенез у мутантных мышей Mlh1 и Mlh1/Apc1638N» . Рак Рез. 59 (6): 1301–7. ПМИД 10096563 .
- ^ Рейтмайр А.Х., Кай Дж.К., Бьеркнес М. и др. (1996). «Дефицит MSH2 способствует ускорению APC-опосредованного онкогенеза кишечника» . Рак Рез. 56 (13): 2922–6. ПМИД 8674041 .
- ^ Бейкер С.М., Харрис А.С., Цао Дж.Л. и др. (1998). «Усиленное образование аденоматозных полипов кишечника у мышей Pms2-/-;Min» . Рак Рез. 58 (6): 1087–9. ПМИД 9515784 .
- ^ Энгл С.Дж., Хойинг Дж.Б., Бойвин Г.П., Ормсби И., Гартсайд П.С., Дучман Т. (1999). «Трансформирующий фактор роста бета1 подавляет неметастатический рак толстой кишки на ранней стадии онкогенеза» . Рак Рез. 59 (14): 3379–86. ПМИД 10416598 .
- ^ Янссен К.П., Эль-Маржу Ф., Пинто Д. и др. (2002). «Направленная экспрессия онкогенных K-ras в эпителии кишечника вызывает спонтанный онкогенез у мышей» . Гастроэнтерология . 123 (2): 492–504. дои : 10.1053/gast.2002.34786 . ПМИД 12145803 .
- ^ Кальканьо С.Р., Ли С., Колон М. и др. (2008). «Онкогенный K-ras способствует раннему канцерогенезу в проксимальном отделе толстой кишки мышей» . Межд. Дж. Рак . 122 (11): 2462–70. дои : 10.1002/ijc.23383 . ПМЦ 3908548 . ПМИД 18271008 .
- ^ Велчич А., Ян В., Хейер Дж. и др. (2002). «Колоректальный рак у мышей с генетическим дефицитом муцина Muc2». Наука . 295 (5560): 1726–9. Бибкод : 2002Sci...295.1726V . дои : 10.1126/science.1069094 . ПМИД 11872843 . S2CID 19425315 .
- ^ Берг Д.Д., Дэвидсон Н., Кюн Р. и др. (1996). «Энтероколит и рак толстой кишки у мышей с дефицитом интерлейкина-10 связаны с аберрантной выработкой цитокинов и CD4 (+) TH1-подобными реакциями» . Дж. Клин. Инвестируйте. 98 (4): 1010–20. дои : 10.1172/JCI118861 . ПМК 507517 . ПМИД 8770874 .
- ^ Шах С.А., Симпсон С.Дж., Браун Л.Ф. и др. (1998). «Развитие аденокарциномы толстой кишки на мышиной модели язвенного колита» . Воспаление. Дис. кишечника. 4 (3): 196–202. дои : 10.1002/ibd.3780040305 . ПМИД 9741021 . S2CID 39002611 .
- ^ Хермистон М.Л., Гордон Дж.И. (1995). «Воспалительное заболевание кишечника и аденомы у мышей, экспрессирующих доминантно-негативный N-кадгерин». Наука . 270 (5239): 1203–7. Бибкод : 1995Sci...270.1203H . дои : 10.1126/science.270.5239.1203 . ПМИД 7502046 . S2CID 19696029 .
- ^ Перейти обратно: а б с Бернштейн С., Голубец Х., Бхаттачария А.К., Нгуен Х., Пейн С.М., Зайтлин Б., Бернштейн Х. (2011). «Канцерогенность дезоксихолата, вторичной желчной кислоты» . Арх. Токсикол . 85 (8): 863–71. дои : 10.1007/s00204-011-0648-7 . ПМК 3149672 . ПМИД 21267546 .
- ^ Перейти обратно: а б с Прасад А.Р., Прасад С., Нгуен Х., Фациста А., Льюис С., Зайтлин Б., Бернштейн Х., Бернштейн С. (2014). «Новая модель рака толстой кишки на мышах, связанная с диетой, аналогична раку толстой кишки у человека» . World J Гастроинтест Онкол . 6 (7): 225–43. дои : 10.4251/wjgo.v6.i7.225 . ПМК 4092339 . ПМИД 25024814 .
- ^ Нойферт С., Беккер С., Нейрат М.Ф. (2007). «Индуцируемая мышиная модель канцерогенеза толстой кишки для анализа спорадического и воспалительного прогрессирования опухоли». Нат Проток . 2 (8): 1998–2004. дои : 10.1038/nprot.2007.279 . ПМИД 17703211 . S2CID 28778351 .
- ^ Пул А.Дж., Хип Д., Кэрролл Р.Э., Тайнер А.Л. (2004). «Функции супрессора опухоли для ингибитора Cdk p21 в толстой кишке мыши» . Онкоген . 23 (49): 8128–34. дои : 10.1038/sj.onc.1207994 . ПМИД 15377995 .
- ^ Мальцман Т., Уиттингтон Дж., Дриггерс Л., Стивенс Дж., Анен Д. (1997). «Опухоли толстой кишки мышей, индуцированные АОМ, не экспрессируют полноразмерный белок APC» . Канцерогенез . 18 (12): 2435–9. дои : 10.1093/carcin/18.12.2435 . ПМИД 9450492 .
- ^ Танака Т., Коно Х., Сузуки Р., Ямада Ю., Суги С., Мори Х. (2003). «Новая модель канцерогенеза толстой кишки мышей, связанная с воспалением, индуцированная азоксиметаном и сульфатом натрия декстрана» . Раковая наука. 94 (11): 965–73. дои : 10.1111/j.1349-7006.2003.tb01386.x . ПМЦ 11160237 . ПМИД 14611673 . S2CID 6538164 .