סקירה זו בוחנת את Caenorhabditis elegans כ-מודל in vivo משלים למחקר מסלולי סרטן, תוך התמקדות באותות RTK-RAS-ERK, Notch ו-Wnt שמורים, מוטציות מייצגות, מדדים כמותיים, כלים גנטיים, סריקת תרופות נגד סרטן ויישומים המבוססים על כימוסנסציה.
מאמר סקירה
סקירה זו בוחנת את Caenorhabditis elegans כ-מודל in vivo משלים למחקר מסלולי סרטן, תוך התמקדות באותות RTK-RAS-ERK, Notch ו-Wnt שמורים, מוטציות מייצגות, מדדים כמותיים, כלים גנטיים, סריקת תרופות נגד סרטן ויישומים המבוססים על כימוסנסציה.
Caenorhabditis elegans (C. elegans) הוא מודל מטזואי שקוף, זול וניתן לטיפול גנטי, המגשר בין בדיקות תרביות תאים קונבנציונליות למערכות יונקים עבור מחקר מכניסטי של סרטן. סקירה זו, המתמקדת במסלולי איתות, סוקרת מחקרים מייצגים של מסלולי ה-RAS/MAPK, Notch ו-Wnt השמרים, ומאורגנת סביב שימור המסלולים, זני מוטנטים, פנוטיפים כמותיים, כלים גנטיים ויישומים במחקרי מנגנונים, סריקת תרכובות ובדיקות מבוססות כימושנסציה (chemosensation). ראשית, אנו מתארים את השימור של רכיבי המסלולים ופנוטיפים הרלוונטיים לגידולים, כולל פרוליפרציה יתרה של תאי הנבט והפנוטיפ של ריבוי וולבות (Muv). לאחר מכן, אנו ממרטבים מוטנטים מייצגים, כגון זני glp-1 ו-let-60 עם תפקוד מוגבר (gain-of-function) ומודלים של gld-1 ו-lip-1 עם אובדן תפקוד (loss-of-function), המאפשרים ניתוח של תחזוקת תאי גזע, פרוליפרציה אקטופית ושיבוש באיתות. בנוסף, אנו דנים בכלים הזמינים לבניית מודלים, כולל הפרעה של RNA (RNA interference), טרנסגנזה, MosTIC, TALENs ו-CRISPR/Cas9, תוך הדגשת נקודות החוזק והמגבלות שלהם עבור מחקרי תפקוד גנים הקשורים לסרטן. לבסוף, אנו מסכמים יישומים שפורסמו של C. elegans בסריקת תרופות נוגדות סרטן, גילוי מסלולים וכימושנסציה הקשורה לגידולים. באמצעות שילוב של שימור גנטי עם פנוטיפינג in vivo הניתן להרחבה, C. elegans מספק פלטפורמה משלימה ליצירת היפותזות, תיקוף מסלולים וגילוי טיפולי בשלב מוקדם, בעוד שיש להכיר במגבלותיו בנוגע לחסינות אדפטיבית ולמורכבות איברים בעת תרגום הממצאים לביולוגיה של סרטן בבני אדם.
סרטן נותר גורם מוביל לתחלואה ולתמותה גלובלית. GLOBOCAN 2022 העריך כי היו קרוב ל-20 מיליון מקרים חדשים של סרטן ו-9.7 מיליון מקרי מוות מסרטן ברחבי העולם, כולל סרטני עור שאינם מלנומה1. מכיוון ששיעור השקיעות של הסרטן צפוי לעלות עם גידול האוכלוסייה וההזדקנות2, מערכות ניסיוניות המסוגלות לפתור מנגנונים שמורים ולתמוך בתעדוף יעיל של מטרות נותרות חיוניות.
מכניזמים של סרטן נחקרים בדרך כלל בתרביתי תאים ונבדקים לאחר מכן במודלים של חולייתנים. עם זאת, תרביות תאים אינן משחזרות את הפיזיולוגיה של האורגניזם השלם, בעוד שמחקרים בחולייתנים הם יקרים ובעלי תפוקה נמוכה יחסית. מודל משלים המשלב יכולת מניפולציה גנטית, הקשר רב-תאי וזמן תגובה ניסויי מהיר יכול לפיכך לגשר על שאלות נבחרות בין בדיקות in vitro לבין תיקוף ביונקים.
Caenorhabditis elegans (C. elegans) ממלא את הנישה המשלימה הזו. בטמפרטורה של 20 °C, הוא מתפתח מעובר למבוגר פורה תוך כ-3 ימים, בעל תוחלת חיים טיפוסית במעבדה של 2–3 שבועות, ומייצר כ-300 צאצאים מהפריה עצמית3. OrthoList 2 זיהה אורתולוגים של C. elegans עבור 10,678 מתוך 20,310 גנים מקודדי חלבון אנושיים (52.6%)4, בעוד שניתוח פרוטאומי השוואתי מוקדם יותר זיהה הומולוגים אנושיים עבור כ-83% מהפרוטאום של C. elegans5. בנוסף, לכ-72% מהגנים המניעים לסרטן (cancer driver genes) אנושיים שנבדקו יש לפחות אורתולוג אחד ב-C. elegans6. תהליכים שמורים כוללים אפופטוזיס, בקרת מחזור התא, מטבוליזם, תגובות למעשקה (stress responses), ואיתות של RTK–RAS–ERK, Notch, Wnt, TGF-β, ואינסולין/IGF3,4,6. עם זאת, אורתולוגיה אינה מעידה על שקילות תפקודית מלאה, והתולעת חסרה איברים של חולייתנים, חסינות סגולית, אנגיוגנזה ומערכת הובלה6.
סקירה זו מתמקדת במסלולי השמירה RTK (receptor tyrosine kinase)–RAS–ERK, Notch ו-Wnt, מכיוון שנתיבים אלו שמורים אבולוציונית, מופרעים לעיתים קרובות בסרטן בבני אדם, ומקושרים לפנוטיפים של C. elegans שניתן לדירוג קל. אנו מבחינים בין גידולים אמיתיים של תאי נבט לבין היפרפלזיה התפתחותית או פנוטיפים של גורל תאים אקטופי, מסכמים זנים מייצגים ומדדים כמותיים, סוקרים כלים גנטיים לבניית מודלים, ודנים במחקרים שבהם ניסויים בתולעים הבהירו מנגנונים נגד סרטן או אפשרו תיעדוף של תרכובות.
שימור של מסלולי העברה אונקוגניים ב- C. elegans
סרטן מונע על ידי שילובים של שינויים גנטיים ואפיגנטיים המשבשים את השגשוג, הדיפרנציאציה, ההישרדות, תחזוקת הגנום, המטבוליזם והאינטראקציות עם המיקרו-סביבה. C. elegans אינו יכול לשחזר כל מאפיין של ממאירות אנושית, אך הוא יכול לבודד תפקודי מסלולים שמורים בהקשר של אורגניזם שלם. לכן, המודלים המידעיים ביותר הם אלו המקשרים בין נגע מולקולרי מוגדר לבין פנוטיפ מדיד ואנלוגיה מפורשת לסרטן בבני אדם.
מסלול השירות RTK-RAS-ERK
הפעלה של קינאז טירוזין רצפטורי (RTK) מעודדת דימריזציה או ארגון מחדש של הרצפטור ופוספורילציה עצמית הדדית (trans-autophosphorylation) של שארי טירוזין ציטופלזמיות7. אתרי קישור של פוספו-טירוזין מגייסים חלבוני מתאם וגורמי חילוף של גואנין נוקלאוטיד, אשר ממירים את RAS ממצב קשור GDP למצב קשור GTP7,8. RAS-GTP מגייס קינאזות RAF לממברנת הפלזמה, שם הפעלת RAF יוזמת את רצף הקינאזות RAF–MEK–ERK8,9. ERK פעיל מphosphoryl את סובסטראטים ציטופלזמיים וגרעיניים המווסתים פרוליפרציה, דיפרנציאציה, הישרדות וגורל התא10. מוטציות אונקוגניות של RAS או פעילות חריגה של RTK יכולים לפיכך לתחזק את תפוקת המסלול באופן בלתי תלוי בבקרה חוץ-תאית רגילה8,11.
C. elegans מקודד למספר RTK, כולל LET-23/EGFR ו-EGL-15/FGFR12. במהלך השראת הפיתול (vulval induction), LIN-3/EGF מפעיל את LET-23 ואת שרשרת ה-SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK השמורה12,13,14. ויסות של LIN-1 ו-LIN-31 התלוי ב-ERK קובע את גורל תאי העשב (precursor cells) של הפיתול12,15. פעילות מופחתת של המסלול גורמת לפנוטיפ ללא פיתול (vulvaless phenotype), בעוד שהפעלה מופרזת — כגון אללים של let-60 עם תפקוד מוגבר (gain-of-function) — גורמת לפנוטיפ רב-פיתולי (Muv)15,16. אותו מסלול מווסת גם את התפתחות צינור ההפרשה, את החיבורים בין הרחם לפיתול, ומספר תהליכים בקו הנבט ובזכרים12,17,18,19. איתות של EGL-15/FGFR שולט על נדידת מיובלסטים מיניים, תחזוקת שרירים, הדרכת אקסונים והומיאוסטזיס של נוזלים20,21,22,23. מכיוון שתוצר המסלול תלוי ברקמה ובשלב ההתפתחותי, מודלים אינפורמטיביים הקשורים לסרטן מוגדרים על ידי נגע מולקולרי ספציפי, הקשר רקמתי רלוונטי וקריאה כמותית (quantitative readout)12.
שיוך אות Notch
Notch הוא נתיב העברת אותיות התלוי במגע, שבו ליגנד Delta/Serrate/LAG-2 (DSL) קשור לממברנה בתא אחד מפעיל רצפטור Notch בתא סמוך24,25. במהלך הבשלת הרצפטור, מתרחש ביקוע S1 בנתיב ההפרשה24. קישור הליגנד חושף לאחר מכן את אתר S2 לפרוטאזים ממשפחת ADAM, ולאחריו ביקוע S3 על ידי γ-secretase24,25. הדומיין התוך-תאי של Notch המשתחרר חודר לגרעין ויוצר קומפלקס תעתוק עם חלבוני קישור ל-DNA ממשפחת CSL וקו-אקטיבטורים ממשפחת Mastermind24. ב-C. elegans, הגורמים הגרעיניים המקבילים הם LAG-1 ו-SEL-825.
C. elegans מחזיק בשני קולטני Notch, LIN-12 ו-GLP-125. בקו הנבט של הבוגר, תאי קצה דיסטליים (DTCs) מספקים ליגנדים מסוג DSL, בעיקר LAG-2 ו-APX-1, ל-GLP-1 על תאי גזע/פרוגניטורים סמוכים של קו הנבט (GSCs)26,27. פעילות גבוהה של GLP-1 שומרת על התרבות מיטוטית; ככל שהתאים רחוקים מה-DTC, סיגנל Notch מופחת מאפשר למסלולי ה-GLD לקדם כניסה למיוזה28,29. אללים של glp-1 עם תפקוד מוגבר (gain-of-function) יכולים לשמר מיטוזה אקטופית ולגרום לגידולים בקו הנבט25,30. LIN-12 שולט במספר החלטות לגבי גורל תאים סומטיים, כולל ההחלטה בין תא-עוגן (anchor-cell) לבין רחם ונטרלי; פעילות קונסטיטוטיבית של LIN-12 בתאי פרוגניטור של הוולבה יוצרת פנוטיפ של ריבוי וולבות (Muv), ו-GLP-1 מופעל יכול לקבוע באופן אקטופי גורלים וולבליים25,31,32.
גידולי תאי נבט פרוקסימליים יכולים להיווצר גם באמצעות מנגנון "נישה חבויה" (latent niche) שאינו אוטונומי לתא33. במוטנטים של pro-1 או במוטנטים עם תפקוד מוגבר (gain-of-function) של glp-1(ar202), עיכוב בכניסה למיוזה מאפשר לתאי נבט פרוקסימליים שאינם מובחנים להיתקל בליגנדים של DSL, כולל APX-1 ו-ARG-1, מתאי מעטפת הגונדה המבשילים33. הפעלה מתמשכת של GLP-1/Notch משמרת לאחר מכן את המיטוזה ואת תחזוקת הגידול33. לעומת זאת, אובדן של gld-1 גורם לגידולי תאי נבט עקב כשל בדיפרנציאציה מיוטית, ואין לסווג זאת כהפעלה ישירה של מסלול ה-Notch34.
שיוך Wnt
שיוך Wnt מווסת את גורל התא, קוטביות, נדידה ושכפול באמצעות מספר מסלולים התלויים בהקשר35,36. במסלול ה-β-catenin הקנוני, קישור של Wnt ל-Frizzled ול-LRP5/6 מעכב את קומפלקס ההשמדה AXIN–APC–GSK3–CK1, ובכך מאפשר ל-β-catenin להצטבר ולשתף פעולה עם גורמי TCF/LEF בגרעין35,36. הפרה של מסלול זה מרכזית במספר סוגי סרטן בבני אדם, ובמיוחד בסרטן השקיעון (colorectal cancer)36.
C. elegans משתמש הן במסלול קנוני של BAR-1/β-catenin והן במסלול אסימטריה מ diverge של Wnt/β-catenin37,38. סיגנלינג תלוי-BAR-1 תורם להחלטות גורל תאי פוסט-עובריים, כולל התפתחות הוולבה37,38. במסלול האסימטריה, WRM-1/β-catenin ו-LIT-1/NLK מפחיתים את רמות ה-POP-1/TCF הגרעיני בתא בת אחד, בעוד ש-SYS-1/β-catenin פועל כקו-אקטיבטור שעתוקי; רמות לא שוות של POP-1 ו-SYS-1 יוצרות גורלות תאי-בת מובחנים37,38,39. תכונות אלו, הספציפיות לתולעים, שונות ממסלול ה-Wnt הקנוני בינקים ויש לפרשן כארכיטקטורות סיגנלינג נפרדות37,38.
סיגנלינג Wnt לא-קנוני שולט על קוטביות תאים ועל נדידה באמצעות נתיבים תלוי-Frizzled ונתיבים דמויי רצפטור טירוזין קינאז35,40. ב- C. elegans, ליגנדים ורצפטורים של Wnt מנחים נדידות נוירונליות ומסודרמיות ומכוונים חלוקות אסימטריות37,41. מדדים אלו רלוונטיים לביולוגיה של הסרטן מכיוון ששינויים בקוטביות ובניידות הם תנאי מקדמי לפלישה, אף על פי שהתולעת אינה מדמה את הפצה מטאסטטית כשלעצמה36,37.
פנוטיפים מייצגים של מסלול Wnt כוללים פגמים בהתפתחות הוולבה בבעלי אובדן תפקוד של bar-142, פגמים בקוטביות עוברית במוטנטים של mom-2 או mom-537,43, ופגמים בנדידת תאים או בהנחיית אקסונים במוטנטים של mig-1 או prkl-137,41. זנים אלה הם מודלים התפתחותיים ספציפיים למסלול ואינם מקבילים ישירים לגידולים ממאירים36,37.
בחירת פנוטיפים ומדדים רלוונטיים לסרטן
יש להשתמש במונח "גידול" (tumor) בזהירות במודלים של C. elegans הקשורים לסרטן6. גידולי קו הנבט ב-C. elegans מכילים תאי נבט בעלי פגם בדיפרנציאציה שמתחלקים באופן אקטופי, ולכן הם מהווים את האנלוג הקרוב ביותר בתולעים לצמיחה נאו'פלסטית מוגברת30,34,44. לעומת זאת, הפנוטיפ "מולטיוולבה" (multivulva, Muv) משקף השראה אקטופית של גורל תאי הוולבה וצמיחת רקמה; זהו מדד רגיש לפעילות של מסלול RAS/MAPK או Notch, אך אין מדובר בגידול ממאיר15,16,25. בקו הנבט הדיסטלי, סיגנלינג Notch המופק מתאי הקצה הדיסטליים (DTC) שומר על מאגר תאי הפרוגניטור המיטוטיים28,44. אללים של glp-1 עם תפקוד מוגבר (gain-of-function) או פגמים בגנים של דיפרנציאציה מייוטית כגון gld-1 יכולים להגדיל את מספר תאי הנבט המיטוטיים30,34,44. בתאי פרוגניטור של הוולבה, תפקוד מוגבר של let-60/RAS או פעילות מופחתת של רגולטורים שליליים כגון LIP-1 יכולים לייצר או להעצים פנוטיפי Muv15,16,45. קטגוריות פנוטיפיות אלו מסוכמות באופן סכמטי ב-איור 1. איור 1A מציג את ההקשר האנטומי הנורמלי ואת המדדים הבסיסיים המשמשים בבדיקות של C. elegans הקשורות לסרטן. איור 1D מקשר בין סיגנלינג RAS/MAPK התלוי ב-LIN-3/LET-23 לבין החלטות לגבי גורל תאי פרוגניטור של הוולבה, בעוד ש-איור 1E ממחיש את סיגנלינג GLP-1/Notch בנישת תאי הגזע של קו הנבט הדיסטלי ומנגנוני גידול בנישה חבויה (latent-niche). איור 1F מפריד עוד יותר בין זרוע ה-Wnt הקנונית התלויה ב-BAR-1 לבין מסלול האסימטריה של Wnt/β-catenin, ומדגיש כי יש לפרש מדדים הקשורים ל-Wnt ב- C. elegans כפנוטיפים התפתחותיים או רגישים למסלול, ולא כמודלים ישירים של גידול ממאיר. נקודות קצה כמותיות מומלצות כוללות את אחוז בעלי פנוטיפ Muv, מספר הבליטות האקטופיות בוולבה, אורך האזור המיטוטי, תאי נבט חיוביים ל-phospho-histone H3, שטח הגונדה, פריון, לוקליזציה של רפורטר ומערכות יחסים של תגובה למינון15,28,30,44,45. טבלה 1 מסכמת זנים מייצגים, את הפגמים המולקולריים שלהם, פנוטיפים, בדיקות כמותיות ויישומים הקשורים לסרטן.
כלים גנטיים וניסיוניים
ניתן להפיק מודלים של C. elegans באמצעות מוטגנזה קלאסית, טרנסגנזה, הפרעה של RNA (RNAi), או עריכה ממוקדת של הגנום46,47,48. מיקרו-הזרקה לגונדות יוצרת ביעילות מערכים חוץ-כרומוזומליים46, בעוד שהקרנה, הפגזה של מיקרו-חלקיקים ומערכות להחדרה של עותק בודד יכולות להפיק שורות טרנסגניות משולבות או בעלות מספר עותקים נמוך ולהפחית ארטיפקטים של מספר עותקים ומוזאיקה47,48. רקומבינזים ספציפיים לאתר, החדרה של עותק בודד בתיווך Mos1, נוקלאזות אצבע-אבץ, TALENs, ובמיוחד CRISPR/Cas9, מאפשרים מחיקות ממוקדות, מוטציות נקודתיות, תיוג אנדוגני, אללים מותנים ווריאנטים אנושיים48,49. יש לבחור את השיטה בהתאם לשאלה אם המחקר דורש knockdown זמני, אובדן יציב, Gain-of-function, ספציפיות לרקמה, ביטוי אנדוגני, או החלפה בווריאנט של סרטן אנושי48,49.
ניתן להחדיר RNAi באמצעות הזרקה לגונדות, השריה או האכלת חיידקים המבטאים RNA דו-גדילי50. התהליך מהיר וניתן להרחבה, אך יעילות ה-knockdown משתנה בין רקמות וגנים, ו-RNAi מייצר פנוקופי (phenocopy) ולא אלל תורשתי מוגדר50. עבור מחקרים של תרכובות, תיקוף המודל צריך לכלול הצלה גנטית (genetic rescue) או אפיסטזיס, אללים עצמאיים ומדדים אורתוגונליים כדי להבדיל בין השפעות ספציפיות למסלול לבין רעילות, עיכוב התפתחותי או צריכה מופחתת של מזון6,44.
זרימת העבודה המעשית ליישום מודלים אלו מסוכמת באיור 2. במסגרת זו, שאלה הקשורה לסרטן ממופה תחילה לנתיב העברה שמרני ולנגע מולקולרי מוגדר, ולאחר מכן נבחרים זן C. elegans מתאים או מודל מהונדס, פנוטיפ כמותי ובקרות תיקוף. תכנון מדורג זה מסייע להבחין בין מודולציה ספציפית לנתיב לבין רעילות כללית או עיכוב התפתחותי, ומספק בסיס רציונלי ליישומים עוקבים במחקרי מנגנונים, תיעדוף תרכובות או בדיקות המבוססות על כימיות-חישה (chemosensation).
יישומים קודמים
מחקרים שפורסמו מדגימים כיצד מודלים של C. elegans המוגדרים לפי מסלולים יכולים לסייע בתעדוף תרכובות בשלב מוקדם. בפלטפורמת EGFR ספציפית למוטציה, Bae et al. ביטאו רצפטורים כימריים של LET-23 המכילים את דומיין הtyrosine-kinase של EGFR אנושי בתאי vulva, כולל וריאנטים של wild-type, L858R, ו-T790M/L858R. הכימרות המפעילות L858R ו-T790M/L858R הובילו לפנוטיפ multivulva (Muv), מה שאפשר לאחוז של בעלי חיים עם Muv לשמש כנקודת קצה כמותית לסריקה. Gefitinib ו-erlotinib דיכאו את פנוטיפ ה-Muv הקשור ל-L858R אך לא את הפנוטיפ הקשור ל-T790M/L858R. בסריקת פיילוט של 8,960 מולקולות קטנות, זוהו AG1478 ו-U0126 כמעכבים של סיגנלינג תלוי-EGFR או תלוי-MEK, בהתאמה51. Medina et al. העריכו עוד את המועמדים לשימוש חוזר (repurposing) itraconazole, disulfiram, etodolac, ו-ouabain בזני מוטנטים המוגדרים לפי מסלולים המייצגים הפרעות ב-Wnt, Notch, ו-RAS–ERK. הצלה (Rescue) של עקרות, חוסר פוריות או פנוטיפים של Muv שימשה כנקודת קצה פנוטיפית לתעדוף תרכובות52. לאחרונה, Makhoul et al. בדקו את EAPB02303 בבעלי חיים מסוג MT2124 let-60(n1046gf) ו-MT4698 let-60(n1700gf). הם כימתו הן את חלקם של בעלי החיים המציגים את פנוטיפ ה-Muv והן את מספר ה-vulvae האקטופיים לבעל חיים, והבחינו בדיכוי פנוטיפי העולה בקנה אחד עם פעילות מופחתת של מסלול LET-60/RAS–MAPK. ניסויי תוחלת החיים ומיקום DAF-16 המשלימים שלהם תמכו גם הם בהשפעה על סיגנלינג insulin/IGF-1–PI3K–AKT53. עם זאת, יש לפרש הצלה פנוטיפית במודלים של תולעים אלו כראיה לוויסות של מסלולים ותעדוף תרכובות בשלב מוקדם, ולא כהוכחה ישירה ליעילות אנטי-סרטנית בגידולים של יונקים.
מודלים של גידולי תאי נבט מבחינים בין נתיבים השונים מבחינה מכניסטית להמשכיות של proliferacy. אללים של glp-1 עם תפקוד מוגבר (gain-of-function) שומרים על מיטוזה תלויה ב-GLP-1/Notch בתאי הנבט, בעוד שמוטציות ב-pro-1 חושפות מנגנון נישה-חבוי (latent-niche) שאינו אוטונומי לתא, שבו ליגנדים של DSL מתאי מעטפת פרוקסימליים תומכים בשימור מיטוטי חריג. לעומת זאת, אובדן תפקוד (loss-of-function) של gld-1 גורם להיווצרות גידולי תאי נבט בעיקר באמצעות הפרעה בדיפרנציאציה מייוטית ולא באמצעות הפעלה ישירה של נתיב ה-Notch. מודלים אלה מספקים, לפיכך, מערכות משלימות לחקר שימור תאי גזע, כשל בדיפרנציאציה ויצירת גידולים התלויה במיקרו-סביבה30,33,34.
יישומים אחרים הקשורים לסרטן כוללים סריקות של לטאליות סינתטית של LIN-35/Rb, בדיקות אפופטוזה תלויות CEP-1/p53, ומחקרים של שילובי אותות של AMPK ו-PI3K6,44. יש להתייחס ליישומים המבוססים על כימוסנסציה (chemosensation) בנפרד ממודלים של גידולים וסריקת תרופות. במחקרים אלו, C. elegans נחשפים למטבוליטים נדיפים או שפשפוניים הקשורים לסרטן, ותגובות התנהגותיות נמדדות כסימנים אבחנתיים פוטנציאליים. בדיקות כאלה אינן ממדלות צמיחת גידולים או פעילות של תרופות נגד סרטן, והן דורשות תיקוף אנליטי וקלני לפני יישום אבחנתי54,55.
פרספקטיבות
C. elegans הוא בעל ערך רב ביותר כאשר השאלה הביולוגית תלויה במנגנונים תאי-אוטונומיים או סיסטמיים שמורים שניתן לקשור לפנוטיפ כמותי. מגבלותיו — כולל היעדרe חסינות אדפטיבית, כלי דם, אפיתל ספציפי לאיברים וגרורות טבעיות — מונעות מידול ישיר של אינטראקציות רבות בין גידול לסטרומה ובין גידול למערכת החיסון. הזדמנויות עתידיות כוללות עריכה אנדוגנית של וריאנטים המופקים מחולים, הפרעה ספציפית לרקמה, דימיג' בעל תכולה גבוהה (high-content imaging), פנוטיפינג אוטומטי, ושילוב של גנטיקה של תולעים עם גנומיקה של סרטן בבני אדם. יש להתייחס לממצאים כראיות המייצרות מנגנונים או מטרות, ויש לתקף אותם בתאי יונקים או במודלים של חולייתנים לפני הסקת מסקנות טרנסלציוניות.
C. elegans היא מערכת in vivo משלימה וניתנת למניפולציה גנטית לצורך ניתוח של מסלולי איתות שמורים הקשורים לסרטן ותיעדוף של מטרות או תרכובות מועמדות. היישומים המידעתיים ביותר שלה מקשרים במפורש בין שינויים בסרטן אנושי לבין אורתולוג שמור בתולעת, הקשר רקמתי ופנוטיפים כמותיים, כגון התרבות יתר של קו הנבט, היווצרות multivulva, פעילות של חלבון דגל (reporter) או תגובה לתרופה. הפרשנות חייבת להבדיל בין גידולי קו נבט אמיתיים לבין תוצרי קריאה של מסלולים התפתחותיים, ויש לגבותה באמצעות אללים עצמאיים, הצלה גנטית (genetic rescue) או אפיסטזיס, ובקרות לרעילות ועיכוב התפתחותי. למרות שהתולעת אינה יכולה לדמות חסינות אדפטיבית, כלי דם, ארכיטקטורה ספציפית לאיבר או גרורות, היא נותרת בעלת ערך ליצירה מהירה של היפותזות ותיקוף של מסלולים בשלבים מוקדמים. עבודה עתידית שתשלב עריכה אנדוגנית של וריאנטים המופקים מחולים, הפרעה ספציפית לרקמה, פנוטיפיקה אוטומטית ותיקוף בין-מיני, תחזק את התרגום לביולוגיה של סרטן ביונקים.

איור 1. מדדי סיגנלינג שמרניים הקשורים לסרטן ב- C. elegans. (A) אנטומיה של סוג בר (wild-type) ומדדים תקינים. (B) צמיחת יתר דמוית גידול בתאי הנבט עם הרחבה של מדדי אזור המיטוזה. (C) פנוטיפ של ריבוי וולבות (Multivulva - Muv) כמדד כמותי למסלול הסיגנלינג. (D) סיגנלינג של LIN-3/LET-23 RAS/MAPK בתאי מקור של הוולבה. (E) סיגנלינג של GLP-1/Notch בנישה של תאי גזע של הנבט ומנגנוני גידולים בנישות חבויות. (F) זרועות ה-Wnt ב- C. elegans מחולקות לזרוע הקנונית התלויה ב-BAR-1 ולמסלול האסימטריה של Wnt/β-catenin. פנוטיפים הקשורים ל-Muv ול-Wnt הם מדדים רגישים למסלולים או להתפתחות, ולא מודלים ישירים של גידולים ממאירים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2. מסגרת מעשית המקשרת בין מודלים של C. elegans למנגנונים ויישומים הקשורים לסרטן. זרימת העבודה מקשרת בין בחירת מסלול, הגדרת נגע מולקולרי, בחירת מדד למודל, תיקוף כמותי ויישום הקשור לסרטן. דוגמאות לשימושים כוללות בדיקות דיכוי Muv של RAS/MAPK, מחקרי מנגנונים של גידולי תאי נבט, בקרות למסלולים ולרעילות, ויישומים מבוססי חישה כימית שאינם קשורים לגידולים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מורחבת של איור זה.
| זן | גנוטיפ | נגע מולקולרי / ענף במסלול | פנוטיפ / קריאה (readout) | נקודת קצה כמותית מומלצת | שימוש מייצג / זהירות |
| CB1026 | lin-1(e1026) IV. | התפוקה השקיפתית של מסלול RAS/MAPK; מדכא ה-ETS מסוג LIN-1 במורד MPK-1/ERK | Multivulva (Muv) | % חיות Muv; בליטות וולבה אקטופיות/חיה | פלט RAS/MAPK וולבלי; קריאת מסלול התפתחותי, לא גידול ממאיר |
| CB1275 | lin-1(e1275) IV. | התפוקה התעתוקית של מסלול RAS/MAPK | נראה שהטקסט שהזנת ("Muv") אינו מכיל תוכן מדעי או הוראות לתרגום. אנא ספק את הטקסט המקורי באנגלית כדי שאוכל לתרגמו לעברית בהתאם להנחיות המקצועיות. | % Muv; בליטות/בעל חיים | אלל lin-1 חלופי לאישור פלט המסלול |
| MT3516 | lin-1(e1275) cha-1(p1152) IV. | תפוקת RAS/MAPK ברקע גנטי מורכב | Muvvu | % Muv; תזמון התפתחותי; פוריות | יש להשתמש בזהירות, אלא אם כן הרקע של cha-1 רלוונטי לבדיקה |
| MT301 | lin-31(n301) II. | תוצר שעתוק תלוי RAS/MAPK; גורם forkhead מסוג LIN-31 | נראה כי חלה טעות בהקלדה בטקסט המקור. אנא ספק את הטקסט באנגלית לתרגום. | מיקום סמני גורל של VPC ב-Muv | קריאת גורל תאי הפתיריה במורד LET-60/MPK-1 |
| MT1001 | lin-1(e1777) IV. | התפוקה התעתוקית של מסלול RAS/MAPK | נראה שהטקסט שהזנת ("Muv") אינו כולל תוכן לתרגום או שייתכן ומדובר בטעות הקלדה. אנא ספק את הטקסט המדעי שברצונך לתרגם מאנגלית לעברית. | % Muv; בליטות/חיה | תוקן מפלט הקשור ל-Wnt לפלט הקשור ל-RAS/MAPK |
| MT2124 | let-60(n1046gf) IV. | העמקת תפקוד (gain of function) של LET-60/RAS; סיגנליזציית RAS/MAPK היפראקטיבית | נראה כי חלה טעות בהקלדה או שהטקסט שהוזן אינו מכיל תוכן לתרגום. אנא ספק את הטקסט המדעי המיועד לתרגום. | % Muv; בליטות/חיה; דיכוי תגובת-מנה | בדיקות לסריקת תרכובות נוגדות סרטן ומדדי דיכוי של מסלול ה-RAS/MAPK |
| MT4698 | let-60(n1700gf) IV. | הגברה של תפקוד LET-60/RAS; סיגנלינג RAS/MAPK היפראקטיבי | נראה כי הטקסט שהוזן ("Muv") אינו מכיל תוכן מדעי או טקסט לתרגום. אנא ספק את הטקסט המקורי באנגלית כדי שאוכל לתרגמו לעברית בהתאם להנחיות המקצועיות. | % Muv; בליטות/חיה; דיכוי תגובה למינון | זן לסריקת תרכובות של RAS/MAPK; משמש עם MT2124 במחקרי דיכוי נתיבים ב-EAPB02303 |
| MT309 | lin-15B&lin-15A(n309) X. | מולטי-וולבה סינתטית (Synthetic multivulva); בקרה שלילית של השראת הוולבה/רקע מאפשר-RAS | Muvov | % Muv; חדירות; בליטות/בעל חיים | רקע Muv עם מודיפיקטור או רגישות מוגברת; לא מודל גידול ישיר |
| ZM10942 | lin-15B&lin-15A(n765) X; hpIs774; hpEx4292. | רקע סינתטי של Muv עם הקשר של רפורטר/טרנסגן | קריאת mUV / רפורטר | % Muv; לוקליזציה/עוצמה של חלבון הדגל | יש להשתמש כאשר קריאת הדגם (reporter readout) חיונית; תאר את הגן המעביר (transgene) / את הדגם בטקסט |
| JK590 | glp-1(q35)/eT1 III; him-5(e1490)/eT1 V. | קיטוע קצה-C של קולטן GLP-1/Notch; מוטציה חצי-דומיננטית של Muv עם פנוטיפ Glp | Muv sterile / Glp | % Muv; סטריליות; ספירת צאצאים | מדד התפתחותי של הנרתיק/קו הנבט התלוי ב-Notch; אין לקבץ עם מודלים של גידולי קו נבט דיסטליים |
| GC833 | glp-1(ar202) III. | הגברת תפקוד (Gain of function) של GLP-1/Notch | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; שטח הגונדה; פריון | מיטוזה תלוית-Notch מתמשכת במודל של גידול בתאי נבט |
| BS3164 | unc-32(e189) glp-1(ar202) III. | הגברת תפקוד (Gain of function) של GLP-1/Notch עם רקע/סמן unc-32 | גידול תורשתי (Germline tumor) | אורך אזור המיטוזה; תאים עם pH3+; שטח הגונד; פוריות | רקע חלופי ל-glp-1(ar202); ציינו את הסמן/הרקע בשיטות |
| GC565 | pro-1(na48)/mIn1 [dpy-10(e128) mIs14] II. | מודל הנישה החבויה; כניסה מאוחרת למיוזה מאפשרת חשיפה לליגנד DSL פרוקסימלי והפעלת GLP-1/Notch | גידול בתאי נבט פרוקסימליים | תאי מיטוזה פרוקסימליים; תאי +pH3; אזור הגונדה; פוריות | היווצרות גידול שאינה אוטונומית לתא; הבחנה מרכיב תפקוד מוגבר ישיר של glp-1 |
| IT540 | gap-3(kp1) I; puf-8(zh17) unc-4(e120)/mnC1 [dpy-10(e128) unc-52(e444)] II. | רקע מעורב הקשור למסלולי RAS/MAPK ולקישור RNA/הבניה | Muv וגידול של תאי נבט | % Muv; אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; פוריות | יש להשתמש אך ורק כאשר קיים רציונל מכניסטי ברור, שכן פנוטיפים נובעים ממסלולים מעורבים |
| XA774 | gld-1(q485)/gna-2(qa705) unc-55(e1170) I. | כשל בדיפרנציאציה מיוטית/GLD; לא הפעלה ישירה של Notch | גידול ג'רמליין (Germline tumor) | אורך אזור המיטוזה; תאי pH3+; שטח הגונד; פוריות | מודל לכשל בדיפרנציאציה ไมוטית; אין לסמן כ-Notch |
| JK3025 | gld-1(q485) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III). | כשל בדיפרנציאציה מיוטית/GLD | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; פריון | מודל גידול gld-1 מאוזן; הבחנה מגידולי glp-1/Notch |
| JK1466 | gld-1(q485)/dpy-5(e61) unc-13(e51) I. | כישלון בדיפרנציאציה מייוטית/GLD | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; פוריות | רקע gld-1 חלופי; הבחנה מגידולים המונעים על ידי Notch |
| JK4299 | gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III). | מסלול הכניסה למיוזה/דיפרנציאציה של GLD-1/GLD-2 | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; פריון | מודל גידול של נתיב GLD; לא הפעלת Notch ישירה |
| JK4832 | gld-1(q485) gld-2(q497) lst-1(ok814) sygl-1(tm5040) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III). | מסלול GLD בתוספת רקע על ווסת תאי גזע | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; פוריות; ביטוי סמנים | מודל גורל של GLD/תאי גזע מורכב מכנית; הגדרת השערה מדויקת |
| JK2879 | gld-2(q497) gld-1(q485)/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III). | מסלול הבידול GLD-1/GLD-2 | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאים pH3+; פוריות | מודל גידול חלופי מאוזן של נתיב ה-GLD |
| BS3156 | unc-13(e51) gld-1(q485)/hT2 [dpy-18(h662)] I; +/hT2 [bli-4(e937)] III. | כשל בדיפרנציאציה של GLD/מיוטית עם מוטציות של סמן/רקע | גידול בקו הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאי +pH3; פוריות | יש להשתמש כאשר רקע הגנוטיפ מצוין בבירור |
| JK5760 | lst-1(ok814) sygl-1(q828) gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III). | מסלול GLD בתוספת רקע של מטרה של Notch / רגולטור של תאי גזע | גידול במערכת הנבט | אורך אזור המיטוזה; תאים עם pH3+; פוריות; ביטוי סמני תאי גזע | מודל מורכב של תאי גזע של רכיבי הנבט/דיפרנציאציה; אין למזג תחת "Notch" |
טבלה 1: זנים נבחרים של מוטנטים של C. elegans ומדדים מומלצים למסלולים הקשורים לסרטן. מינוח הזנים והגנוטיפים מבוססים על רשומות CGC/WormBase; הערות למסלולים ולפנוטיפים15,16,25,30,33,34,44,45,51,52,53. טבלה זו מסכמת זנים נבחרים הממחישים מדדים ספציפיים למסלולים הנמצאים בשימוש נפוץ במחקרים על C. elegans הקשורים לסרטן.
קיצורים: CGC, Caenorhabditis Genetics Center; DSL, ליגנד ממשפחת Delta/Serrate/LAG-2; EGFR, קולטן גורם גדילה אפידרמלי; ERK, קינאז מופעל על ידי אות חיצוני; gf, תפקוד מוגבר (gain-of-function); GLD, פגם בהתפתחות קו הנבט; Glp, פנוטיפ של פגם בשגשוג קו הנבט; lf, אובדן תפקוד (loss-of-function); MAPK, קינאז מופעל על ידי מיטוגן; MEK, קינאז MAPK/ERK; Muv, רב-וולבה (multivulva); pH3+, חיובי לפוספו-היסטון H3; RAS, סרקומה של חולדה; RNAi, השתקה של RNA; VPC, תא מקור של הוולבה; Wnt, wingless/integrated. ETS, ספציפי לטרנספורמציה של E26.
המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי אינטרסים.
אנו מודים ל-Caenorhabditis Genetics Center, הממומן על ידי ה-NIH Office of Research Infrastructure Programs (P40 OD010440), על אספקת מידע ומשאבים בנוגע לזנים. עבודה זו נתמכה על ידי Zhejiang Provincial Health Bureau Science Foundation (מס' 2025KY1608).
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה