Мышиная модель колоректального и кишечного рака - Mouse model of colorectal and intestinal cancer
Мышиные модели от колоректального рака и рака кишечника экспериментальных систем , в которых мышей генетически манипулировали, подаваемые модифицированную диету, или оспариваемый с химическими веществами для развития злокачественных опухолей 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.
Колоректальный и кишечный рак
Семейный аденоматозный полипоз
Семейный аденоматозный полипоз ( FAP ) - это наследственное заболевание, которое характеризуется развитием многочисленных полипов толстой кишки. Генетический анализ некоторых родственников FAP показал, что общим признаком заболевания является делеция гена APC . Дальнейший анализ гена APC выявил существование различных мутаций у больных раком, которые также играют роль в возникновении спорадической формы колоректального рака.
Мыши с мутантами APC
Первый мутант мыши по гену Apc произошел из колонии случайно мутагенизированных мышей. Эта модель мышей называется мышью Min (множественная кишечная неоплазия). Было обнаружено, что он несет мутацию усечения в кодоне 850 гена Apc . Мин мышь может развиться до 100 полипов в тонкой кишке , в дополнении к опухоли толстой кишки. Позже были сконструированы новые нокаут-мутанты гена Apc . Укороченная мутация в кодоне 716 ( Apc Δ716 ) приводит к развитию у мыши более 300 полипов в тонком кишечнике, тогда как усечение по кодону 1638 ( Apc 1638N ) приводит к образованию только 3 полипов в той же области желудочно-кишечного тракта. тракт. Совсем недавно была сконструирована новая модель мутантной мыши Apc, в которой множественные полипы образуются в дистальном отделе толстой кишки. В этой модели мутация в гене Cdx2 на мышиной модели Apc Δ716 смещала образование полипов из кишечника в толстую кишку, напоминая человеческий FAP. В Apc мутантные мыши характеризуются ранней летальности. Есть гены, изменяющие предрасположенность этих мышей к раку. Наиболее устоявшимся является модификатор локуса Min (Mom1). Комбинация мутаций Min и Mom1 увеличивает продолжительность жизни мышиных моделей колоректального рака FAP. Было обнаружено, что APC ассоциирован с катенинами. Сегодня мы знаем, что белок бета-катенин (часть пути передачи сигналов Wnt ) участвует в колоректальном канцерогенезе, и его стабильность в клетке регулируется APC. Была создана модель мыши с нарушением регуляции уровней бета-катенина. Условная стабилизирующая мутация в гене бета-катенина вызвала образование до 3000 полипов в тонком кишечнике этой модели мыши. Модель мышей, несущая мутации в Apc Δ716 и Smad4 ( мать против декапентаплегического гомолога 4 ), характеризуется развитием инвазивных аденокарцином.
Наследственный неполипозный колоректальный рак
Наиболее частые мутации при наследственном неполипозном колоректальном раке (HNPCC) - это мутации в генах MSH2 и MLH1 . Эти гены играют важную роль в восстановлении неправильно расположенных нуклеотидов. Другой ген, участвующий в репарации ошибочного спаривания ДНК, - это Msh6 . У мышей с мутантами Msh6 и Msh2 развивается рак желудочно-кишечного тракта, но опухоли различаются по статусу микросателлитной нестабильности (МИ). 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 - аденом и инвазивных карцином. Комбинация дефицита MLH1 с мутантной мышью Apc 1638N приводит к сильному снижению жизнеспособности и увеличению опухолевой нагрузки. Опухоли были классифицированы как аденомы, инвазивные аденокарциномы и карциномы поздней стадии. Точно так же мыши, дефицитные по Msh2 в сочетании с Apc Min, демонстрируют ускоренную скорость туморогенеза. Другой подобной мышиной моделью HNPCC является комбинация мутантной мыши по PMS2 с аллелем Min Apc, приводящая к увеличению количества опухолей в желудочно-кишечном тракте по сравнению с Min . 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 гене трансформирующего фактора роста -β1, введенные в мыши с мутантом 129 / Sv Rag2, ускоряют аденокарциномы с сильной локальной инвазией, что предполагает роль генетического фона в развитии опухоли. Специфическая для толстой кишки экспрессия активированного мутанта K- ras (белка) (K-ras G12D ) приводит к развитию одиночных или множественных поражений. Онкогенный аллель K-ras G12D, активированный в эпителии толстой кишки, индуцирует экспрессию проканцерогенной протеинкиназы C- βII (PKCβII) и увеличивает пролиферацию эпителиальных клеток, в то время как в дистальном отделе толстой кишки мутантная форма K-ras оказывает противоположное влияние на экспрессию PKCβII и пролиферация клеток. Обработка этой мышиной модели проканцерогенным азоксиметаном (АОМ) приводит к образованию диспластических микроаденом в проксимальном, но не в дистальном отделе толстой кишки. Таким образом, мутант K-ras G12D представляет собой ценную модель канцерогенеза проксимального отдела толстой кишки на мышах. Мутация в гене Muc2 вызывает аденомы и аденокарциномы в кишечнике мышей.
Человек воспалительное заболевание кишечника представляет собой группу воспалительных состояний в толстой и тонкой кишки. Хорошо известно, что хроническое воспаление толстой кишки может привести к раку. Существуют генетические мышиные модели рака толстой кишки, ассоциированного с воспалительным заболеванием кишечника. У мышей с нокаутом интерлейкина 10 развивается инвазивная аденокарцинома в толстой кишке. Мыши-мутанты по генам интерлейкина 2 и бета-микроглобулина также обладают фенотипом, подобным язвенному колиту, и развивают аденокарциномы в толстой кишке. Мутант мыши по N- кадгерину страдает воспалительными заболеваниями кишечника и аденомами, но не развивает карциномы.
Люди с высоким уровнем связанного с диетой дезоксихолата желчной кислоты (DOC) в толстой кишке имеют значительно повышенный риск развития рака толстой кишки (см. Желчные кислоты и рак толстой кишки ). Была разработана модель рака толстой кишки на мышах, связанная с диетой. 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, соблюдающих диету с высоким содержанием жиров. Через 8–10 месяцев у 45–56% мышей развилась аденокарцинома толстой кишки , 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 опухолям у людей. У людей характерные аберрантные изменения молекулярных маркеров обнаруживаются как в полевых дефектах, окружающих раковые образования (из которых возникают раковые образования), так и в раковых образованиях. В тканях толстой кишки мышей, получавших диету плюс DOC, наблюдались аналогичные изменения биомаркеров. Таким образом, 8-OH-dG был увеличен, белок репарации ДНК ERCC1 был уменьшен, белок аутофагии беклин-1 был увеличен, и в области стволовых клеток у основания крипт наблюдалась значительная ядерная локализация бета-катенина, а также увеличение цитоплазматический бета-катенин. Однако у мышей, получавших диету с добавлением DOC и антиоксидантной хлорогеновой кислоты , частота рака толстой кишки была снижена. Кроме того, при оценке ERCC1, беклина-1 и бета-катенина в области крипт стволовых клеток ткани толстой кишки мышей, получавших хлорогеновую кислоту, показали улучшение молекулярных отклонений, что позволяет предположить, что хлорогеновая кислота защищает на молекулярном уровне от рак 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.
Химически индуцированный колоректальный рак
Азоксиметан (АОМ) является генотоксичным канцерогеном толстой кишки и обычно используется для индукции опухолей толстой кишки у мышей. Опухоли, индуцированные AOM, образуются в последних трех сантиметрах дистального отдела толстой кишки, но мыши с нокаутом p21, получавшие AOM, демонстрируют распределение опухоли по всей толстой кишке. Опухоли, индуцированные АОМ, характеризуются мутациями в гене Apc .
Новая модель колоректального канцерогенеза на мышах, связанная с воспалением, сочетает в себе АОМ и сульфат декстран-натрия (DSS), чтобы вызвать поражения толстой кишки, положительные по бета-катенину, ЦОГ-2 и индуцибельной синтазе оксида азота.