Модель даніо в боротьбі з раковими лікарськими науками
Памела Фолкель 1, Бабара Дюпре 2, Сюефен Ле Бурші 2 та П’єр-Олів’є Ангранд 2 *
1 CNRS Lille, Inserm U908, University of Lille, Building SN3, Cité Scientifique, 59655 Villeneuve d´Ascq, Франція
2 Inserm U908, Університет Лілля, будівля SN3, Cité Scientifique, 59655 Villeneuve d´Ascq, Франція
Через зручність використання культура клітин залишається матеріалом вибору для вивчення механізмів, що беруть участь у раку. Однак культивування клітин часто є причиною втрати деяких їх характеристик та набуття нових властивостей. Крім того, тваринні моделі мають важливе значення для вивчення фізіологічних та патологічних явищ, таких як туморогенез. Серед моделей тварин, що використовуються в онкології, даніо є особливо актуальною моделлю. Дійсно, легкість і низькі витрати на вирощування даніо, а також широкий спектр можливостей з точки зору генетичних маніпуляцій та візуалізації. у природніх умовах віднести цю модель хребетних до найвидатніших інструментів для вивчення раку. Цей огляд спрямований на аналіз внеску та потенціалу даніо в боротьбі з раком.
Хоча культури клітин та миші залишаться наріжним каменем досліджень раку, унікальні можливості даніо окреслюють потенціал цієї моделі для пролиття світла на біологію раку у природніх умовах. У даніо розвивається рак спонтанно, після хімічного мутагенезу або через генетичні маніпуляції. Крім того, рак даніо подібний до пухлин людини на гістологічному та молекулярному рівнях, що дозволяє вивчати ініціацію, прогресування та гетерогенність пухлини. Ксенотрансплантація ракових клітин людини в ембріонах або дорослих даніо дає перевагу слідування поведінці ракових клітин у природніх умовах. Нарешті, ембріони даніо використовуються на молекулярних екранах і сприяють визначенню нових протиракових терапевтичних стратегій. Тут ми розглядаємо різні інволюції моделі даніо у дослідженнях раку.
Данио - це невеликий телест на 1 3-4 см від родини Cyprinidae, корінний в Індії та на Малайському півострові. Розведення його надзвичайно просто, недорого, і кожна самка може відкласти 100-200 яєць на тиждень. Відбувається запліднення та розвиток ембріонів ex utero, і швидко, оскільки більшість органів встановлюються на місці протягом перших 24 годин розвитку. Відносна прозорість ембріонів дозволяє органогенезу стежити за клітинною роздільною здатністю. Але справжня сила моделі даніо була продемонстрована завдяки використанню прямих великомасштабних генетичних скринінгів, які ідентифікували мутантів, у яких впливав на розвиток практично всіх органів та типів клітин [3, 4]. Потужні методи зворотної генетики, такі як трансгенез [5], або методи редагування геному TALEN (активатор транскрипції, подібні ефекторні нуклеази) та система CRISPR/Cas9 застосовуються до даніо [52, 53] .
Див. «Синтез Б. Дюпрета та П. О. Ангранда», РС n ° 2, лютий 2014 р., стор. 186, та Новини Х. Гільгенкранца, РС n ° 12, грудень 2014 року, сторінка 1066
Усі ці характеристики та той факт, що 70% людських генів мають принаймні один ортолог у даніо [6], роблять його моделлю вибору для вивчення розвитку [54, 55], а також для досліджень. Поступальний [56] .
Див. Синтез М. Еккера та М. А. Акіменка, РС № 6, червень 1991 р., сторінка 553 та «Новини К. Кісси» та ін., м/с n ° 8-9, серпень-вересень 2007 р., сторінка 698
Див. Синтез Л. Риккебюша, РС n ° 10, жовтень 2015 року, сторінка 912
Данири були першими видами риб, що використовувались в тестах на канцерогенез. У 1960-х роках Марл Стентон справді показав, що його вплив N-нітрозодіетиламіну (DEN) спричиняє появу пухлин печінки [7], тоді як рівень захворюваності на рак у цієї риби зазвичай відносно слабкий [8]. Вплив різних канцерогенів, таких як N-нітрозо-N-етилуреа (ENU), 7,12-диметилбензантрацен (DMBA) або N-метил-N'-нітро-N-нітрозогуанідин (MNNG), також є джерелом походження поява у риб декількох типів новоутворень, таких як папіломи шкіри, рабдоміосаркоми 2, семіноми 3, пухлини товстої кишки, нирок, яєчників, підшлункової залози або судин [9-11]. Окрім того, що вони гістологічно подібні до раку людини, вони виявляють схожість молекулярних змін із тими, що спостерігаються при пухлинах людини [12, 13]. Ці дослідження канцерогенезу, у поєднанні з атрибутами, які зробили даніо успішною у дослідженні біології розвитку, роблять цю рибу винятковою моделлю для онкологічних досліджень. (Фігура 1).
Мутагенез для моделі канцерогенезу
СЛОВНИК
Akt1: протеїнкіназа В альфа
apc: аденоматозний поліпоз
brca2: антиген раку молочної залози 2
cd10: поширений гострий антиген лімфобластного лейкозу
CDKN2A: інгібітор циклінозалежної кінази 2А
dnaaf 1: динеїн, аксонемальний, коефіцієнт складання 1
fgf8: фактор росту фібробластів 8a
fli1: друг інтеграція вірусу лейкемії 1
LMO2: Лише домен LIM 2
mitfa: фактор транскрипції, пов'язаний з мікрофтальмією
млг: гомолог mutL
mTOR: мішень рапаміцину
myf5: міогенний фактор 5
myog: міогенін
nf1/2: нейрофібромін 1/2
PI3K: фосфоїнозитид 3-кіназа
ptena/b: фосфатаза та гомолог тензину A/B
ганчірка2: активація рекомбінації 2
rb1: ретинобластома 1
TAL1/SCL: Т-клітинний гострий лімфобластний лейкоз 1/лейкоз стовбурових клітин
тет: тет-метилцитозин-діоксигеназа 2
tp53: білок пухлини p53
Мутантна зебра, моделі в онкології.
Трансгенез і даніо
Алотрансплантати та ксенотрансплантати пухлинних клітин
Трансплантація пухлинних клітин в організм одного виду (алотрансплантат) або іншого виду (ксенотрансплантат) є ключовим підходом, що дозволяє вивчити пухлинність цих клітин в середовищі цілого організму.
Методи трансплантації пухлинних клітин дуже добре зарекомендували себе у імуносупресованих мишей (таких як миші NOD/SCID/IL2rg tmWjl/sz) 5. Тим не менше, даніо виявляється дуже цікавою додатковою моделлю. Як і у мишей, трансплантація пухлинних клітин у дорослих риб вимагає змін її імунної системи (випромінюванням, хімічним чи генетичним способом, як у мутантів rag2 E450fs). Сингенні риби також дозволяють виконувати алотрансплантацію без відхилення імплантатів. Напівпрозорі мутанти Каспер [35] (Малюнок 2А) дозволяють добре контролювати розвиток пухлини у природніх умовах [36].
Тому ксенотрансплантація клітин використовується для прогнозування пухлинної та метастатичної сили ракових клітин. Цей тип експериментів також є чудовою платформою для оцінки або дослідження протипухлинних молекул.
Ілюстрація найпоширеніших місць ін’єкцій, що використовуються в експериментах з ксенотрансплантації в 2-денних ембріонах даніо. Багато клітинних ліній людини з різних органів використовували і вводили в різні місця ембріона.
Ідентифікація протипухлинних молекул
Завдяки своїм невеликим розмірам, ембріони і личинки даніо забезпечують ідеальні системи для широкомасштабних фармакологічних скринінгів молекул, які можна проводити на 96-лункових культуральних пластинах. Таким чином, у контексті досліджень раку було виявлено декілька цікавих молекул.
Переваги та обмеження моделі даніо в онкології
| Багато прозорі ембріони швидко розвиваються ex utero | Рибки даніо мають короткий термін життя, обмежуючи вивчення ракових захворювань, пов’язаних зі старінням |
| Данио - це хребетні, які мають імунну систему, подібну до людської | Певні органи (легені, молочна залоза, простата) у даніо відсутні. Інші (нирки) є спрощеними версіями |
| Доступно багато мутантів | Частота спонтанних ракових захворювань низька |
| Доступні потужні методи прямої та зворотної генетики | Рибки даніо мають два ортологи для певних генів після дублювання геному в телеостах |
| Доступно багато трансгенних ліній | Є кілька ефективних антитіл у даніо |
| У даніо дані пухлини гістологічно та молекулярно подібні до пухлин людини | Органи данини (кровоносні судини) мають менші розміри, ніж люди |
| Прозорість ембріонів та відсутність пігментації мутантів дозволяють контролювати ріст пухлини у природніх умовах | Рибки даніо поікілотермічні (холоднокровні тварини) і ростуть при температурі 28 ° С, а не 37 ° С; Тому дослідження, пов'язані з роллю температурного гомеостазу в онкогенних фенотипах, обмежені |
| Трансплантація ракових клітин людини в ембріон даніо дозволяє вивчити властивості цих клітин | Ксенотрансплантовані ембріони підтримують при температурі 35 ° C. Ця температура не впливає на розвиток даніо, але може вплинути на результати дослідження |
| Екран молекул дозволяє ідентифікувати протипухлинні сполуки | Сполуки потрапляють через травну систему, шкіру та зябра |
Ксенотрансплантаційна модель клітин пухлин людини в ембріонах даніо - це система, яка дозволяє характеризувати або ідентифікувати нові терапевтичні молекули, активні проти раку [48-50]. Фіор та ін. [51] нещодавно показав, що ксенотрансплантація пухлинних клітин у пацієнтів може бути використана для перевірки реакції клітин на хіміотерапію. Отже, цей підхід поміщає модель ксенотрансплантата в ембріон даніо в рамках стратегій боротьби з раком в персоналізованій медицині.
Висновок
Хоча культури клітин та миші залишаються центральними елементами досліджень раку, характеристики даніо роблять її особливо цікавою моделлю. Однак він має ряд обмежень (див. рамку). Зокрема, даніо має два ортологи для певних генів, що беруть участь у раку, таких як NF1 або ПТЕН, який з’явився в результаті дублювання геному у спільного предка телеостів, ускладнюючи тим самим їх вивчення. Інші гени, як відомо, мають певну роль у раку BRCA1 або CDKN2A відсутні у рибок даніо [6]. Однак є значні докази того, що рак даніо подібний та виявляє різні аспекти людського туморогенезу. Таким чином, ця модель використовується для вивчення молекулярних шляхів, що беруть участь у раку, ролі клітинного середовища в прогресуванні пухлини та навіть для ідентифікації протипухлинних молекул.
Посилання, що цікавлять
Автори заявляють, що не мають ніякого інтересу стосовно даних, опублікованих у цій статті.
Телеост - це риба з окостенілим скелетом.