Articolo di revisione

Caenorhabditis elegans: Un modello in vivo versatile per decifrare vie di segnalazione oncogeniche conservate

DOI:

10.3791/72682

⸱

14 agosto 2026

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

In questo articolo

Sommario

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

Questa revisione valuta Caenorhabditis elegans come modello complementare in vivo per la ricerca sui percorsi del cancro, concentrandosi sui segnali conservati RTK-RAS-ERK, Notch e Wnt, sui mutanti rappresentativi, sulle letture quantitative, sugli strumenti genetici, sullo screening di agenti antitumorali e sulle applicazioni basate sulla chemosensibilità.

Abstract

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Caenorhabditis elegans (C. elegans) è un modello di metazoide geneticamente accessibile, trasparente ed economico che colma il divario tra i saggi convenzionali su colture cellulari e i sistemi mammiferi nella ricerca meccanicistica sul cancro. Questa rassegna centrata sui percorsi molecolari illustra studi rappresentativi relativi alla segnalazione conservata dei percorsi RAS/MAPK, Notch e Wnt ed è organizzata attorno alla conservazione dei percorsi, ceppi mutanti, fenotipi quantitativi, strumenti genetici e applicazioni negli studi meccanicistici, nel test di composti e nei saggi basati sulla chemosensibilità. Descriviamo innanzitutto la conservazione dei componenti dei percorsi e dei fenotipi rilevanti per il cancro, inclusa la sovraproliferazione della linea germinale e il fenotipo multivulva (Muv). Successivamente, cataloghiamo mutanti rappresentativi, come ceppi con acquisizione di funzione di glp-1 e let-60 e modelli con perdita di funzione di gld-1 e lip-1, che permettono l'analisi del mantenimento delle cellule staminali, della proliferazione ectopica e della disregolazione della segnalazione. Inoltre, discutiamo gli strumenti disponibili per la costruzione di modelli, inclusi interferenza dell'RNA, transgenesi, MosTIC, TALENs e CRISPR/Cas9, evidenziandone punti di forza e limiti negli studi sulla funzione genica correlati al cancro. Infine, riassumiamo le applicazioni pubblicate di C. elegans nel test di farmaci antitumorali, nella scoperta di percorsi molecolari e nella chemosensibilità associata ai tumori. Integrando la conservazione genetica con fenotipizzazioni in vivo scalabili, C. elegans fornisce una piattaforma complementare per la generazione di ipotesi, la validazione dei percorsi molecolari e la scoperta precoce di terapie, pur riconoscendo i suoi limiti relativi all'immunità adattativa e alla complessità organica quando si traducono i risultati alla biologia del cancro umano.

Introduzione

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Il cancro rimane una delle principali cause di morbosità e mortalità a livello globale. GLOBOCAN 2022 ha stimato circa 20 milioni di nuovi casi di cancro e 9,7 milioni di decessi per cancro in tutto il mondo, inclusi i carcinomi della pelle non melanoma1. Poiché si prevede che l'incidenza del cancro aumenti a causa della crescita e dell'invecchiamento della popolazione2, sistemi sperimentali in grado di chiarire meccanismi conservati e di sostenere un'efficiente priorizzazione degli obiettivi rimangono essenziali.

I meccanismi del cancro sono comunemente studiati in cellule coltivate e successivamente verificati in modelli vertebrati. Tuttavia, la coltura cellulare non riproduce la fisiologia dell'organismo intero, mentre gli studi sui vertebrati sono costosi e relativamente a bassa produttività. Un modello complementare che combini manipolabilità genetica, contesto multicellulare e rapida esecuzione sperimentale può quindi colmare alcune domande specifiche tra saggi in vitro e validazione nei mammiferi.

Caenorhabditis elegans (C. elegans) occupa questa nicchia complementare. A 20 °C, si sviluppa da embrione a adulto fertile in circa 3 giorni, ha una durata media di vita in laboratorio di 2–3 settimane e produce circa 300 prole autofecondate3. OrthoList 2 ha identificato ortologhi di C. elegans per 10.678 dei 20.310 geni umani codificanti proteine (52,6%)4, mentre un'analisi proteomica comparativa precedente ha rilevato omologhi umani per circa l'83% del proteoma di C. elegans5. Inoltre, circa il 72% dei geni umani driver del cancro curati presenta almeno un ortologo in C. elegans6. I processi conservati includono apoptosi, controllo del ciclo cellulare, metabolismo, risposte allo stress e segnalazione RTK–RAS–ERK, Notch, Wnt, TGF-β e insulinica/IGF3,4,6. Tuttavia, l'ortologia non implica equivalenza funzionale completa, e il verme manca di organi vertebrati, immunità adattativa, angiogenesi e sistema circolatorio6.

Questa revisione si concentra sui percorsi di segnalazione RTK (receptore tirosina chinasi)–RAS–ERK, Notch e Wnt perché questi percorsi sono evolutivamente conservati, frequentemente disregolati nel cancro umano e associati a fenotipi di C. elegans facilmente valutabili. Distinguiamo veri tumori della linea germinale da iperplasie dello sviluppo o da fenotipi ectopici del destino cellulare, riassumiamo ceppi rappresentativi e letture quantitative, esaminiamo gli strumenti genetici per la costruzione di modelli e discutiamo studi in cui esperimenti con vermi hanno chiarito meccanismi antitumorali o permesso la priorizzazione di composti.

Revisione e prospettiva

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Conservazione dei percorsi di segnalazione oncogenica in C. elegans
Il cancro è determinato da combinazioni di alterazioni genetiche ed epigenetiche che perturbano la proliferazione, la differenziazione, la sopravvivenza, il mantenimento del genoma, il metabolismo e le interazioni con il microambiente. C. elegans non è in grado di riprodurre ogni caratteristica delle neoplasie umane, ma permette di isolare funzioni di percorsi conservati in un contesto di organismo intero. I modelli più informativi, pertanto, associano una lesione molecolare definita a un fenotipo misurabile e a un'analogia chiaramente dichiarata con il cancro umano.

Segnalazione RTK-RAS-ERK
L'attivazione della tirosina chinasi recettoriale (RTK) promuove il dimerizzazione o il riarrangiamento del recettore e l'autofosforilazione in trans di residui tirosina citoplasmatici7. I siti di ancoraggio fosfotirosina reclutano proteine adattatrici e fattori di scambio dei nucleotidi guaninici, che convertono RAS dallo stato legato al GDP a quello legato al GTP7,8. RAS-GTP recluta le chinasi RAF alla membrana plasmatica, dove l'attivazione di RAF inizia la cascata chinasi RAF–MEK–ERK8,9. ERK attivata fosforila substrati citoplasmatici e nucleari che regolano la proliferazione, la differenziazione, la sopravvivenza e il destino cellulare10. Mutazioni oncogeniche di RAS o un'attività aberrante di RTK possono quindi mantenere l'output della via di segnalazione indipendentemente dal normale controllo extracellulare8,11.

C. elegans codifica diversi RTK, tra cui LET-23/EGFR ed EGL-15/FGFR12. Durante l'induzione vulvare, LIN-3/EGF attiva LET-23 e la cascata conservata SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK12,13,14. La regolazione dipendente da ERK di LIN-1 e LIN-31 determina il destino delle cellule precursori vulvari12,15. Una ridotta attività della via produce un fenotipo privo di vulva, mentre un'eccessiva attivazione—come negli alleli con funzione acquisita di let-60—produce il fenotipo multivulva (Muv)15,16. La stessa via regola anche lo sviluppo del dotto escretore, le connessioni uterovulvari e diversi processi maschili e della linea germinale12,17,18,19. La segnalazione di EGL-15/FGFR controlla la migrazione dei mioblasti sessuali, il mantenimento muscolare, l'orientamento degli assoni e l'omeostasi dei liquidi20,21,22,23. Poiché l'output della via dipende dal tessuto e dallo stadio, modelli informativi per lo studio del cancro sono definiti da una lesione molecolare specifica, da un contesto tissutale rilevante e da una lettura quantitativa12.

Segnale Notch
Notch è un percorso di segnalazione dipendente dal contatto, in cui un ligando legato alla membrana della famiglia Delta/Serrate/LAG-2 (DSL) su una cellula attiva un recettore Notch su una cellula adiacente24,25. Durante la maturazione del recettore, avviene una scissione S1 nel percorso secretorio24. Il legame del ligando espone quindi il sito S2 alle proteasi della famiglia ADAM, seguito da una scissione S3 operata dalla γ-secretasi24,25. Il dominio intracellulare di Notch rilasciato entra nel nucleo e forma un complesso trascrizionale con proteine leganti il DNA della famiglia CSL e coattivatori della famiglia Mastermind24. In C. elegans, i corrispondenti fattori nucleari sono LAG-1 e SEL-825.

C. elegans possiede due recettori Notch, LIN-12 e GLP-125. Nella linea germinale adulta, le cellule del polo distale (DTC) forniscono ligandi DSL, principalmente LAG-2 e APX-1, a GLP-1 presenti sulle cellule staminali/progenitrici adiacenti della linea germinale (GSC)26,27. Un'alta attività di GLP-1 mantiene la proliferazione mitotica; quando le cellule si allontanano dalle DTC, una ridotta segnalazione Notch permette ai percorsi GLD di promuovere l'ingresso in meiosi28,29. Alleli glp-1 con funzione acquisita possono mantenere una mitosi ectopica e produrre tumori della linea germinale25,30. LIN-12 controlla diverse decisioni del destino cellulare somatico, inclusa la scelta tra cellula ancoraggio e utero ventrale; un'attività costitutiva di LIN-12 nelle cellule precursori vulvali produce un fenotipo multivulva (Muv), e GLP-1 attivato può specificare ectopicamente destini vulvali25,31,32.

Anche i tumori germinativi prossimali possono insorgere attraverso un meccanismo non cellulare-autonomo definito "nicchia latente"33. Nei mutanti pro-1 o nei mutanti con acquisizione di funzione glp-1(ar202), un ingresso ritardato nella meiosi permette alle cellule germinali prossimali indifferenziate di incontrare ligandi DSL, tra cui APX-1 e ARG-1, provenienti dalle cellule della guaina gonadica in maturazione33. L'attivazione prolungata di GLP-1/Notch mantiene quindi la mitosi e la persistenza del tumore33. Al contrario, la perdita di gld-1 provoca tumori germinativi a causa del fallimento della differenziazione meiotica e non dovrebbe essere classificata come un'attivazione diretta della via di Notch34.

Segnalazione Wnt
La segnalazione Wnt regola il destino cellulare, la polarità, la migrazione e la proliferazione attraverso diversi rami dipendenti dal contesto35,36. Nel percorso canonico della β-catenina, il legame di Wnt ai recettori Frizzled e LRP5/6 inibisce il complesso distruttivo AXIN–APC–GSK3–CK1, consentendo alla β-catenina di accumularsi e cooperare con i fattori TCF/LEF nel nucleo35,36. La disregolazione di questo percorso è centrale in diversi tipi di cancro umano, in particolare nel cancro del colon-retto36.

C. elegans utilizza sia un percorso canonico BAR-1/β-catenina sia un percorso di asimmetria Wnt/β-catenina divergente37,38. La segnalazione dipendente da BAR-1 contribuisce alle decisioni del destino cellulare postembrionale, inclusivo dello sviluppo vulvare37,38. Nel percorso di asimmetria, WRM-1/β-catenina e LIT-1/NLK riducono il livello nucleare di POP-1/TCF in una delle cellule figlie, mentre SYS-1/β-catenina agisce come coattivatore trascrizionale; livelli disuguali di POP-1 e SYS-1 generano destini cellulari distinti nelle cellule figlie37,38,39. Queste caratteristiche specifiche del verme differiscono dal percorso Wnt canonico dei mammiferi e devono essere interpretate come architetture di segnalazione distinte37,38.

La segnalazione Wnt non canonica controlla la polarità cellulare e la migrazione attraverso vie dipendenti da Frizzled e vie simili ai recettori tirosina chinasi35,40. In C. elegans, i ligandi e i recettori Wnt guidano le migrazioni neuronali e mesodermiche e orientano le divisioni asimmetriche37,41. Questi parametri sono rilevanti per la biologia del cancro poiché una polarità e una motilità alterate sono prerequisiti per l'invasione, anche se il verme non rappresenta un modello per la disseminazione metastatica stessa36,37.

I fenotipi rappresentativi della via di segnalazione Wnt includono difetti nello sviluppo della vulva in animali con perdita di funzione di bar-142, difetti di polarità embrionale in mutanti di mom-2 o mom-537,43, e difetti nella migrazione cellulare o nella guida degli assoni in mutanti di mig-1 o prkl-137,41. Questi ceppi sono modelli dello sviluppo specifici per la via di segnalazione e non costituiscono equivalenti diretti di tumori maligni36,37.

Selezione di fenotipi e letture rilevanti per il cancro
Il termine “tumore” deve essere usato con cautela nei modelli legati al cancro in C. elegans6. I tumori della linea germinale di C. elegans contengono cellule germinali che proliferano ectopicamente e presentano difetti di differenziazione, fornendo quindi l'analogo più vicino, nel verme, alla crescita neoplastica30,34,44. Al contrario, il fenotipo multivulva (Muv) riflette l'induzione ectopica del destino cellulare vulvale e la crescita tissutale; rappresenta una lettura sensibile dell'attività della via RAS/MAPK o della via Notch, ma non corrisponde a un tumore maligno15,16,25. Nel germline distale, il segnale Notch derivato dalla cellula apicale distale (DTC) mantiene il pool di progenitori mitotici28,44. Alleli con funzione acquisita di glp-1 o difetti in geni di differenziazione meiotica come gld-1 possono espandere le cellule germinali mitotiche30,34,44. Nelle cellule precursori vulvali, la funzione acquisita di let-60/RAS o una ridotta attività di regolatori negativi come LIP-1 possono indurre o accentuare i fenotipi Muv15,16,45. Queste categorie fenotipiche sono riassunte schematicamente nella Figura 1. La Figura 1A mostra il contesto anatomico normale e le letture di base utilizzate nei saggi legati al cancro in C. elegans. La Figura 1D collega il segnale RAS/MAPK dipendente da LIN-3/LET-23 alle decisioni di destino nelle cellule precursori vulvali, mentre la Figura 1E illustra il segnale GLP-1/Notch nella nicchia delle cellule staminali del germline distale e i meccanismi di tumore in nicchia latente. La Figura 1F distingue ulteriormente il ramo canonico di Wnt dipendente da BAR-1 dalla via di asimmetria Wnt/β-catenina, sottolineando che le letture relative a Wnt in C. elegans devono essere interpretate come fenotipi di tipo sviluppativo o sensibili alla via, piuttosto che come modelli diretti di tumore maligno. Gli endpoint quantitativi raccomandati includono la percentuale di animali con fenotipo Muv, il numero di protrusioni vulvali ectopiche, la lunghezza della zona mitotica, le cellule germinali positive per l'istone H3 fosforilato, l'area del gonade, la fertilità, la localizzazione del reporter e le relazioni dose-risposta15,28,30,44,45. La Tabella 1 riassume ceppi rappresentativi, le relative lesioni molecolari, i fenotipi, i saggi quantitativi e le applicazioni legate al cancro.

Strumenti genetici e sperimentali
I modelli di C. elegans possono essere generati mediante mutagenesi classica, transgenesi, interferenza dell'RNA (RNAi) o editing mirato del genoma46,47,48. L'iniezione microgonadica consente efficacemente la creazione di array extracromosomici46, mentre l'irradiazione, il bombardamento con microparticelle e i sistemi di inserzione di singola copia possono generare linee transgeniche integrate o con basso numero di copie, riducendo gli artefatti legati al numero di copie e alla mosaicismo47,48. Ricombinasi sito-specifiche, inserzione mediata da Mos1 di singola copia, nucleasi a dita di zinco, TALEN e, in particolare, CRISPR/Cas9 permettono delezioni mirate, mutazioni puntiformi, marcatura endogena, alleli condizionali e varianti umanizzate48,49. La scelta del metodo deve essere basata sulle esigenze dello studio, in particolare se richiede un abbattimento transitorio, una perdita stabile, un guadagno di funzione, specificità tissutale, espressione endogena o la sostituzione con una variante umana del cancro48,49.

L'RNAi può essere somministrato mediante iniezione gonadale, incubazione o alimentazione con batteri che esprimono RNA a doppio filamento50. È un metodo rapido e scalabile, ma l'efficienza dell'abbattimento varia tra tessuti e geni, e l'RNAi produce un fenocopia piuttosto che un allele ereditabile definito50. Per studi su composti, la validazione del modello dovrebbe includere recupero genetico o epistasi, alleli indipendenti e letture ortogonali per distinguere effetti specifici del percorso da tossicità, ritardo nello sviluppo o ridotto consumo di cibo6,44.

Il flusso di lavoro pratico per l'applicazione di questi modelli è riassunto in Figura 2. In questo schema, una domanda legata al cancro viene innanzitutto associata a un percorso di segnalazione conservato e a una lesione molecolare definita, seguita dalla selezione di una ceppo di C. elegans appropriato o di un modello ingegnerizzato, di un fenotipo quantitativo e di controlli di convalida. Questa progettazione progressiva consente di distinguere la modulazione specifica del percorso da tossicità generale o ritardi nello sviluppo, fornendo una base razionale per applicazioni successive in studi meccanicistici, priorizzazione di composti o saggi basati sulla chemosensibilità.

Applicazioni precedenti
Studi pubblicati illustrano come modelli di C. elegans basati su percorsi molecolari possano supportare la priorizzazione precoce di composti. In una piattaforma EGFR specifica per mutazione, Bae et al. hanno espresso recettori chimerici LET-23 contenenti il dominio tirosina-chinasi umano EGFR in cellule vulvari, inclusi alleli wild-type, L858R e T790M/L858R. I chimere attivanti L858R e T790M/L858R hanno prodotto un fenotipo multivulva (Muv), consentendo di utilizzare la percentuale di animali Muv come parametro quantitativo per lo screening. Gefitinib ed erlotinib hanno soppresso il fenotipo Muv associato a L858R, ma non quello associato a T790M/L858R. In uno screening pilota di 8.960 piccole molecole, AG1478 e U0126 sono stati identificati come inibitori della segnalazione dipendente da EGFR o MEK, rispettivamente51. Medina et al. hanno ulteriormente valutato i candidati per il reimpiego itraconazolo, disulfiram, etodolac e ouabaina in ceppi mutanti definiti dal percorso, rappresentanti alterazioni dei percorsi Wnt, Notch e RAS–ERK. Il recupero della sterilità, dell'infertilità o dei fenotipi Muv è stato utilizzato come parametro fenotipico per la priorizzazione dei composti52. Più di recente, Makhoul et al. hanno testato EAPB02303 in animali MT2124 let-60(n1046gf) e MT4698 let-60(n1700gf). Hanno quantificato sia la proporzione di animali che mostravano il fenotipo Muv sia il numero di vulve ectopiche per animale, osservando una soppressione fenotipica compatibile con una ridotta attività della via LET-60/RAS–MAPK. I loro esperimenti complementari sulla durata della vita e sulla localizzazione di DAF-16 hanno inoltre supportato un effetto sulla segnalazione insulinica/IGF-1–PI3K–AKT53. Tuttavia, il recupero fenotipico in questi modelli di verme deve essere interpretato come evidenza di una modulazione del percorso molecolare e di una priorizzazione precoce dei composti, piuttosto che come prova diretta di efficacia antitumorale in tumori mammiferi.

I modelli di tumore della linea germinale distinguono percorsi meccanicamente diversi legati alla proliferazione persistente. Alleli con funzione acquisita di glp-1 mantengono la mitosi dipendente da GLP-1/Notch nella linea germinale, mentre i mutanti pro-1 rivelano un meccanismo latente non autonomo per la cellula, in cui i ligandi DSL delle cellule della guaina prossimale sostengono un mantenimento aberrante della mitosi. Al contrario, la perdita di funzione di gld-1 provoca la formazione di tumori della linea germinale principalmente a causa di un difetto nella differenziazione meiotica, piuttosto che attraverso l'attivazione diretta della via di Notch. Questi modelli forniscono quindi sistemi complementari per lo studio del mantenimento delle cellule staminali, del fallimento della differenziazione e dell'insorgenza tumorale dipendente dal microambiente30,33,34.

Altre applicazioni legate al cancro includono schermate sinteticamente letali per LIN-35/Rb, saggi sull'apoptosi dipendente da CEP-1/p53 e studi sulla segnalazione di AMPK e PI3K6,44. Le applicazioni basate sulla chemosensibilità devono essere considerate separatamente dalla modellizzazione dei tumori e dallo screening farmacologico. In questi studi, C. elegans vengono esposti a metaboliti volatili o urinari associati al cancro, e le risposte comportamentali vengono misurate come possibili segnali diagnostici. Tali saggi non riproducono la crescita tumorale né l'attività di farmaci antitumorali e richiedono una validazione analitica e clinica prima di poter essere tradotti in ambito diagnostico54,55.

Prospettive
C. elegans è particolarmente utile quando la domanda biologica riguarda meccanismi conservati, autonomi a livello cellulare o sistemici, che possono essere associati a un fenotipo quantitativo. I suoi limiti—tra cui l'assenza di immunità adattativa, vascolarizzazione, epitelio specifico per organo e metastasi naturale—escludono la modellizzazione diretta di molte interazioni tra tumore e stroma o con il sistema immunitario. Tra le prospettive future vi sono la modifica endogena di varianti derivate da pazienti, la perturbazione specifica per tessuto, l'analisi mediante imaging ad alto contenuto, il fenotipaggio automatizzato e l'integrazione della genetica del verme con la genomica del cancro umano. I risultati ottenuti devono essere considerati come evidenze generatrici di meccanismi o bersagli e devono essere convalidati in cellule di mammifero o in modelli vertebrati prima di trarre conclusioni di tipo traslazionale.

Conclusioni

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C. elegans è un sistema complementare e geneticamente accessibile in vivo per analizzare segnali conservati legati al cancro e per identificare priorità tra bersagli o composti candidati. Le sue applicazioni più significative collegano esplicitamente alterazioni umane legate al cancro a un ortologo conservato nel verme, al contesto tissutale e a fenotipi quantitativi, come la sovraproliferazione della linea germinale, la formazione di multivulva, l'attività di un reporter o la risposta al farmaco. L'interpretazione deve distinguere tumori veri e propri della linea germinale dai fenotipi legati a percorsi dello sviluppo e dovrebbe essere supportata da alleli indipendenti, recupero genetico o epistasi, e controlli per tossicità e ritardo nello sviluppo. Sebbene il verme non possa modellare l'immunità adattativa, il sistema vascolare, l'architettura specifica degli organi o la metastasi, rimane utile per la generazione rapida di ipotesi e la validazione precoce dei percorsi. Lavori futuri che combinino modifiche endogene di varianti derivate da pazienti, perturbazioni tissuto-specifiche, fenotipizzazione automatizzata e validazione interspecie rafforzeranno la traducibilità alla biologia del cancro nei mammiferi.

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Figura 1. Parametri di lettura conservati relativi ai segnali associati al cancro in C. elegans. (A) Anatomia di tipo selvatico e parametri di lettura normali. (B) Crescita eccessiva simile a tumore della linea germinale con espansione dei parametri di lettura della zona mitotica. (C) Fenotipo multivulva (Muv) come parametro di lettura quantificabile del percorso. (D) Segnalazione LIN-3/LET-23 RAS/MAPK nelle cellule precursori vulvali. (E) Segnalazione GLP-1/Notch nella nicchia delle cellule staminali della linea germinale e meccanismi tumorali della nicchia latente. (F) I rami Wnt di C. elegans sono suddivisi nel ramo canonico dipendente da BAR-1 e nel percorso di asimmetria Wnt/β-catenina. I fenotipi Muv e quelli correlati a Wnt sono parametri di lettura sensibili allo sviluppo o ai percorsi, piuttosto che modelli diretti di tumori maligni. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

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Figura 2. Schema pratico per collegare i modelli di C. elegans ai meccanismi e alle applicazioni legate al cancro. Il flusso di lavoro collega la selezione del percorso, la definizione della lesione molecolare, la selezione delle risposte nel modello, la validazione quantitativa e l'applicazione legata al cancro. Usi rappresentativi includono saggi di soppressione del fenotipo Muv mediati da RAS/MAPK, studi sui meccanismi dei tumori della linea germinale, controlli per percorsi e tossicità, e applicazioni non tumorali basate sulla chemosensibilità. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

StirpeGenotipoLesione molecolare / ramo del percorsoFenotipo / letturaEndpoint quantitativo consigliatoUso rappresentativo / avvertenze
CB1026lin-1(e1026) IV.Output trascrizionale RAS/MAPK; repressore LIN-1 ETS a valle di MPK-1/ERKMultivulva (Muv)% animali Muv; protrusioni vulvali ectopiche/animaleLettura dell'output vulvale RAS/MAPK; indicatore del percorso di sviluppo, non tumore maligno
CB1275lin-1(e1275) IV.Output trascrizionale RAS/MAPKMuv% Muv; protrusioni/animaleAllelo alternativo di lin-1 per conferma dell'output del percorso
MT3516lin-1(e1275) cha-1(p1152) IV.Output RAS/MAPK in un contesto genetico complessoMuv% Muv; tempistica dello sviluppo; fertilitàUtilizzare con cautela a meno che il background cha-1 non sia pertinente al saggio
MT301lin-31(n301) II.Output trascrizionale dipendente da RAS/MAPK; fattore forkhead LIN-31Muv% Muv; localizzazione del marcatore del destino delle VPCLettura del destino cellulare vulvare a valle di LET-60/MPK-1
MT1001lin-1(e1777) IV.Output trascrizionale RAS/MAPKMuv% Muv; protrusioni/animaleCorretto da output legato a Wnt a output legato a RAS/MAPK
MT2124let-60(n1046gf) IV.Funzione acquisita di LET-60/RAS; segnalazione RAS/MAPK iperattivaMuv% Muv; protrusioni/animale; soppressione dose-dipendenteSaggi di screening di composti antitumorali e di soppressione del percorso RAS/MAPK
MT4698let-60(n1700gf) IV.Funzione acquisita di LET-60/RAS; segnalazione RAS/MAPK iperattivaMuv% Muv; protrusioni/animale; soppressione dose-dipendenteStirpe per screening di composti RAS/MAPK; utilizzata con MT2124 negli studi di soppressione del percorso con EAPB02303
MT309lin-15B&lin-15A(n309) X.Multivulva sintetica; regolazione negativa dell'induzione vulvare/background permissivo per RASMuv% Muv; penetranza; protrusioni/animaleBackground Muv modificatore o sensibilizzato; non un modello tumorale diretto
ZM10942lin-15B&lin-15A(n765) X; hpIs774; hpEx4292.Background Muv sintetico con contesto di reporter/transgeneMuv / lettura del reporter% Muv; localizzazione/intensità del reporterUtilizzare quando la lettura del reporter è essenziale; descrivere il transgene/reporter nel testo
JK590glp-1(q35)/eT1 III; him-5(e1490)/eT1 V.Troncamento C-terminale del recettore GLP-1/Notch; Muv semidominante con fenotipo GlpMuv sterile / Glp% Muv; sterilità; conteggio della proleLettura dello sviluppo vulvare/germinale dipendente da Notch; non raggruppare con modelli di tumore della germline distale
GC833glp-1(ar202) III.Funzione acquisita di GLP-1/NotchTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; area del gonade; fertilitàMitosi persistente dipendente da Notch nel modello di tumore germinale
BS3164unc-32(e189) glp-1(ar202) III.Funzione acquisita di GLP-1/Notch con background/marcatore unc-32Tumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; area del gonade; fertilitàBackground alternativo di glp-1(ar202); indicare il marcatore/background nei metodi
GC565pro-1(na48)/mIn1 [dpy-10(e128) mIs14] II.Modello di nicchia latente; l'ingresso ritardato in meiosi permette l'esposizione al ligando DSL prossimale e l'attivazione di GLP-1/NotchTumore germinale prossimaleCellule mitotiche prossimali; cellule pH3+; area del gonade; fertilitàAvvio del tumore non cell-autonomo; distinguere da funzione acquisita diretta di glp-1
IT540gap-3(kp1) I; puf-8(zh17) unc-4(e120)/mnC1 [dpy-10(e128) unc-52(e444)] II.Background misto associato a RAS/MAPK e legame a RNA/differenziazioneMuv e tumore germinale% Muv; lunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilitàUtilizzare solo con una chiara giustificazione meccanicistica poiché i fenotipi derivano da percorsi misti
XA774gld-1(q485)/gna-2(qa705) unc-55(e1170) I.Insufficienza della differenziazione meiotica GLD; non attivazione diretta di NotchTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; area del gonade; fertilitàModello di insufficienza della differenziazione meiotica; non definire come Notch
JK3025gld-1(q485) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Insufficienza della differenziazione meiotica GLDTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilitàModello tumorale gld-1 equilibrato; distinguere dai tumori glp-1/Notch
JK1466gld-1(q485)/dpy-5(e61) unc-13(e51) I.Insufficienza della differenziazione meiotica GLDTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilitàBackground alternativo di gld-1; distinguere dai tumori indotti da Notch
JK4299gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Percorso di ingresso in meiosi/differenziazione GLD-1/GLD-2Tumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilitàModello tumorale del percorso GLD; non attivazione diretta di Notch
JK4832gld-1(q485) gld-2(q497) lst-1(ok814) sygl-1(tm5040) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Percorso GLD più background di regolatore di cellule staminaliTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilità; espressione del marcatoreModello meccanicamente complesso di destino di cellule staminali/differenziazione GLD; indicare l'ipotesi esatta
JK2879gld-2(q497) gld-1(q485)/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Percorso di differenziazione GLD-1/GLD-2Tumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilitàModello tumorale alternativo equilibrato del percorso GLD
BS3156unc-13(e51) gld-1(q485)/hT2 [dpy-18(h662)] I; +/hT2 [bli-4(e937)] III.Insufficienza della differenziazione meiotica GLD con mutazioni di background/marcatoreTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilitàUtilizzare indicando chiaramente il background genotipico
JK5760lst-1(ok814) sygl-1(q828) gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Percorso GLD più background di regolatore di cellule staminali/bersaglio di NotchTumore germinaleLunghezza della zona mitotica; cellule pH3+; fertilità; espressione del marcatore di cellule staminaliModello complesso di cellule staminali germinale/differenziazione; non ridurre sotto la categoria “Notch”

Tabella 1: Stirpi mutanti rappresentative di C. elegans e letture raccomandate per i percorsi correlati al cancro. La nomenclatura delle stirpi e i genotipi si basano sui record del CGC/WormBase; annotazioni dei percorsi e dei fenotipi15,16,25,30,33,34,44,45,51,52,53. Questa tabella riassume le stirpi rappresentative che illustrano letture specifiche per percorso comunemente utilizzate negli studi su C. elegans correlati al cancro.

Abbreviazioni: CGC, Caenorhabditis Genetics Center; DSL, ligando della famiglia Delta/Serrate/LAG-2; EGFR, recettore del fattore di crescita epidermico; ERK, chinasi regolata dal segnale extracellulare; gf, guadagno di funzione; GLD, sviluppo della linea germinale difettoso; Glp, fenotipo di proliferazione della linea germinale difettosa; lf, perdita di funzione; MAPK, chinasi mitogen-attivata; MEK, chinasi MAPK/ERK; Muv, multivulva; pH3+, positivo per istone H3 fosforilato; RAS, sarcoma del ratto; RNAi, interferenza dell'RNA; VPC, cellula precursora vulvare; Wnt, wingless/integrato. ETS, specifico per la trasformazione E26.

Dichiarazioni

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

Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.

Ringraziamenti

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

Ringraziamo il Caenorhabditis Genetics Center, finanziato dall'Ufficio dei Programmi per le Infrastrutture della Ricerca dei NIH (P40 OD010440), per aver fornito informazioni e risorse sulle ceppi. Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione Scientifica dell'Ufficio Sanitario Provinciale del Zhejiang (n. 2025KY1608).

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bray F, et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2024;74(3):229-263.
  2. Soerjomataram I, Bray F. Planning for tomorrow: global cancer incidence and the role of prevention 2020-2070. Nat Rev Clin Oncol. 2021;18(10):663-672.
  3. Corsi AK, Wightman B, Chalfie M. A transparent window into biology: a primer on Caenorhabditis elegans. Genetics. 2015;200(2):387-407.
  4. Kim W, Underwood RS, Greenwald I, Shaye DD. OrthoList 2: a new comparative genomic analysis of human and Caenorhabditis elegans genes. Genetics. 2018;210(2):445-461.
  5. Lai CH, Chou CY, Ch'ang LY, Liu CS, Lin WC. Identification of novel human genes evolutionarily conserved in Caenorhabditis elegans by comparative proteomics. Genome Res. 2000;10(5):703-713.
  6. Cerón J. Caenorhabditis elegans for research on cancer hallmarks. Dis Model Mech. 2023;16(6):dmm050079.
  7. Lemmon MA, Schlessinger J. Cell signaling by receptor tyrosine kinases. Cell. 2010;141(7):1117-1134.
  8. Karnoub AE, Weinberg RA. Ras oncogenes: split personalities. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9(7):517-531.
  9. Udell CM, Rajakulendran T, Sicheri F, Therrien M. Mechanistic principles of RAF kinase signaling. Cell Mol Life Sci. 2011;68(4):553-565.
  10. Yoon S, Seger R. The extracellular signal-regulated kinase: multiple substrates regulate diverse cellular functions. Growth Factors. 2006;24(1):21-44.
  11. Malumbres M, Barbacid M. RAS oncogenes: the first 30 years. Nat Rev Cancer. 2003;3(6):459-465.
  12. Sundaram MV. Canonical RTK-Ras-ERK signaling and related alternative pathways. WormBook. 2013:1-38.
  13. Hill RJ, Sternberg PW. The gene lin-3 encodes an inductive signal for vulval development in C. elegans. Nature. 1992;358(6386):470-476.
  14. Aroian RV, Koga M, Mendel JE, Ohshima Y, Sternberg PW. The let-23 gene necessary for Caenorhabditis elegans vulval induction encodes a tyrosine kinase of the EGF receptor subfamily. Nature. 1990;348(6303):693-699.
  15. Shin H, Reiner DJ. The signaling network controlling C. elegans vulval cell fate patterning. J Dev Biol. 2018;6(4):30.
  16. Han M, Aroian RV, Sternberg PW. The let-60 locus controls the switch between vulval and nonvulval cell fates in Caenorhabditis elegans. Genetics. 1990;126(4):899-913.
  17. Abdus-Saboor I, et al. Notch and Ras promote sequential steps of excretory tube development in C. elegans. Development. 2011;138(16):3545-3555.
  18. Chang C, Newman AP, Sternberg PW. Reciprocal EGF signaling back to the uterus from the induced C. elegans vulva coordinates morphogenesis of epithelia. Curr Biol. 1999;9(5):237-246.
  19. Chamberlin HM, Sternberg PW. The lin-3/let-23 pathway mediates inductive signaling during male spicule development in Caenorhabditis elegans. Development. 1994;120(10):2713-2721.
  20. DeVore DL, Horvitz HR, Stern MJ. An FGF receptor signaling pathway is required for the normal cell migrations of the sex myoblasts in C. elegans hermaphrodites. Cell. 1995;83(4):611-620.
  21. Szewczyk NJ, Jacobson LA. Activated EGL-15 FGF receptor promotes protein degradation in muscles of Caenorhabditis elegans. EMBO J. 2003;22(19):5058-5067.
  22. Bülow HE, Boulin T, Hobert O. Differential functions of the C. elegans FGF receptor in axon outgrowth and maintenance of axon position. Neuron. 2004;42(3):367-374.
  23. Huang P, Stern MJ. FGF signaling functions in the hypodermis to regulate fluid balance in C. elegans. Development. 2004;131(11):2595-2604.
  24. Kopan R, Ilagan MXG. The canonical Notch signaling pathway: unfolding the activation mechanism. Cell. 2009;137(2):216-233.
  25. Greenwald I, Kovall R. Notch signaling: genetics and structure. WormBook. 2013:1-28.
  26. Kimble J, Seidel H. C. elegans germline stem cells and their niche. StemBook. 2013.
  27. Chen J, et al. GLP-1 Notch-LAG-1 CSL control of the germline stem cell fate is mediated by transcriptional targets lst-1 and sygl-1. PLoS Genet. 2020;16(3):e1008650.
  28. Kimble J, Crittenden SL. Germline proliferation and its control. WormBook. 2005:1-14.
  29. Austin J, Kimble J. glp-1 is required in the germ line for regulation of the decision between mitosis and meiosis in C. elegans. Cell. 1987;51(4):589-599.
  30. Berry LW, Westlund B, Schedl T. Germ-line tumor formation caused by activation of glp-1, a Caenorhabditis elegans member of the Notch family of receptors. Development. 1997;124(4):925-936.
  31. Seydoux G, Greenwald I. Cell autonomy of lin-12 function in a cell fate decision in C. elegans. Cell. 1989;57(7):1237-1245.
  32. Mango SE, Maine EM, Kimble J. Carboxy-terminal truncation activates glp-1 protein to specify vulval fates in Caenorhabditis elegans. Nature. 1991;352(6338):811-815.
  33. McGovern M, Voutev R, Maciejowski J, Corsi AK, Hubbard EJA. A latent niche mechanism for tumor initiation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(28):11617-11622.
  34. Francis R, Barton MK, Kimble J, Schedl T. gld-1, a tumor suppressor gene required for oocyte development in Caenorhabditis elegans. Genetics. 1995;139(2):579-606.
  35. Angers S, Moon RT. Proximal events in Wnt signal transduction. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(7):468-477.
  36. Clevers H, Nusse R. Wnt/β-catenin signaling and disease. Cell. 2012;149(6):1192-1205.
  37. Sawa H, Korswagen HC. Wnt signaling in C. elegans. WormBook. 2013:1-30.
  38. Jackson BM, Eisenmann DM. β-catenin-dependent Wnt signaling in C. elegans. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012;4(8):a007948.
  39. Liu J, Phillips BT, Amaya MF, Kimble J, Xu W. The C. elegans SYS-1 protein is a bona fide beta-catenin. Dev Cell. 2008;14(5):751-761.
  40. Green JL, Kuntz SG, Sternberg PW. Ror receptor tyrosine kinases: orphans no more. Trends Cell Biol. 2008;18(11):536-544.
  41. Ackley BD. Wnt-signaling and planar cell polarity genes regulate axon guidance along the anteroposterior axis in C. elegans. Dev Neurobiol. 2014;74(8):781-796.
  42. Eisenmann DM, Maloof JN, Simske JS, Kenyon C, Kim SK. The beta-catenin homolog BAR-1 and LET-60 Ras coordinately regulate the Hox gene lin-39 during Caenorhabditis elegans vulval development. Development. 1998;125(18):3667-3680.
  43. Park FD, Tenlen JR, Priess JR. C. elegans MOM-5/frizzled functions in MOM-2/Wnt-independent cell polarity and is localized asymmetrically prior to cell division. Curr Biol. 2004;14(24):2252-2258.
  44. Jones M, Norman M, Tiet AM, Lee J, Lee MH. C. elegans germline as three distinct tumor models. Biology (Basel). 2024;13(6):425.
  45. Berset T, Hoier EF, Battu G, Canevascini S, Hajnal A. Notch inhibition of RAS signaling through MAP kinase phosphatase LIP-1 during C. elegans vulval development. Science. 2001;291(5506):1055-1058.
  46. Mello CC, Kramer JM, Stinchcomb D, Ambros V. Efficient gene transfer in C. elegans: extrachromosomal maintenance and integration of transforming sequences. EMBO J. 1991;10(12):3959-3970.
  47. Praitis V, Casey E, Collar D, Austin J. Creation of low-copy integrated transgenic lines in Caenorhabditis elegans. Genetics. 2001;157(3):1217-1226.
  48. Chen X, Feng X, Guang S. Targeted genome engineering in Caenorhabditis elegans. Cell Biosci. 2016;6:60.
  49. Dickinson DJ, Goldstein B. CRISPR-based methods for Caenorhabditis elegans genome engineering. Genetics. 2016;202(3):885-901.
  50. Ahringer J. Reverse genetics. WormBook. 2006:1-43.
  51. Bae YK, et al. An in vivo C. elegans model system for screening EGFR-inhibiting anticancer drugs. PLoS One. 2012;7(9):e42441.
  52. Medina PM, Ponce JM, Cruz CA. Revealing the anticancer potential of candidate drugs in vivo using Caenorhabditis elegans mutant strains. Transl Oncol. 2021;14(1):100940.
  53. Makhoul P, et al. Uncovering the molecular pathways implicated in the anticancer activity of the imidazoquinoxaline derivative EAPB02303 using a Caenorhabditis elegans model. Int J Mol Sci. 2024;25(14):7785.
  54. Hirotsu T, et al. A highly accurate inclusive cancer screening test using Caenorhabditis elegans scent detection. PLoS One. 2015;10(3):e0118699.
  55. Lanza E, et al. C. elegans-based chemosensation strategy for the early detection of cancer metabolites in urine samples. Sci Rep. 2021;11:17133.

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