Das Ziel dieser Studie ist es zu zeigen, wie die Mosaik-Transgenese-Strategie im Zebrafisch verwendet werden kann, um die relativen Beiträge mehrerer Onkogene zur Tumorinitiierung und -progression in vivo schnell und effizient zu bewerten.
Methodenartikel
Das Ziel dieser Studie ist es zu zeigen, wie die Mosaik-Transgenese-Strategie im Zebrafisch verwendet werden kann, um die relativen Beiträge mehrerer Onkogene zur Tumorinitiierung und -progression in vivo schnell und effizient zu bewerten.
Eine umfassende genomische Analyse hat eine überraschend große Anzahl genetischer Veränderungen bei verschiedenen Krebsarten aufgedeckt. Die robusten und effizienten Identifizierung onkogener "Treiber" unter diesen Tumoren und die Definition ihrer komplexen Beziehungen zu gleichzeitigen genetischen Veränderungen während der Tumorpathogenese bleibt eine gewaltige Aufgabe. In jüngster Zeit hat sich der Zebrafisch zu einem wichtigen Tiermodell für die Erforschung menschlicher Krankheiten entwickelt, vor allem wegen seiner einfachen Wartung, seiner hohen Fruchtbarkeit, seiner offensichtlichen Vorteile für die In-vivo-Bildgebung, der hohen Konservierung von Onkogenen und ihrer molekularen Signalwege, seiner Anfälligkeit für Tumorentstehung und vor allem wegen der Verfügbarkeit transgener Techniken, die für den Einsatz bei Fischen geeignet sind. Transgene Zebrafischmodelle von Krebs wurden häufig verwendet, um onkogene Signalwege in verschiedenen Tumorarten zu sezieren. Die Entwicklung eines stabilen transgenen Fischmodells ist jedoch sowohl mühsam als auch zeitaufwändig, und es ist noch schwieriger und zeitaufwändiger, die Zusammenarbeit mehrerer Gene bei der Krankheitspathogenese mit diesem Ansatz zu analysieren, der die Generierung mehrerer transgener Linien mit Überexpression der einzelnen Gene von Interesse erfordert, gefolgt von einer komplizierten Züchtung dieser stabilen transgenen Linien. Daher bietet die Verwendung eines mosaikartigen transienten transgenen Ansatzes im Zebrafisch einzigartige Vorteile für die funktionelle genomische Analyse in vivo. Kurz gesagt, Kandidatentransgene können in Wildtyp- oder transgene Zebrafischembryonen im Einzelzellstadium coinjiziert werden und gemeinsam in jede somatische Zelle in einem Mosaikmuster integriert werden, das zu gemischten Genotypen im selben primär injizierten Tier führt. Auf diese Weise kann schneller und kostengünstiger untersucht werden, ob und wie die Kandidatengene zusammenarbeiten können, um die Tumorentstehung voranzutreiben. Durch die vorübergehende Überexpression von aktiviertem ALK in den transgenen Fischen, die MYCN überexprimieren, zeigen wir hier die Zusammenarbeit dieser beiden Onkogene bei der Pathogenese eines pädiatrischen Krebses, des Neuroblastoms, das den meisten Formen der heutigen Behandlung widerstanden hat.
Krebserkrankungen sind progressive Erkrankungen, die durch die Anhäufung von pathologischen Mutationen, Deletionen und Chromosomen gewinnt mit der Zeit gekennzeichnet. Diese genetischen Anomalien können mehrere zelluläre Prozesse, die vom Zellzyklus, Zelltod, energetische Metabolismus und Zusammensetzung des Zytoskeletts zu Reaktionen wie Hypoxie Stress beeinflussen. Daher spiegelt die Tumorgenese kollektive Aktionen von mehreren genetischen Veränderungen in einem breiten Spektrum von biologischen Prozessen. Neue integrative genomische Forschung, einschließlich Sequenzierung ganzer Genome, Exoms Sequenzierung, die gezielte Sequenzierung, deep sequencing und genomweiten Assoziationsstudien haben eine wachsende Zahl von neuen genetischen Veränderungen im Wesentlichen alle Arten von Tumoren 1-4 identifiziert. In vielen Fällen gemeinsam auftreten die genetischen Läsionen in einem nicht-zufälligen Weise 5-8, was darauf hindeutet, ihre Zusammenarbeit bei der Krankheitsentstehung. Sezieren der onkogenen Rollen der großen Palette von aberrant exprimierter Gene resultierenden from diese genomische Veränderungen ist notwendig, um neue therapeutische Strategien zu entwickeln und um die Antworten von Tumorzellen gegenüber diesen Substanzen zu verstehen, aber das hat sich als eine schwierige Aufgabe sein, die eine sehr robuste Tiermodellsysteme für die Durchführung von Hochdurchsatz-funktionelle Genomanalyse vivo.
Obwohl Säugetiere, insbesondere Nagetiere, sind bevorzugte Modelle in der Krebsbiologie hat der Zebrafisch begonnen, erhebliche Aufmerksamkeit zu erregen. Die Knochenfische Zebrabärbling (Dario rerio) als Modellorganismus für die Entwicklungsstudie seit 1960 im Einsatz und wurde zum ersten Mal auf die Untersuchung von Tumor Pathogenese 1982 9-11 angewendet. Einfache Wartung, geringe Körpergröße, und hohe Fruchtbarkeit machen den Zebrafisch ein robustes Modell für eine groß angelegte Vorwärts genetischen Screens von Mutationen, die abnorme und pathologische Phänotypen 10 verleihen identifizieren. Die optische Transparenz der Zebrafischembryonen ist ein weiteres wichtiges Merkmal unterstützt breitere Verwendung dieser Krebs-Modell, wiesie ermöglicht in vivo-Bildgebung, um durchgeführt, um die Tumorentwicklung in Echtzeit 9 zu finden, eine Anwendung, die bei Nagern 12 relativ schwer werden. Neueste vergleichende Genomik Analyse der Zebrafisch Referenzgenom (ZV9) ergab 26.206 Protein kodierende Gene, mit 71% mit menschlichen Orthologe, von denen 82% sind mit krankheitsassoziierten Genen im Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) Datenbank 13 korreliert, 14. Folglich ist die Zebrafisch wurde verwendet, um diverse Arten von menschlichen Krebsarten, einschließlich Neuroblastom Muster 8, T-Zell-akute lymphatische Leukämie (T-ALL), 15,16, 17,18 Melanom, Ewing-Sarkom 19, Rhabdomyosarkom 20,21, Pankreaskarzinom 22, 23 und Leberzellkarzinom myeloischen malignen Erkrankungen, 24,25, und wurde ausgewählt, wie ein Krebs-Modell für die Xenotransplantation studiert 11,26.
Eine stabile transgeneAnsatz im Zebrafisch wird häufig verwendet, um die Wirkung der Verstärkung-of-Funktion von Genen in der normalen Entwicklung oder Pathogenese 27,28 studieren. Ein solches Modell (Figur 1A) zu entwickeln, injiziert man ein DNA-Konstrukt, das das Gen von Interesse durch einen gewebespezifischen Promotor in die Ein-Zellen Wildtyp-Embryonen angetrieben enthält. Drei bis vier Monate nach der Injektion, wenn die injizierten Embryos geschlechtsreif sind, werden sie mit Wildtyp-Fischen ausgekreuzt, um diejenigen, die die Integration des DNA-Konstrukts in ihrer Keimbahn, die sie als Gründer Fisch Bildschirm Lizenzen. Viele Faktoren, wie beispielsweise die Kopienzahl und die Integrationsstelle des Transgens, beeinflussen die Expression des Transgens in stabilen transgenen Linien. Somit, um eine transgene Tumormodell zu entwickeln, haben, mehreren stabilen transgenen Linien Expression eines einzelnen Onkogen, zunächst erzeugt und für die Linie, die das Transgen in einer Ebene, die zu Tumorentstehung führen könnte exprimieren gescreent werden. Allerdings, wenn die Überexpression eines Kandidaten oncogene toxisch für Keimzellen, ist es schwierig, eine stabile transgene Linie erzeugt durch direkte Überexpression des Transgens 29. Daher kann dieser Ansatz sehr zeitaufwändig sein, mit einem hohen Risiko des Scheiterns, um ein geeignetes Modell Krebs erzeugen.
Hier zeigen wir eine alternative Strategie, die auf Mosaik transiente Transgenese (1B), die einzigartige Vorteile gegenüber herkömmlichen stabilen Transgenese für funktionelle genomische Untersuchung in vivo zur Verfügung stellt. In diesem Ansatz werden eine oder mehrere transgene Konstrukte in der Ein-Zell-Stadium von transgenen und Wildtyp-Embryos injiziert. Die injizierten DNA-Konstrukte, die Transgene sind dann mosaik und zufällig in den Primär injiziert Fisch integriert, was zu einer gemischten Genotypen in mehreren Zellpopulationen in den einzelnen Fisch 30. Außerdem Koinjektion von mehreren DNA-Konstrukte in einem Zellembryonen zu Co-Integration in die gleiche Zelle an zufälligen Stellen, so dass man trace die Zellen mit Expression von Transgenen und erkunden Sie die Wechselwirkungen verschiedener Gene im Krankheitsentstehung in den Mosaik-Tiere 31. Als Beweis für das Prinzip, transient wir im peripheren sympathischen Nervensystems (PSNS) unter der Kontrolle des Dopamin-beta-Hydroxylase (d & bgr; h) Promotors in Wildtyp-Fisch und transgene Fische überexprimierenden MYCN überexprimiert Mutation aktiviert ALK (F1174L) mit mCherry Reportergens. ALK, das einen Rezeptor-Tyrosin-Kinase kodiert, ist das am häufigsten mutierte Gen in Hochrisiko-Neuroblastom 5-7,32,33. ALK (F1174L), als eine der häufigsten und potente somatischen aktivierenden Mutationen ist in überrepräsentiert MYCN- verstärkt Neuroblastom-Patienten mit hohem Risiko und wirkt synergistisch mit MYCN Expression auf Neuroblastom Tumorentstehung in der stabilen transgenen Mäusen und transgenen Zebrafisch Modelle 8,34,35 beschleunigen. Durch Mosaiktransiente Überexpression von ALK (F1174L) mit mCherry im MYCN transgene Fische, rekapituliert wir die Beschleunigung der in der stabilen transgenen Fischen Überexpression sowohl ALK (F1174L) und MYCN beobachteten Tumor Beginn, was darauf hindeutet, dass das Mosaik Transgenese Strategie kann schnell und effizient eingesetzt werden Bewertung der relativen Beiträge mehrerer Onkogene in Tumorinitiation in vivo.
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HINWEIS: Alle Zebrafisch Studien und Pflege der Tiere wurden in Übereinstimmung mit der Mayo-Klinik Institut IACUC genehmigten Protokoll # A41213 getan.
1. DNA-Konstrukte für Transgenese
2. Mikroinjektion
3. Bildschirm für stabile oder Mosaic transgene Fische
4. Tumor Watch in Mosaic transgene Fische
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Um zu untersuchen, ob die Überexpression von Mutation aktiviert ALK F1174L oder Wildtyp-ALK konnte mit MYCN in Neuroblastom-Induktions zusammenzuarbeiten, überexprimiert wir entweder aktivierten menschlichen ALK oder Wildtyp-menschlichen ALK unter der Kontrolle der d & bgr; h Promotor in der PSNS transgener Fische überexprimierenden MYCN. Eine der folgenden Konstrukte, dβh - ALKF1174L oder dβh - in einzelligen Wildtyp oder ...
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In dieser repräsentativen Studie verwendeten wir transiente Co-Injektion und Co-Expression von aktivierten ALK mit dem mCherry Reportergens in MYCN exprimierenden transgene Fische, um zu zeigen, dass diese Gene zusammenarbeiten, um deutlich zu beschleunigen den Ausbruch von Neuroblastom, im Einklang mit unseren früheren Feststellung in Verbindung stabil transgene Fische Koexpression beide aktiviert ALK und MYCN 8. Dieses Mosaik transgenen Ansatz besitzt mehrere deu...
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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.
Wir danken Dr. Jeong-Soo Lee dafür, dass er den transgenen Fisch Tg(dbh:EGFP-MYCN) in unserer Studie mit uns geteilt hat. Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium 1K99CA178189-01 des National Cancer Institute, ein Stipendium der Pablove Foundation und der Friends for Life sowie Young Investigator Awards von der Alex's Lemonade Stand Foundation und der CureSearch for Children's Cancer Foundation unterstützt.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Erweitern Sie das PCR-System mit langen Vorlagen | Roche Applied Science, IN | 11681834001 | |
| pCR-TOPO-Vektor | Invitrogen, CA | 451641 | |
| T4 DNA-Ligase | New England Biolabs, MA | M0202M | |
| Gateway LR Clonase II Enzym Mix | Invitrogen, CA | 11791-100 | |
| Gateway® BP Clonase® II Enzymmix | Invitrogen, CA | 11789-020 | |
| GC-REICHES PCR-SYSTEM  | Roche Applied Science, IN | 12 140 306 001 | |
| Meganuklease I-SceI | New England Biolabs, MA | R0694S | |
| Nikon SMZ-1500 stereoskopisches Fluoreszenzmikroskop | Nikon, NY | ||
| Nikon Digitalvisier DS-U1 Kamera | Nikon, NY |
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