Musemodel for kolorektal og tarmkræft - Mouse model of colorectal and intestinal cancer
Muse -modeller af kolorektal cancer og tarmkræft er eksperimentelle systemer, hvor mus genetisk manipulerede, fodret med en modificeret kost, eller udfordret med kemikalier for at udvikle maligniteter i mavetarmkanalen. Disse modeller gør det muligt for forskere at studere sygdommens begyndelse, progression og i dybden forstå de molekylære begivenheder, der bidrager til udviklingen og spredningen af tyktarmskræft. De giver også et værdifuldt biologisk system til simulering af menneskelige fysiologiske tilstande, der er egnede til test af terapeutiske midler.
Kolorektal og tarmkræft
Familiel adenomatøs polypose
Familial Adenomatous Polyposis ( FAP ) er en arvelig sygdom, der er karakteriseret ved udvikling af talrige kolonpolypper. En genetisk analyse af nogle FAP -slægter afslørede, at et fælles træk ved sygdommen er en sletning af APC -genet . Yderligere analyse af APC -genet afslørede eksistensen af forskellige mutationer hos kræftramte, der også spiller en rolle i starten af den sporadiske form for kolorektal cancer.
APC -mutante mus
Den første musemutant i Apc -genet kom fra en koloni af tilfældigt mutageniserede mus. Denne musemodel kaldes Min (multiple intestinal neoplasia) mus. Det viste sig at bære en afkortningsmutation ved codon 850 af Apc -genet. Den Min mus kan udvikle op til 100 polypper i tyndtarmen foruden colontumorer. Senere blev nye knock-out mutanter af Apc- genet konstrueret. En afkortende mutation ved codon 716 ( Apc Δ716 ) resulterer i en mus, der udvikler mere end 300 polypper i tyndtarmen, mens afkortning ved codon 1638 ( Apc 1638N ) resulterer i dannelse af kun 3 polypper i den samme region i mave -tarmkanalen traktat. For nylig blev en ny mutant Apc -musemodel konstrueret, hvor flere polypper dannes i det distale tyktarm. I denne model skiftede mutation i Cdx2 -genet i Apc Δ716 -musemodellen dannelsen af polypper fra tarmen til tyktarmen og lignede den humane FAP. De aPC mutantmus er karakteriseret ved tidlig letalitet. Der er gener, der ændrer kræftfølsomheden for disse musemodeller. Den mest veletablerede er modifikatoren af Min locus (Mom1). Med kombinationen af Min og Mom1 mutationer levetiden for FAP musemodeller for kolorektal cancer er forøget. APC viste sig at være forbundet med cateniner. I dag ved vi, at beta-catenin- proteinet (en del af Wnt-signalvejen ) er impliceret i kolorektal carcinogenese, og dets stabilitet i cellen reguleres af APC. Der blev oprettet en musemodel med deregulering af beta-cateninniveauer. Den betingede stabiliserende mutation i beta-cateningenet forårsagede dannelse af op til 3000 polypper i tyndtarmen i denne musemodel. En musemodel, der bærer mutationer i Apc Δ716 og Smad4 ( mødre mod dekapentaplegisk homolog 4 ) er karakteriseret med udvikling af invasive adenocarcinomer.
Arvelig nonpolyposis kolorektal cancer
De hyppigste mutationer ved arvelig nonpolyposis kolorektal cancer (HNPCC) er mutationer i MSH2- og MLH1 -generne . Disse gener spiller en vigtig rolle i reparation af forkert placerede nukleotider. Et andet gen involveret i reparation af DNA -mismatch er Msh6 . Både Msh6- og Msh2 -mutantmusene udvikler mave -tarmkræft , men tumorer adskiller sig i deres mikrosatellit -ustabilitet (MI) -status. Mens MSH2-mangel fremmer MI-høje tumorer, resulterer MSH6-mangel i MI-lave tumorer. En anden komponent i DNA -reparationsmaskineriet i cellen er proteinet MLH1. Ablation af MLH1 hos mus forårsager udvikling af gastrointestinale tumorer i tyndtarmen - adenomer og invasive carcinomer. Kombinationen af MLH1 -mangel med Apc 1638N -mutantmusen resulterer i stærk reduktion af levedygtighed og øget tumorbyrde. Tumorerne blev klassificeret som adenomer, invasive adenocarcinomer og carcinomer i sent stadium. På samme måde viser mus, der mangler Msh2 kombineret med Apc Min , en accelereret tumorigenesehastighed. En anden lignende musemodel af HNPCC er kombinationen af PMS2 -mutantmus med Min Apc -allelen, hvilket resulterer i øget antal tumorer i mave -tarmkanalen sammenlignet med Min . Alligevel metastaserer disse adenocarcinomer ikke, og deres histopatologi ligner den for tyktarmskræft på højre side hos mennesker med hyppig mutation af type II-receptoren for TGF-β.
Mutationer i andre gener
Mus med mutationer i transformering af vækstfaktor -beta -gen introduceret i 129/Sv Rag2 -mutantmus accelererer adenocarcinomer med stærk lokal invasion, hvilket tyder på en rolle for genetisk baggrund i tumorudvikling. Tykktarmsspecifik ekspression af aktiveret mutant af K- ras (protein) (K-ras G12D ) resulterer i udvikling af enkelte eller flere læsioner. Onkogen K-ras G12D- allel aktiveret i tyktarmepitel inducerer ekspression af procarcinogent proteinkinase C -βII (PKCβII) og øger celleproliferation af epitelceller, mens mutanten i K-ras i den distale tyktarm har de modsatte virkninger på PKCβII-ekspression og celleproliferation. Behandling af denne musemodel med procarcinogen azoxymethan (AOM) fører til dannelse af dysplastiske mikroadenomer i det proksimale, men ikke i det distale tyktarm. Således er K-ras G12D- mutanten en værdifuld musemodel for proximal tyktarmskræft. Mutation i Muc2 -genet forårsager adenomer og adenocarcinomer i tarmene hos mus.
Menneskelig inflammatorisk tarmsygdom er en gruppe af inflammatoriske tilstande i tyktarmen og tyndtarmen. Det er velkendt, at kronisk betændelse i tyktarmen kan føre til kræft. Der er genetiske musemodeller for inflammatorisk tarmsygdom forbundet tyktarmskræft. Interleukin 10 knock -out mus udvikler invasivt adenocarcinom i tyktarmen. Mutante mus til interleukin 2- og beta -mikroglobulingener producerer også ulcerativ colitis -lignende fænotype og udvikler adenocarcinomer i tyktarmen. En musemutant for N- cadherin lider af inflammatoriske tarmsygdomme og adenomer, men udvikler ikke carcinomer.
Mennesker med høje niveauer af den diætrelaterede galdesyre deoxycholat (DOC) i deres kolon har en væsentligt øget risiko for at udvikle tyktarmskræft (se Galdesyrer og tyktarmskræft ). En kostrelateret musemodel af tyktarmskræft blev udtænkt. I denne model fodres vildtypemus med en standardkost plus DOC for at give et niveau af DOC i musekolonet, der kan sammenlignes med det i tyktarmene hos mennesker på en fedtfattig kost. Efter 8-10 måneder, 45% til 56% af musene udviklede colon- adenokarcinomer , og ingen mus havde kræft i tyndtarmen.
På basis af histopatologi og ved ekspression af specifikke markører var tyktarmene i musene praktisk talt identiske med dem hos mennesker. Hos mennesker påvises karakteristiske afvigende ændringer i molekylære markører både i feltdefekter omkring kræft (hvorfra kræftformer opstår) og inden for kræft. I tyktarmsvævet hos mus fodret med kost plus DOC forekom lignende ændringer i biomarkører. Således blev 8-OH-dG forøget, DNA-reparationsprotein ERCC1 blev reduceret, autophagy- protein beclin-1 blev forøget, og i stamcelleområdet ved basis af krypter var der betydelig nuklear lokalisering af beta-catenin samt øget cytoplasmatisk beta-catenin. Hos mus fodret med kost plus DOC plus antioxidanten chlorogenic syre blev frekvensen af tyktarmskræft imidlertid reduceret. Når de blev evalueret for ERCC1, beclin-1 og beta-catenin i stamcelleregionen af krypter, viste tyktarmene i klorogene syrefodrede mus forbedring af de molekylære afvigelser, hvilket tyder på, at chlorogensyre er beskyttende på molekylært niveau mod tyktarmskræft. Dette er den første kostrelaterede model af tyktarmskræft, der er tæt parallelt med menneskelig progression til tyktarmskræft, både på histopatologisk niveau og i dens molekylære profil.
Kemisk induceret kolorektal cancer
Azoxymethan (AOM) er et genotoksisk tyktarmskræft og bruges rutinemæssigt til at fremkalde tyktumorer hos mus. De AOM-inducerede tumorer dannes i de sidste tre centimeter af det distale tyktarm, men en p21 knock out-mus behandlet med AOM viser tumorfordeling gennem tyktarmen. AOM-inducerede tumorer er karakteriseret med mutationer i Apc- genet.
En ny betændelsesrelateret musemodel for kolorektal carcinogenese kombinerer AOM og dextrannatriumsulfat (DSS) for at inducere tyktarmslæsioner, positive for beta-catenin, COX-2 og inducerbar nitrogenoxidsyntase.