Übersichtsartikel

Caenorhabditis elegans: Ein vielseitiges in-vivo-Modell zur Entschlüsselung konservierter onkogener Signalwege

DOI:

10.3791/72682

⸱

14. August 2026

 , 
1Institute of Pediatrics, Children's Hospital of Fudan University, 2Department of Rheumatology, The Second Affiliated Hospital of Jiaxing University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Diese Übersichtsarbeit bewertet Caenorhabditis elegans als komplementäres in-vivo-Modell für die Erforschung von Krebswegen, wobei der Schwerpunkt auf konservierten RTK-RAS-ERK-, Notch- und Wnt-Signalwegen, repräsentativen Mutanten, quantitativen Endpunkten, genetischen Werkzeugen, Antikrebs-Screenings und Anwendungen basierend auf Chemorezeption liegt.

Zusammenfassung

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Caenorhabditis elegans (C. elegans) ist ein genetisch gut handhabbares, transparentes und kostengünstiges Vielzeller-Modell, das eine Brücke zwischen herkömmlichen Zellkultur-Assays und Säugetiersystemen für die mechanistische Krebsforschung schlägt. Dieser pfadweisen Fokusierende Überblick behandelt repräsentative Studien zu konservierten RAS/MAPK-, Notch- und Wnt-Signalwegen und ist strukturiert entlang der Themen Pfadkonservierung, Mutantenstämme, quantitative Phänotypen, genetische Werkzeuge sowie Anwendungen in Mechanismusstudien, Wirkstoffscreenings und Chemosensations-basierten Assays. Zunächst beschreiben wir die Konservierung von Pfadkomponenten und tumorspezifischen Phänotypen, einschließlich der Überproliferation der Keimbahn und des Multivulva-(Muv-)Phänotyps. Danach listen wir repräsentative Mutanten auf, wie beispielsweise die Funktionsgewinn-Mutanten glp-1 und let-60 sowie Funktionsverlust-Modelle wie gld-1 und lip-1, die die Analyse von Stammzell-Erhaltung, ektopischer Proliferation und Signalstörungen ermöglichen. Außerdem erörtern wir verfügbare Werkzeuge zur Modellkonstruktion, darunter RNA-Interferenz, Transgenese, MosTIC, TALENs und CRISPR/Cas9, und beleuchten deren Stärken und Grenzen für genetische Funktionsstudien im Kontext von Krebserkrankungen. Schließlich fassen wir publizierte Anwendungen von C. elegans im Bereich der Antikrebs-Wirkstoffforschung, Pfadentdeckung und tumorspezifischen Chemosensation zusammen. Durch die Kombination genetischer Konservierung mit skalierbarer in vivo-Phänotypanalyse bietet C. elegans eine ergänzende Plattform für Hypothesenbildung, Pfadvalidierung und die frühe Entdeckung therapeutischer Ansätze, wobei seine Einschränkungen hinsichtlich adaptiver Immunität und Organ-Komplexität bei der Übertragung der Ergebnisse auf die menschliche Tumorbio­logie berücksichtigt werden sollten.

Einleitung

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Krebs bleibt eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität weltweit. GLOBOCAN 2022 schätzte, dass es weltweit fast 20 Millionen neue Krebsfälle und 9,7 Millionen Krebstodesfälle gab, einschließlich nicht-melanomartiger Hautkrebserkrankungen1. Da erwartet wird, dass die Inzidenz von Krebserkrankungen mit dem Bevölkerungswachstum und der Alterung zunimmt2, sind experimentelle Systeme, die evolutionär konservierte Mechanismen aufklären und eine effiziente Priorisierung von Zielstrukturen unterstützen können, nach wie vor unverzichtbar.

Krebsmechanismen werden üblicherweise in Kulturen von Zellen untersucht und anschließend in Wirbeltiermodellen getestet. Zellkulturen können jedoch die Physiologie eines gesamten Organismus nicht reproduzieren, während Studien an Wirbeltieren kostspielig und vergleichsweise durchsatzarm sind. Ein ergänzendes Modell, das genetische Veränderbarkeit, einen multizellulären Kontext und eine schnelle experimentelle Durchführung kombiniert, kann daher ausgewählte Fragestellungen zwischen in vitro-Analysen und der Validierung an Säugetieren verbinden.

Caenorhabditis elegans (C. elegans) besetzt diese komplementäre ökologische Nische. Bei 20 °C entwickelt es sich in etwa 3 Tagen vom Embryo zum fruchtbaren Erwachsenen, hat eine typische Laborlebensdauer von 2–3 Wochen und produziert etwa 300 Nachkommen durch Selbstbefruchtung3. OrthoList 2 identifizierte C. elegans-Orthologe für 10.678 der 20.310 menschlichen proteincodierenden Gene (52,6 %)4, während eine frühere vergleichende proteomische Analyse menschliche Homologe für etwa 83 % des C. elegans-Proteoms nachwies5. Außerdem weisen etwa 72 % der katalogisierten menschlichen Krebstreibergene mindestens ein C. elegans-Ortholog auf6. Zu den konservierten Prozessen gehören Apoptose, Zellzyklusregulation, Stoffwechsel, Stressantworten sowie die RTK–RAS–ERK-, Notch-, Wnt-, TGF-β- und Insulin/IGF-Signalwege3,4,6. Dennoch bedeutet Orthologie nicht vollständige funktionelle Äquivalenz, und der Wurm besitzt keine Wirbeltierorgane, keine adaptive Immunität, keine Angiogenese und kein Kreislaufsystem6.

Dieser Überblick konzentriert sich auf die Signalwege RTK (Rezeptor-Tyrosinkinase)–RAS–ERK, Notch und Wnt, da diese evolutionär konserviert sind, häufig bei menschlichem Krebs dysreguliert vorkommen und mit leicht bewertbaren C. elegans-Phänotypen verknüpft sind. Wir unterscheiden echte Keimbahntumore von entwicklungshyperplastischen Veränderungen oder ektopischen Zelltyp-Phänotypen, fassen repräsentative Stämme und quantitative Messgrößen zusammen, überprüfen genetische Werkzeuge zur Modellkonstruktion und erörtern Studien, in denen Experimente am Fadenwurm Antikrebs-Mechanismen aufklärten oder die Priorisierung von Wirkstoffen ermöglichten.

Überprüfung und Perspektive

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Erhaltung onkogener Signalwege in C. elegans
Krebs wird durch Kombinationen genetischer und epigenetischer Veränderungen verursacht, die die Proliferation, Differenzierung, das Überleben, die Genomintegrität, den Stoffwechsel und die Wechselwirkungen mit der Mikroumgebung stören. C. elegans kann nicht alle Merkmale menschlicher Malignome nachbilden, ermöglicht jedoch die Untersuchung konservierter Funktionen von Signalwegen im Kontext eines gesamten Organismus. Die aussagekräftigsten Modelle kombinieren daher eine definierte molekulare Läsion mit einem messbaren Phänotyp und einer klar formulierten Analogie zum menschlichen Krebs.

RTK-RAS-ERK-Signalübertragung
Die Aktivierung von Rezeptortyrosinkinasen (RTK) fördert die Dimerisierung oder Umordnung der Rezeptoren sowie die trans-Autophosphorylierung zytoplasmatischer Tyrosinreste7. Phosphotyrosin-Dockstelle rekrutieren Adapterproteine und Guaninnukleotid-Austauschfaktoren, die RAS vom GDP-gebundenen in den GTP-gebundenen Zustand überführen7,8. RAS-GTP rekrutiert RAF-Kinasen an die Plasmamembran, wo die Aktivierung von RAF die RAF–MEK–ERK-Kinasekaskade einleitet8,9. Aktiviertes ERK phosphoryliert zytoplasmatische und nukleäre Substrate, die Proliferation, Differenzierung, Überleben und Zellschicksal regulieren10. Onkogene RAS-Mutationen oder fehlerhafte RTK-Aktivität können daher die Signalwegaktivität unabhängig von der normalen extrazellulären Kontrolle aufrechterhalten8,11.

C. elegans kodiert mehrere RTKs, darunter LET-23/EGFR und EGL-15/FGFR12. Während der Vulva-Induktion aktiviert LIN-3/EGF LET-23 und die konservierte SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK-Kaskade12,13,14. Die ERK-abhängige Regulation von LIN-1 und LIN-31 bestimmt das Schicksal der vulvären Vorläuferzellen12,15. Eine verminderte Aktivität des Signalwegs führt zu einem vulvaless-Phänotyp, während eine übermäßige Aktivierung – beispielsweise durch funktionserhöhende let-60-Allele – zum multivulva (Muv)-Phänotyp führt15,16. Derselbe Signalweg reguliert außerdem die Entwicklung des Ausscheidungsgangs, die Verbindungen zwischen Uterus und Vulva sowie mehrere Prozesse in männlichen Tieren und in der Keimbahn12,17,18,19. Die Signalübertragung über EGL-15/FGFR steuert die Migration der Geschlechtsmuskulatur-Vorläuferzellen, die Muskelhomöostase, die Axonführung und die Flüssigkeitsregulation20,21,22,23. Da die Aktivität des Signalwegs gewebe- und entwicklungsspezifisch ist, werden aussagekräftige, krebsspezifische Modelle durch eine definierte molekulare Läsion, einen relevanten Gewebe-Kontext und eine quantitative Messgröße charakterisiert12.

Notch-Signalübertragung
Notch ist ein kontaktabhängiger Signalweg, bei dem ein membrangebundenes Delta/Serrate/LAG-2 (DSL)-Ligand auf einer Zelle einen Notch-Rezeptor auf einer benachbarten Zelle aktiviert24,25. Während der Rezeptormaturation erfolgt ein S1-Schnitt im sekretorischen Weg24. Die Ligandenbindung macht dann die S2-Stelle für Proteasen der ADAM-Familie zugänglich, gefolgt von einem S3-Schnitt durch die γ-Sekretase24,25. Die freigesetzte intrazelluläre Notch-Domäne gelangt in den Zellkern und bildet dort einen transkriptionellen Komplex mit DNA-bindenden Proteinen der CSL-Familie und Co-Aktivatoren der Mastermind-Familie24. In C. elegans entsprechen den kernbezogenen Faktoren LAG-1 und SEL-825.

C. elegans besitzt zwei Notch-Rezeptoren, LIN-12 und GLP-125. In der erwachsenen Keimbahn liefern die distalen Spitzenzellen (DTCs) DSL-Liganden, hauptsächlich LAG-2 und APX-1, an GLP-1 auf benachbarten Keimbahn-Stamm- bzw. Vorläuferzellen (GSCs)26,27. Hohe GLP-1-Aktivität erhält die mitotische Proliferation; wenn sich die Zellen von der DTC entfernen, ermöglicht eine verringerte Notch-Signalübertragung, dass die GLD-Wege den Eintritt in die Meiose fördern28,29. Verlustfunktionserhaltende glp-1-Allele können eine ektope Mitose aufrechterhalten und Keimbahntumore erzeugen25,30. LIN-12 steuert mehrere Entscheidungen im somatischen Zellschicksal, einschließlich der Entscheidung zwischen Ankerzelle und ventralem Uterus; konstitutive LIN-12-Aktivität in vulvalen Vorläuferzellen erzeugt ein Multivulva-(Muv-)Phänotyp, und aktiviertes GLP-1 kann vulvale Zellschicksale ektopt festlegen25,31,32.

Proximale Keimbahntumore können auch über einen nichtzellautonomen „latenten Nischen“-Mechanismus entstehen33. Bei pro-1-Mutanten oder glp-1(ar202)-Gain-of-Function-Mutanten ermöglicht die verzögerte Eintritt in die Meiose undifferenzierten proximalen Keimzellen, auf DSL-Liganden wie APX-1 und ARG-1 reifender gonadaler Hüllzellen zu treffen33. Eine anhaltende GLP-1/Notch-Aktivierung erhält daraufhin die Mitose und die Tumoraufrechterhaltung aufrecht33. Im Gegensatz dazu verursacht der Verlust von gld-1 Keimbahntumore durch einen Ausfall der meiotischen Differenzierung und sollte nicht als direkte Aktivierung des Notch-Signalwegs klassifiziert werden34.

Wnt-Signalübertragung
Die Wnt-Signalübertragung reguliert das Zellschicksal, die Polarität, Migration und Proliferation über mehrere kontextabhängige Zweige35,36. Im kanonischen β-Catenin-Weg hemmt die Bindung von Wnt an Frizzled und LRP5/6 den AXIN–APC–GSK3–CK1-Zerstörungskomplex, wodurch β-Catenin akkumulieren und im Zellkern mit TCF/LEF-Faktoren zusammenwirken kann35,36. Eine Fehlregulation dieses Weges spielt eine zentrale Rolle bei mehreren menschlichen Krebserkrankungen, insbesondere beim kolorektalen Karzinom36.

C. elegans nutzt sowohl einen BAR-1/β-Catenin-abhängigen kanonischen Signalweg als auch einen abweichenden Wnt/β-Catenin-Asymmetrie-Signalweg37,38. Die BAR-1-abhängige Signalübertragung spielt eine Rolle bei der Zell-Schicksalsentscheidung nach der Embryogenese, einschließlich der Vulva-Entwicklung37,38. Im Asymmetrie-Signalweg verringern WRM-1/β-Catenin und LIT-1/NLK den nukleären Gehalt an POP-1/TCF in einer Tochterzelle, während SYS-1/β-Catenin als transkriptioneller Co-Aktivator fungiert; ungleiche Konzentrationen von POP-1 und SYS-1 führen zu unterschiedlichen Schicksalen der Tochterzellen37,38,39. Diese wurmspezifischen Merkmale unterscheiden sich vom kanonischen Wnt-Signalweg bei Säugetieren und sollten als eigenständige Signalarchitekturen betrachtet werden37,38.

Die nicht-kanonische Wnt-Signalübertragung kontrolliert die Zellpolarität und -migration über Frizzled-abhängige und receptorähnliche Tyrosinkinase-Wege35,40. In C. elegans lenken Wnt-Liganden und -rezeptoren die Migration von Neuronen und mesodermalen Zellen und orientieren asymmetrische Teilungen37,41. Diese Messgrößen sind für die Krebsbiologie relevant, da veränderte Polarität und Beweglichkeit Voraussetzungen für die Invasion darstellen, obwohl der Wurm selbst keine Metastasenbildung modelliert36,37.

Zu den repräsentativen Wnt-Signalweg-Phänotypen gehören Defekte in der Vulva-Entwicklung bei bar-1-Verlust-der-Funktion-Tieren42, embryonale Polaritätsdefekte bei mom-2- oder mom-5-Mutanten37,43 sowie Zellwanderungs- oder Axonleitungsdefekte bei mig-1- oder prkl-1-Mutanten37,41. Diese Stämme sind spezifische Entwicklungsmodelle für den Signalweg und keine direkten Äquivalente maligner Tumore36,37.

Auswahl krebsspezifischer Phänotypen und Nachweismethoden
Der Begriff „Tumor“ sollte bei C. elegans-Modellen im Zusammenhang mit Krebs vorsichtig verwendet werden6. C. elegans-Keimbahntumore enthalten ektopisch proliferierende, differenzierungsdefekte Keimzellen und stellen daher das der neoplastischen Überwucherung am nächsten kommende Wurmanalog dar30,34,44. Im Gegensatz dazu spiegelt der Multivulva-(Muv-)Phänotyp eine ektopische Induktion des Vulkazell-Schicksals und ein Gewebeüberwachsen wider; er ist ein empfindlicher Nachweis der RAS/MAPK- oder Notch-Signalwegaktivität, jedoch kein maligner Tumor15,16,25. Im distalen Keimbahngebiet erhält die von der distalen Spitzenzelle (DTC) abgeleitete Notch-Signalübertragung den Pool der mitotischen Vorläuferzellen aufrecht28,44. Gewinn-von-Funktion-glp-1-Allele oder Defekte in Genen der meiotischen Differenzierung wie gld-1 können die Zahl der mitotischen Keimzellen vergrößern30,34,44. In den vulvalen Vorläuferzellen können gewinn-von-Funktion-let-60/RAS-Mutationen oder eine verminderte Aktivität negativer Regulatoren wie LIP-1 Muv-Phänotypen hervorrufen oder verstärken15,16,45. Diese Phänotypkategorien sind schematisch in Abbildung 1 zusammengefasst. Abbildung 1A zeigt den normalen anatomischen Kontext und die Basismessgrößen, die in C. elegans-Krebsassays verwendet werden. Abbildung 1D verbindet die LIN-3/LET-23-abhängige RAS/MAPK-Signalübertragung mit der Zellschicksalsentscheidung in vulvalen Vorläuferzellen, während Abbildung 1E die GLP-1/Notch-Signalübertragung in der distalen Keimbahn-Stammzellnische und die Mechanismen latenter Nischen-Tumore veranschaulicht. Abbildung 1F trennt zusätzlich den BAR-1-abhängigen kanonischen Wnt-Zweig vom Wnt/β-Catenin-Asymmetrieweg und betont, dass Wnt-bezogene Nachweise in C. elegans als entwicklungsbedingte oder pfadempfindliche Phänotypen interpretiert werden sollten, nicht jedoch als direkte Modelle maligner Tumore. Empfohlene quantitative Endpunkte umfassen den Prozentsatz an Muv-Tieren, die Anzahl ektopischer vulvaler Vorwölbungen, die Länge der mitotischen Zone, die Anzahl phospho-Histon H3-positiver Keimzellen, die Keimdrüsenfläche, die Fruchtbarkeit, die Lokalisation von Reportern sowie Dosis-Wirkungs-Beziehungen15,28,30,44,45. Tabelle 1 fasst repräsentative Stämme, ihre molekularen Läsionen, Phänotypen, quantitative Assays und krebsspezifische Anwendungen zusammen.

Genetische und experimentelle Werkzeuge
C. elegans-Modelle können durch klassische Mutagenese, Transgenese, RNA-Interferenz (RNAi) oder gezielte Genom-Editierung46,47,48 erzeugt werden. Die mikroinjektive Gonadenübertragung ermöglicht effizient die Erzeugung extrachromosomaler Arrays46, während Bestrahlung, Mikropartikel-Beschuss und Einzelkopie-Einfügesysteme integrierte oder niederkopierte transgene Linien hervorbringen und Artefakte durch Kopienzahl- und Mosaikmuster reduzieren können47,48. Standortspezifische Rekombinasen, Mos1-vermittelte Einzelkopie-Einfügung, Zinkfinger-Nukleasen, TALENs und insbesondere CRISPR/Cas9 ermöglichen gezielte Deletionen, Punktmutationen, endogene Markierung, konditionelle Allele sowie humanisierte Varianten48,49. Die Wahl des Verfahrens sollte davon abhängen, ob die Studie eine vorübergehende Herunterregulation, einen stabilen Verlust, eine Funktionserhöhung, Gewebespezifität, endogene Expression oder den Ersatz durch eine humane Krebsvariante erfordert48,49.

RNAi kann durch gonadale Injektion, Einweichen oder Fütterung mit Bakterien, die doppelsträngige RNA exprimieren, verabreicht werden50. Es ist schnell und skalierbar, aber die Knockdown-Effizienz variiert zwischen Geweben und Genen, und RNAi erzeugt einen Phänotyp-Klon statt eines definierten vererbbaren Allels50. Bei Untersuchungen an Verbindungen sollte die Modellvalidierung genetische Komplementation oder Epistasenanalysen, unabhängige Allele sowie orthogonale Messgrößen umfassen, um wegweisspezifische Effekte von Toxizität, Entwicklungsverzögerung oder vermindertem Nahrungsaufnahme zu unterscheiden6,44.

Der praktische Arbeitsablauf zur Anwendung dieser Modelle ist in Abbildung 2 zusammengefasst. In diesem Konzept wird zunächst eine krebsrelevante Fragestellung auf einen konservierten Signalweg und eine definierte molekulare Läsion abgebildet, gefolgt von der Auswahl eines geeigneten C. elegans-Stamms oder eines konstruierten Modells, eines quantitativen Phänotyps sowie Validierungskontrollen. Diese schrittweise Planung hilft dabei, eine spezifische Modulation des Signalwegs von allgemeiner Toxizität oder einer Entwicklungsverzögerung zu unterscheiden, und liefert eine rationale Grundlage für nachfolgende Anwendungen in Mechanismusstudien, der Priorisierung von Substanzen oder assays, die auf Chemorezeption basieren.

Frühere Anwendungen
Veröffentlichte Studien verdeutlichen, wie pfaddefinierte C. elegans-Modelle die Priorisierung von Wirkstoffen in frühen Entwicklungsstadien unterstützen können. In einer mutationspezifischen EGFR-Plattform exprimierten Bae et al. chimäre LET-23-Rezeptoren, die die humane EGFR-Tyrosinkinase-Domäne in vulvalen Zellen enthielten, einschließlich der Wildtyp-, L858R- und T790M/L858R-Varianten. Die aktivierenden L858R- und T790M/L858R-Chimären verursachten ein Multivulva-(Muv-)Phänotyp, wodurch der Prozentsatz der Muv-Tiere als quantitativer Screening-Endpunkt diente. Gefitinib und Erlotinib unterdrückten den mit L858R assoziierten Muv-Phänotyp, nicht jedoch den mit T790M/L858R assoziierten Phänotyp. In einem Pilot-Screening von 8.960 kleinen Molekülen wurden AG1478 und U0126 als Inhibitoren der EGFR- bzw. MEK-abhängigen Signalübertragung identifiziert51. Medina et al. untersuchten anschließend die Umwidmungskandidaten Itraconazol, Disulfiram, Etodolac und Ouabain in pfaddefinierten Mutantenstämmen, die Störungen der Wnt-, Notch- und RAS–ERK-Signalwege repräsentierten. Die Wiederherstellung von Sterilität, Unfruchtbarkeit oder Muv-Phänotypen diente als phänotypischer Endpunkt zur Priorisierung der Verbindungen52. Kürzlich testeten Makhoul et al. EAPB02303 an MT2124 let-60(n1046gf)- und MT4698 let-60(n1700gf)-Tieren. Sie quantifizierten sowohl den Anteil der Tiere mit Muv-Phänotyp als auch die Anzahl ektopischer Vulven pro Tier und beobachteten eine phänotypische Unterdrückung, die mit einer verringerten Aktivität des LET-60/RAS–MAPK-Signalwegs übereinstimmt. Zusätzliche Experimente zur Lebensdauer und zur Lokalisation von DAF-16 unterstützten ebenfalls eine Wirkung auf die Insulin/IGF-1–PI3K–AKT-Signalübertragung53. Dennoch sollte die phänotypische Wiederherstellung in diesen Wurmmodellen als Hinweis auf eine Modulation des Signalwegs und als Ansatz zur Priorisierung von Wirkstoffen in frühen Entwicklungsstadien betrachtet werden, nicht jedoch als direkter Nachweis für eine Antitumorwirkung in Säugetumoren.

Keimbahn-Tumormodelle unterscheiden mechanistisch verschiedene Wege zur anhaltenden Proliferation. Funktionsgewinn-Allele von glp-1 erhalten die GLP-1/Notch-abhängige Mitose in der Keimbahn aufrecht, während pro-1-Mutanten einen nichtzellautonomen, latenter Nische zugrundeliegenden Mechanismus offenbaren, bei dem DSL-Liganden benachbarter Hüllzellen die fehlerhafte Aufrechterhaltung der Mitose unterstützen. Im Gegensatz dazu führt der Funktionsverlust von gld-1 hauptsächlich durch defekte meiotische Differenzierung – und nicht durch direkte Aktivierung des Notch-Signalwegs – zur Tumorbildung in der Keimbahn. Diese Modelle stellen daher komplementäre Systeme zur Untersuchung der Stammzell-Aufrechterhaltung, des Versagens der Differenzierung sowie der mikroumgebungsabhängigen Tumorinitiierung dar30,33,34.

Weitere an Krebs bezogene Anwendungen umfassen synthetisch letale LIN-35/Rb-Screens, CEP-1/p53-abhängige Apoptose-Assays sowie Untersuchungen der AMPK- und PI3K-Signalwege6,44. Anwendungen, die auf der Chemoperzeption basieren, sollten getrennt von der Tumormodellierung und der Wirkstoff-Screening betrachtet werden. In diesen Studien werden C. elegans krebsassoziierten flüchtigen Metaboliten oder Harnstoffwechselprodukten ausgesetzt, und die Verhaltensreaktionen werden als potenzielle diagnostische Signale gemessen. Solche Assays modellieren weder das Tumorwachstum noch die Wirkung von Antikrebsmitteln und erfordern analytische und klinische Validierung, bevor eine diagnostische Übertragung möglich ist54,55.

Perspektiven
C. elegans ist am wertvollsten, wenn die biologische Fragestellung auf konservierte, zellautonome oder systemische Mechanismen angewiesen ist, die mit einem quantitativen Phänotyp verknüpft werden können. Seine Einschränkungen – darunter das Fehlen einer adaptiven Immunität, eines vaskulären Systems, organspezifischer Epithelien und einer natürlichen Metastasierung – schließen die direkte Modellierung vieler Tumor-Stroma- und Immunwechselwirkungen aus. Zukünftige Möglichkeiten umfassen die endogene Bearbeitung patientenabgeleiteter Varianten, gewebespezifische Störungen, bildgebende Verfahren mit hohem Informationsgehalt, automatisierte Phänotypisierung sowie die Integration der Genetik von Fadenwürmern mit der Genomik menschlicher Krebserkrankungen. Die Ergebnisse sollten als hinweisgebend für Mechanismen oder Zielstrukturen betrachtet und, bevor translationale Schlussfolgerungen gezogen werden, in Säugerzellen oder Wirbeltiermodellen validiert werden.

Schlussfolgerungen

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C. elegans ist ein komplementäres, genetisch gut handhabbares in vivo-System zur Untersuchung evolutionär konservierter, krebsrelevanter Signalwege und zur Priorisierung von Zielstrukturen oder Wirkstoffen. Die aussagekräftigsten Anwendungen verknüpfen menschliche Krebsveränderungen gezielt mit einem konservierten Wurm-Ortholog, einem Gewebe-Kontext und quantitativen Phänotypen wie einer übermäßigen Proliferation der Keimbahn, der Bildung von Multivulven, der Aktivität von Reportergenen oder der Reaktion auf Wirkstoffe. Bei der Interpretation muss zwischen echten Keimbahntumoren und Aussagen über Entwicklungswege unterschieden werden, und die Ergebnisse sollten durch unabhängige Allele, genetische Komplementierung oder Epistasen sowie durch Kontrollen für Toxizität und Entwicklungsausfall gestützt sein. Obwohl der Wurm keine adaptiven Immunreaktionen, ein Blutgefäßsystem, organspezifische Architekturen oder Metastasierung modellieren kann, eignet er sich dennoch hervorragend zur schnellen Hypothesengenerierung und zur Validierung von Signalwegen in frühen Entwicklungsstadien. Zukünftige Arbeiten, die die endogene Editierung patientenbasierter Varianten, gewebespezifische Störungen, automatisierte Phänotypisierung und die Validierung über mehrere Arten hinweg kombinieren, werden die Übertragung auf die Krebsbiologie bei Säugetieren weiter verbessern.

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Abbildung 1. Konservierte, krebsspezifische Signalisierungsparameter bei C. elegans. (A) Wildtyp-Anatomie und normale Messparameter. (B) Keimbahn-tumorähnliches Überwachsen mit erweiterten Mitosezonen-Parametern. (C) Multivulva-(Muv-)Phänotyp als quantifizierbarer Signalwegsparameter. (D) LIN-3/LET-23 RAS/MAPK-Signalübertragung in den vulvalen Vorläuferzellen. (E) GLP-1/Notch-Signalgebung in der Keimbahn-Stammzellnische und latente Nischen-Tumor-Mechanismen. (F) Die Wnt-Zweige bei C. elegans werden in den BAR-1-abhängigen kanonischen Zweig und den Wnt/β-Catenin-Asymmetrie-Signalweg unterteilt. Muv- und Wnt-bezogene Phänotypen stellen entwicklungsspezifische oder signalwegsempfindliche Parameter dar, nicht direkte Modelle maligner Tumoren. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Ansicht dieser Abbildung einzusehen.

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Abbildung 2. Praktischer Rahmen zur Verknüpfung von C. elegans-Modellen mit krebsbezogenen Mechanismen und Anwendungen. Der Arbeitsablauf verbindet die Auswahl von Signalwegen, die Definition molekularer Läsionen, die Auswahl von Modell-Auslesungen, die quantitative Validierung und krebsbezogene Anwendungen. Repräsentative Anwendungen umfassen RAS/MAPK-Muv-Suppressionstests, Untersuchungen zu Mechanismen von Keimbahntumoren, Kontrollen für Signalwege und Toxizität sowie Anwendungen, die auf Chemorezeption ohne Tumorbildung basieren. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

StammGenotypMolekulare Läsion / PfadzweigPhänotyp / NachweismethodeEmpfohlener quantitativer EndpunktRepräsentative Anwendung / Vorsichtsmaßnahme
CB1026lin-1(e1026) IV.RAS/MAPK-transkriptionelle Aktivität; LIN-1 ETS-Repressor downstream von MPK-1/ERKMultivulva (Muv)% Muv-Tiere; ektope vulväre Vorwölbungen/TierVulvärer RAS/MAPK-Ausgangspunkt; Entwicklungswege-Nachweis, kein maligner Tumor
CB1275lin-1(e1275) IV.RAS/MAPK-transkriptionelle AktivitätMuv% Muv; Vorwölbungen/TierAlternatives lin-1-Allel zur Bestätigung der Pfadausgabe
MT3516lin-1(e1275) cha-1(p1152) IV.RAS/MAPK-Ausgabe in komplexem genetischem HintergrundMuv% Muv; Entwicklungstempo; FruchtbarkeitMit Vorsicht verwenden, es sei denn, der cha-1-Hintergrund ist für den Test relevant
MT301lin-31(n301) II.RAS/MAPK-abhängige transkriptionelle Aktivität; LIN-31 Forkhead-FaktorMuv% Muv; Lokalisation von VPC-Fate-MarkernVulväre Zell-Schicksalsanalyse downstream von LET-60/MPK-1
MT1001lin-1(e1777) IV.RAS/MAPK-transkriptionelle AktivitätMuv% Muv; Vorwölbungen/TierKorrektur von Wnt- zu RAS/MAPK-bezogener Ausgabe
MT2124let-60(n1046gf) IV.LET-60/RAS Funktionserwerb; hyperaktive RAS/MAPK-SignalübertragungMuv% Muv; Vorwölbungen/Tier; Dosis-Wirkungs-SuppressionAntikrebsmittel-Screening und Pfad-Suppressionsassays für RAS/MAPK
MT4698let-60(n1700gf) IV.LET-60/RAS Funktionserwerb; hyperaktive RAS/MAPK-SignalübertragungMuv% Muv; Vorwölbungen/Tier; Dosis-Wirkungs-SuppressionRAS/MAPK-Verbindungsscreening-Stamm; in Kombination mit MT2124 in EAPB02303-Pfad-Suppressionsstudien verwendet
MT309lin-15B&lin-15A(n309) X.Synthetische Multivulva; negative Regulation der vulvären Induktion/RAS-permissiver HintergrundMuv% Muv; Penetranz; Vorwölbungen/TierModifikator- oder sensibilisierter Muv-Hintergrund; kein direktes Tumormodell
ZM10942lin-15B&lin-15A(n765) X; hpIs774; hpEx4292.Synthetischer Muv-Hintergrund mit Reporter-/Transgen-KontextMuv / Reporter-Nachweis% Muv; Reporter-Lokalisation/IntensitätVerwenden, wenn der Reporter-Nachweis entscheidend ist; Transgen/Reporter im Text beschreiben
JK590glp-1(q35)/eT1 III; him-5(e1490)/eT1 V.GLP-1/Notch-Rezeptor C-terminale Trunkierung; semidominantes Muv mit Glp-PhänotypMuv steril / Glp% Muv; Sterilität; NachkommenanzahlNotch-abhängige vulväre/keimblattliche Entwicklungsanalyse; nicht mit distalen Keimblatt-Tumormodellen kombinieren
GC833glp-1(ar202) III.GLP-1/Notch FunktionserwerbKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; Gonadenfläche; FruchtbarkeitBeständige, Notch-abhängige Mitose im Keimblatttumormodell
BS3164unc-32(e189) glp-1(ar202) III.GLP-1/Notch Funktionserwerb mit unc-32 Marker/HintergrundKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; Gonadenfläche; FruchtbarkeitAlternativer glp-1(ar202)-Hintergrund; Marker/Hintergrund in den Methoden angeben
GC565pro-1(na48)/mIn1 [dpy-10(e128) mIs14] II.Latentes Nischenmodell; verzögerter Meioseeintritt ermöglicht proximale DSL-Ligandenexposition und GLP-1/Notch-AktivierungProximaler KeimblatttumorProximale mitotische Zellen; pH3+ Zellen; Gonadenfläche; FruchtbarkeitNicht-zellautonome Tumorbildung; von direktem glp-1 Funktionserwerb unterscheiden
IT540gap-3(kp1) I; puf-8(zh17) unc-4(e120)/mnC1 [dpy-10(e128) unc-52(e444)] II.Gemischter RAS/MAPK-assoziiierter und RNA-bindender/Differenzierungs-HintergrundMuv und Keimblatttumor% Muv; Länge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; FruchtbarkeitNur bei klarer mechanistischer Begründung verwenden, da Phänotypen aus gemischten Pfaden resultieren
XA774gld-1(q485)/gna-2(qa705) unc-55(e1170) I.GLD/meiotisches Differenzierungsversagen; keine direkte Notch-AktivierungKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; Gonadenfläche; FruchtbarkeitModell für meiotisches Differenzierungsversagen; nicht als Notch bezeichnen
JK3025gld-1(q485) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD/meiotisches DifferenzierungsversagenKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; FruchtbarkeitBalanciertes gld-1-Tumormodell; von glp-1/Notch-Tumoren unterscheiden
JK1466gld-1(q485)/dpy-5(e61) unc-13(e51) I.GLD/meiotisches DifferenzierungsversagenKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; FruchtbarkeitAlternativer gld-1-Hintergrund; von Notch-getriebenen Tumoren unterscheiden
JK4299gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-1/GLD-2-Meioseeintritts-/DifferenzierungspfadKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; FruchtbarkeitGLD-Pfad-Tumormodell; keine direkte Notch-Aktivierung
JK4832gld-1(q485) gld-2(q497) lst-1(ok814) sygl-1(tm5040) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-Pfad plus Stammzellregulator-HintergrundKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; Fruchtbarkeit; MarkerausprägungMechanisch komplexes GLD/Stammzell-Schicksalsmodell; genaue Hypothese angeben
JK2879gld-2(q497) gld-1(q485)/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-1/GLD-2-DifferenzierungspfadKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; FruchtbarkeitAlternatives, balanciertes GLD-Pfad-Tumormodell
BS3156unc-13(e51) gld-1(q485)/hT2 [dpy-18(h662)] I; +/hT2 [bli-4(e937)] III.GLD/meiotisches Differenzierungsversagen mit Marker-/HintergrundmutationenKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; FruchtbarkeitVerwenden, wobei der genetische Hintergrund klar angegeben wird
JK5760lst-1(ok814) sygl-1(q828) gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-Pfad plus Notch-Ziel-/Stammzellregulator-HintergrundKeimblatttumorLänge der mitotischen Zone; pH3+ Zellen; Fruchtbarkeit; StammzellmarkerausprägungKomplexes Keimblatt-Stammzell-/Differenzierungsmodell; nicht unter „Notch“ zusammenfassen

Tabelle 1: Vertretende C. elegans-Mutantenstämme und empfohlene Nachweismethoden für krebsrelevante Signalwege. Die Nomenklatur und Genotypen der Stämme basieren auf CGC/WormBase-Datensätzen; Anmerkungen zu Signalwegen und Phänotypen15,16,25,30,33,34,44,45,51,52,53. Diese Tabelle fasst repräsentative Stämme zusammen, die häufig verwendete, auf spezifische Signalwege ausgerichtete Nachweismethoden in C. elegans-Studien zu Krebs veranschaulichen.

Abkürzungen: CGC, Caenorhabditis Genetics Center; DSL, Delta/Serrate/LAG-2-Familienligand; EGFR, epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor; ERK, extrazellulär regulierte Kinase; gf, Aktivierungsmutation (gain-of-function); GLD, Keimbahnentwicklung defektiv; Glp, Keimbahnproliferation defektives Phänotyp; lf, Funktionsverlustmutation (loss-of-function); MAPK, mitogenaktivierte Proteinkinase; MEK, MAPK/ERK-Kinase; Muv, Multivulva; pH3+, phospho-Histon H3-positiv; RAS, Rattensarkom; RNAi, RNA-Interferenz; VPC, vulväre Vorläuferzelle; Wnt, wingless/integriert. ETS, E26-Transformation-spezifisch.

Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren geben keine Wettbewerbsinteressen an.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wir danken dem Caenorhabditis Genetics Center, das vom NIH Office of Research Infrastructure Programs (P40 OD010440) finanziert wird, für die Bereitstellung von Stamminformationen und Ressourcen. Diese Arbeit wurde von der Wissenschaftsstiftung des Gesundheitsamts der Provinz Zhejiang (Nr. 2025KY1608) unterstützt.

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Cancer ResearchCaenorhabditis eleganscancer modelcancer signalgermline tumorMulti vulval

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