我们提出了一种利用RIP-Tag; RIP-tva小鼠模型展示新型体细胞基因转移系统的研究方案,用于分析基因在转移过程中的功能。通过心内注射将禽类逆转录病毒递送至成年小鼠体内,以确保将基因导入胰腺β细胞的癌前非侵袭性病灶中。
方法文章
我们提出了一种利用RIP-Tag; RIP-tva小鼠模型展示新型体细胞基因转移系统的研究方案,用于分析基因在转移过程中的功能。通过心内注射将禽类逆转录病毒递送至成年小鼠体内,以确保将基因导入胰腺β细胞的癌前非侵袭性病灶中。
转移性癌症导致了90%的实体瘤患者死亡。迫切需要更深入地了解癌症转移的驱动因素,并确定新的治疗靶点。为了研究从原发性癌症进展为转移性癌症过程中的分子事件,我们开发了一种双转基因小鼠模型RIP-Tag; RIP-tva。在此小鼠模型中,大鼠胰岛素启动子(RIP)驱动SV40 T抗原(Tag)以及A亚群禽类白血病病毒受体(tva)在胰腺β细胞中的表达。这些小鼠会以100%的外显率发展出胰腺神经内分泌肿瘤,其发生过程经历明确的阶段,类似于人类肿瘤的发生过程,包括增生、血管生成、腺瘤和侵袭性癌等阶段。由于RIP-Tag; RIP-tva小鼠不会自发产生转移性疾病,因此可以方便地识别促进转移的遗传改变。通过心内注射携带目标遗传改变的禽类逆转录病毒,可实现对表达tva的、正在增殖的胰腺β细胞癌前病变进行体细胞基因转移。每毫升感染单位数超过>1 × 108的病毒滴度被认为适合用于体内感染。此外,禽类逆转录病毒能够高效感染从RIP-Tag; RIP-tva小鼠肿瘤中建立的细胞系。这些细胞系也可用于鉴定和表征促转移因子。本文将演示如何利用该小鼠模型及细胞系来评估候选基因在肿瘤转移中的功能。
大多数癌症源于体细胞突变1。传统的基因工程小鼠模型(GEMM)在揭示特定遗传改变对肿瘤发生的作用方面提供了重要见解2。然而,这些模型存在若干局限性。此类模型的主要缺点在于无法模拟人类肿瘤形成的散发性特征,即仅组织中的部分细胞获得遗传改变。此外,转基因和基因敲除小鼠的突变属于生殖系突变,可能影响发育过程。而且,构建这些小鼠模型的成本高昂且耗时较长。
转移是癌症领域中的一个重要问题。在基因工程小鼠模型(GEMM)中建立转移模型一直较为困难。在小鼠中,自发性转移极为罕见。GEMM转移模型的外显率具有变异性,且潜伏期较长3。实验性转移模型通过将细胞直接注射到小鼠循环系统中,从而绕过了转移级联反应的早期步骤。
为了克服上述在小鼠模型中研究转移因子的一些局限性,我们开发了一种双转基因小鼠模型 RIP-Tag; RIP-tva4。该策略基于将高度同步的肿瘤进展小鼠模型 RIP-Tag 5 与A亚群禽白血病病毒受体 tva 6,7 相结合。RIP-Tag; RIP-tva 小鼠模型允许将基因以体细胞方式导入单一的双转基因小鼠品系中。SV40 T抗原可抑制Rb和p53的肿瘤抑制功能,小鼠由此发生胰腺神经内分泌肿瘤,其发生过程与人类肿瘤发生相似,包含增生、血管生成、腺瘤及侵袭性癌等阶段。该 RIP-Tag 模型极大地促进了我们对癌症特征的理解,其应用不仅限于胰腺神经内分泌肿瘤,还已被用于临床前试验 8。
我们介绍了一种通过心内注射禽类逆转录病毒至RIP-Tag; RIP-tva小鼠体内实现体细胞基因转移的实验方案。使用RCASBP衍生的禽类逆转录病毒成功感染靶细胞的前提是靶细胞处于活跃增殖状态。因此,我们选择7周龄的RIP-Tag; RIP-tva小鼠进行实验,此时约50%的胰岛已出现增生。为达到10–20%的感染效率,需向左心室进行高滴度病毒的心内注射4。该递送方式可减少病毒颗粒在到达胰岛前因血液循环而造成的显著稀释。
利用这一方法,我们先前已证明Bcl-xL可促进癌症转移,且该作用独立于其抗凋亡功能4,9。在RIP-Tag; RIP-Bcl-xL小鼠模型中,当Bcl-xL在整个肿瘤发生过程中于所有胰腺β细胞中通过转基因表达时,并未观察到这种不依赖抗凋亡作用的转移功能10。因此,我们的小鼠模型为研究在肿瘤发生后期阶段表达的基因功能提供了独特的机会。由于在未感染病毒的RIP-Tag; RIP-tva双转基因小鼠中,仅有2%-4%的胰岛会发展为肿瘤,且并非所有癌前病变均被RCASBP来源的禽类逆转录病毒感染,因此只有那些相较于肿瘤自然进程具有选择性优势的因子才能被鉴定出来。特别是转移相关因子最容易通过该方法被识别,因为在RIP-Tag; RIP-tva小鼠中通常不会发生向胰腺淋巴结或其他器官的转移。
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伦理声明:动物实验严格按照威尔康奈尔医学院动物护理和使用委员会制定的指南和规定进行。
1. 禽逆转录病毒载体的选择(基于RCASBP(A)或基于RCANBP(A))
2. 鸡成纤维细胞DF1细胞系中的病毒增殖
3. In Vivo 感染 RIP-Tag; RIP-tva 小鼠
4. 肿瘤的组织病理学分析
5. 体外 感染表达tva的细胞
进行体外感染时,无需使用浓缩病毒。in vitro 感染可采用以下所述的两轮感染方案。如需进行更多轮次的感染,可重复执行以下方案。
6. PCR 实验方案
所有溶液应尽快在冰上配制。可为大量样品预先配制不含模板的主混合液(mastermix),并分装至各PCR管中。将每种试剂所需用量乘以样品数量。在加入主混合液前,通过轻弹混匀试剂,并用移液器吸头轻轻吹打混匀。每向主混合液管中加入一种试剂后,均需用移液器反复吸打数次,以确保吸头内残留液体完全转移。
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基于RCASBP的病毒对RIP-Tag; RIP-tva肿瘤细胞的体内(in vivo)和体外(in vitro)感染率分别约为20%和80%20。在RIP-Tag; RIP-tva小鼠模型中,每只小鼠约有400个胰岛,其中约4%会自然发展为肿瘤20;因此每只小鼠体内均有足够数量的肿瘤细胞,可用于对病毒递送基因的潜在效应进行组织学和表型分析。利用该系统,研究人员鉴定出Bcl-xL在转移过程中的一种新的核功能9。感染RCASBP-Bcl-xL的RIP-Tag; RIP-tva小鼠比感染对照病毒RCASBP-ALPP的小鼠更易发生侵袭性癌(96% vs. 74%)。此外,在16周龄实施安乐死时,47%感染RCASBP-Bcl-xL的RIP-Tag; RIP-tva小鼠在胰腺淋...
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在本研究中,我们描述了一种强大的小鼠模型RIP-Tag; RIP-tva,该模型可通过禽类逆转录病毒实现体细胞基因递送,用于鉴定和表征转移性因子。尽管RIP-Tag; RIP-tva小鼠会发展出胰腺神经内分泌肿瘤,但在此小鼠模型中鉴定出的转移性因子也可能促进其他类型癌症的转移。
我们的方法能够以时间可控的方式将体细胞遗传改变特异性地引入胰腺β细胞的癌前病变中,从而更真实地模拟人类散发性肿瘤的发生过程。该方法避免了传统转基因模型中因目的基因在发育过程中异位表达而对正常组织形成造成的潜在干扰。此外,与制备转基因小鼠相比,构建携带目的基因的禽类逆转录病毒载体更为快速。由RCASBP衍生的禽类逆转录病毒载体可将cDNA(≤2.5 kb)、shRNA、miRNA及其他非编码RNA递送至表达tva的细胞中 体外 和 体内感染效率(以及多重感染效率)取决于靶细胞的增殖速率和细胞的可及性。滴度为 >1 × 108 每毫升感染单位是必需的 体内 感染。可实现更高效的病毒递送
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作者无任何利益冲突需要披露。
感谢 Harold Varmus、Brian C. Lewis、Douglas Hanahan、Danny Huang、Sharon Pang、Megan Wong 和 Manasi M. Godbole。Y.C.N.D. 的研究由美国国防部资助项目 W81XWH-16-1-0619 和美国国立卫生研究院资助项目 1R01CA204916 支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| RCASBP-Y DV 质粒 | Addgene | 11478 | |
| RCAS-RNAi 质粒 | Addgene | 15182 | |
| DMEM | Corning | 10-013-CV | |
| 胎牛血清 | Atlanta Biologicals | 25-005-CI | |
| L-谷氨酰胺,100倍浓度 | Corning | 25-005-CI | |
| 青霉素-链霉素溶液,100倍浓度 | Corning | 30-002-CI | |
| PBS-/-,1倍浓度 | Corning | 21-040-CV | |
| Superfect | Qiagen | 301305 | |
| 聚烯烃离心管 | Beckman Coulter | 326823 | |
| 0.45 mm Nalgene 带PES膜的注射器滤器 | Thermo Scientific | 194-2545 | |
| 胰岛素注射器 | BD | 329461 | |
| 突触素(synaptophysin) | Vector Laboratories | VP-S284 | |
| VECTASTAIN Elite ABC HRP试剂盒(辣根过氧化物酶,兔IgG) | Vector Laboratories | PK-6101 | |
| 含Buffer II的AmpliTaq DNA聚合酶 | Life Technologies | N8080153 | |
| MyTaq DNA聚合酶 | Bioline | BIO-21106 |
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