Reviewartikel

Caenorhabditis elegans: Een veelzijdig in vivo model voor het ontcijferen van geconserveerde oncogene signaleringspaden

DOI:

10.3791/72682

⸱

14 augustus 2026

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

In dit artikel

Samenvatting

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

Dit overzicht evalueert Caenorhabditis elegans als een complementair in vivo model voor onderzoek naar kankerroutes, met de nadruk op geconserveerde RTK-RAS-ERK-, Notch- en Wnt-signalering, representatieve mutanten, kwantitatieve read-outs, genetische tools, antikankerscreening en toepassingen op basis van chemosensatie.

Samenvatting

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

Caenorhabditis elegans (C. elegans) is een genetisch hanteerbaar, transparant en kosteneffectief metazoën model dat een brug slaat tussen conventionele celkweekassays en mammalia-systemen voor mechanistisch kankeronderzoek. Deze review, die gericht is op signaalpaden, behandelt representatieve studies naar geconserveerde RAS/MAPK-, Notch- en Wnt-signalering en is georganiseerd rondom de conservatie van paden, mutante stammen, kwantitatieve fenotypes, genetische tools en toepassingen in mechanisme-studies, compound-screening en assays gebaseerd op chemosensatie. We beschrijven eerst de conservatie van componenten van signaalpaden en tumor-relevante fenotypes, waaronder overproliferatie van de kiemlijn en het multivulva (Muv) fenotype. Vervolgens catalogiseren we representatieve mutanten, zoals gain-of-function glp-1 en let-60 stammen en loss-of-function gld-1 en lip-1 modellen, die analyse van stamcelonderhoud, ectopische proliferatie en ontregeling van de signalering mogelijk maken. Daarnaast bespreken we beschikbare tools voor modelconstructie, waaronder RNA-interferentie, transgenese, MosTIC, TALENs en CRISPR/Cas9, waarbij we hun sterke punten en beperkingen voor genfunctiestudies gerelateerd aan kanker belichten. Tot slot vatten we gepubliceerde toepassingen van C. elegans samen in anticancer-drugscreening, de ontdekking van signaalpaden en tumor-geassocieerde chemosensatie. Door genetische conservatie te integreren met schaalbare in vivo fenotypering, biedt C. elegans een complementair platform voor hypothesegeneratie, validatie van signaalpaden en therapeutische ontdekking in een vroeg stadium, terwijl de beperkingen op het gebied van adaptieve immuniteit en orgaancomplexiteit in acht genomen moeten worden bij het vertalen van bevindingen naar de menselijke kankerbiologie.

Inleiding

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

Kanker blijft een van de belangrijkste oorzaken van wereldwijde morbiditeit en mortaliteit. GLOBOCAN 2022 schatte dat er wereldwijd bijna 20 miljoen nieuwe gevallen van kanker en 9,7 miljoen sterfgevallen door kanker waren, inclusief niet-melanoma huidkankers1. Omdat de incidentie van kanker naar verwachting zal toenemen door bevolkingsgroei en vergrijzing2, blijven experimentele systemen die geconserveerde mechanismen kunnen ontrafelen en een efficiënte prioritering van targets ondersteunen, essentieel.

Kankermechanismen worden doorgaans onderzocht in celculturen en vervolgens getest in vertebratenmodellen. Celcultuur reproduceert echter niet de fysiologie van het gehele organisme, terwijl studies met vertebraten kostbaar zijn en een relatief lage doorvoersnelheid hebben. Een complementair model dat genetische hanteerbaarheid, een multicellulaire context en een snelle experimentele doorlooptijd combineert, kan daarom geselecteerde vraagstukken overbruggen tussen in vitro assays en validatie bij zoogdieren.

Caenorhabditis elegans (C. elegans) vult deze complementaire niche in. Bij 20 °C ontwikkelt het zich in ongeveer 3 dagen van embryo tot vruchtbare volwassene, heeft het een typische laboratoriumlevensduur van 2–3 weken en produceert het ongeveer 300 zelfbevruchte nakomelingen3. OrthoList 2 identificeerde C. elegans-orthologen voor 10.678 van de 20.310 menselijke proteencoderende genen (52,6%)4, terwijl een eerdere vergelijkende proteomische analyse menselijke homologen detecteerde voor ongeveer 83% van het C. elegans-proteoom5. Daarnaast hebben ongeveer 72% van de gecureerde menselijke cancer driver-genen ten minste één C. elegans-ortholoog6. Geconserveerde processen omvatten apoptose, celcycluscontrole, metabolisme, stressresponsen en RTK–RAS–ERK, Notch, Wnt, TGF-β en insuline/IGF-signalering3,4,6. Desalniettemin impliceert orthologie geen volledige functionele equivalentie, en de worm mist gewervelde organen, adaptieve immuniteit, angiogenese en een circulatiesysteem6.

Dit overzicht richt zich op RTK (receptor tyrosine kinase)–RAS–ERK, Notch en Wnt-signalering, omdat deze pathways evolutionair geconserveerd zijn, frequent ontregeld zijn bij menselijke kanker en gekoppeld zijn aan gemakkelijk te scoren C. elegans-fenotypes. We maken onderscheid tussen echte kiemlintumoren en ontwikkelingshyperplasie of ectopische celbestemmingsfenotypes, vatten representatieve stammen en kwantitatieve read-outs samen, bespreken genetische instrumenten voor modelconstructie en analyseren studies waarin wormexperimenten antikankermechanismen hebben verduidelijkt of prioritering van verbindingen mogelijk hebben gemaakt.

Review en perspectief

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

Conservering van oncogene signaleringspaden in C. elegans
Kanker wordt aangedreven door combinaties van genetische en epigenetische veranderingen die de proliferatie, differentiatie, overleving, genoomonderhoud, het metabolisme en de interacties met de micro-omgeving verstoren. C. elegans kan niet elk kenmerk van menselijke maligniteit reproduceren, maar kan wel geconserveerde functies van signaleringspaden isoleren in de context van een volledig organisme. De meest informatieve modellen koppelen daarom een gedefinieerde moleculaire laesie aan een meetbaar fenotype en een duidelijk geformuleerde analogie met menselijke kanker.

RTK-RAS-ERK-signalering
Activatie van receptor tyrosinekinasen (RTK) bevordert receptordimerisatie of -reorganisatie en trans-autofosforylering van cytoplasmatische tyrosineresten7. Fosfotyrosine-dockingsites rekruteren adaptereiwitten en guanine-nucleotide-uitwisselingsfactoren, die RAS converteren van de GDP-gebonden naar de GTP-gebonden toestand7,8. RAS-GTP rekruteert RAF-kinasen naar het plasmamembraan, waar RAF-activatie de RAF–MEK–ERK-kinasecascade initieert8,9. Geactiveerd ERK fosforyleert cytoplasmatische en nucleaire substraten die proliferatie, differentiatie, overleving en het cellot reguleren10. Oncogene RAS-mutaties of aberrante RTK-activiteit kunnen daarom de output van dit signaalpad in stand houden, onafhankelijk van de normale extracellulaire controle8,11.

C. elegans codeert voor meerdere RTK's, waaronder LET-23/EGFR en EGL-15/FGFR12. Tijdens de vulva-inductie activeert LIN-3/EGF LET-23 en de geconserveerde SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK-cascade12,13,14. ERK-afhankelijke regulatie van LIN-1 en LIN-31 bepaalt het lot van de vulva-precursorcellen12,15. Verminderde activiteit van de route resulteert in een vulvaloos fenotype, terwijl overmatige activatie — zoals gain-of-function let-60 allelen — leidt tot het multivulva (Muv) fenotype15,16. Dezelfde route reguleert ook de ontwikkeling van de uitscheidingsgang, uterine-vulva-verbindingen en verschillende processen in de mannelijke kiemlijn en mannelijke cellen12,17,18,19. EGL-15/FGFR-signalering controleert de migratie van seks-myoblasten, spieronderhoud, axonale geleiding en vloeistofhomeostase20,21,22,23. Omdat de output van de signaalroute weefsel- en stadiumafhankelijk is, worden informatieve kankergerelateerde modellen gedefinieerd door een specifieke moleculaire laesie, een relevante weefselcontext en een kwantitatieve readout12.

Notch-signalering
Notch is een contactafhankelijke signaleringsroute waarbij een membraangebonden Delta/Serrate/LAG-2 (DSL)-ligand op één cel een Notch-receptor op een aangrenzende cel activeert24,25. Tijdens de rijping van de receptor vindt een S1-splitsing plaats in de secretoire route24. Ligandbinding stelt vervolgens de S2-plaats bloot aan proteasen uit de ADAM-familie, gevolgd door S3-splitsing door γ-secretase24,25. Het vrijgekomen intracellulaire Notch-domein treedt de kern binnen en vormt een transcriptioneel complex met DNA-bindende eiwitten uit de CSL-familie en coactivatoren uit de Mastermind-familie24. In C. elegans zijn de overeenkomstige kernfactoren LAG-1 en SEL-825.

C. elegans heeft twee Notch-receptoren, LIN-12 en GLP-125. In de kiemlijn van volwassenen leveren distale tipcellen (DTC's) DSL-liganden, voornamelijk LAG-2 en APX-1, aan GLP-1 op aangrenzende kiemlijnstam- of progenitorcellen (GSC's)26,27. Hoge GLP-1-activiteit houdt de mitotische proliferatie in stand; wanneer cellen zich van de DTC verwijderen, staat een verminderde Notch-signalering toe dat de GLD-paden de intrede in de meiose bevorderen28,29. Gain-of-function glp-1-allelen kunnen ectopische mitose in stand houden en kiemlijntumoren produceren25,30. LIN-12 reguleert verschillende beslissingen over het lot van somatische cellen, waaronder de keuze tussen ankercel en ventrale uteruscel; constitutieve LIN-12-activiteit in vulva-precursorcellen produceert een multivulva (Muv)-fenotype, en geactiveerd GLP-1 kan ectopisch vulva-lotten specificeren25,31,32.

Proximale kiemlijntumoren kunnen ook ontstaan via een niet-celautonoom "latent niche"-mechanisme33. In pro-1-mutanten of glp-1(ar202) gain-of-function-mutanten zorgt een vertraagde intrede in de meiose ervoor dat ongedifferentieerde proximale kiemcellen in contact komen met DSL-liganden, waaronder APX-1 en ARG-1, afkomstig van rijpende gonadale schedecellen33. Voortdurende GLP-1/Notch-activatie houdt vervolgens de mitose en het behoud van de tumor in stand33. In tegenstelling hiermee veroorzaakt het verlies van gld-1 kiemlijntumoren door een falen van de meiotische differentiatie en mag dit niet geclassificeerd worden als directe activatie van de Notch-route34.

Wnt-signalering
Wnt-signalering reguleert het celslot, de polariteit, migratie en proliferatie via meerdere contextafhankelijke takken35,36. In de canonieke β-catenine-route remt de binding van Wnt aan Frizzled en LRP5/6 het AXIN–APC–GSK3–CK1 destructiecomplex, waardoor β-catenine kan accumuleren en kan samenwerken met TCF/LEF-factoren in de nucleus35,36. Dysregulatie van deze route is centraal bij verscheidene menselijke kankers, in het bijzonder colorectale kanker36.

C. elegans maakt gebruik van zowel een canoniek BAR-1/β-catenin-pad als een divergent Wnt/β-catenin-asymmetriepad37,38. BAR-1-afhankelijke signalering draagt bij aan postembryonale celbestemmingsbeslissingen, waaronder de ontwikkeling van de vulva37,38. In het asymmetriepad verminderen WRM-1/β-catenin en LIT-1/NLK het nucleaire POP-1/TCF in één dochtercel, terwijl SYS-1/β-catenin fungeert als een transcriptionele coactivator; ongelijke niveaus van POP-1 en SYS-1 genereren verschillende celbestemmingen van de dochtercellen37,38,39. Deze wormspecifieke kenmerken verschillen van het canonieke Wnt-pad in zoogdieren en moeten worden geïnterpreteerd als afzonderlijke signaleringsarchitecturen37,38.

Niet-canonieke Wnt-signalering reguleert de celpolariteit en celmigratie via Frizzled-afhankelijke en receptor-tyrosinekinase-achtige pathways35,40. In C. elegans sturen Wnt-liganden en receptoren neuronale en mesodermale migraties en oriënteren zij asymmetrische delingen37,41. Deze uitkomsten zijn relevant voor de cancerbiologie, omdat veranderde polariteit en motiliteit voorwaarden zijn voor invasie, hoewel de worm zelf geen model is voor metastatische verspreiding36,37.

Representatieve fenotypen van de Wnt-route omvatten defecten in de vulva-ontwikkeling bij bar-1 loss-of-function dieren42, defecten in de embryonale polariteit bij mom-2 of mom-5 mutanten37,43, en defecten in de celmigratie of axonale geleiding bij mig-1 of prkl-1 mutanten37,41. Deze stammen zijn route-specifieke ontwikkelingsmodellen en zijn geen directe equivalenten van maligne tumoren36,37.

Selectie van kanker-relevante fenotypes en read-outs
De term “tumor” moet voorzichtig worden gebruikt in kanker-gerelateerde modellen van C. elegans6. Kiemlintumoren in C. elegans bevatten ectopisch prolifererende kiemcellen met differentiedefecten en vormen daarom de nauwste analogie bij wormen voor neoplastische overgroei30,34,44. In tegenstelling hiermee weerspiegelt het multivulva (Muv) fenotype ectopische inductie van het vulva-cellot en weefseluitgroei; het is een gevoelige read-out van RAS/MAPK- of Notch-padactiviteit, maar is geen maligne tumor15,16,25. In het distale kiemlint houdt Notch-signalering afkomstig van de distale tipcel (DTC) de pool van mitotische progenitoren in stand28,44. Gain-of-function glp-1 allelen of defecten in genen voor meiotische differentiatie, zoals gld-1, kunnen de mitotische kiemcellen expanderen30,34,44. In vulva-precursorcellen kunnen let-60/RAS gain-of-function of verminderde activiteit van negatieve regulatoren zoals LIP-1 Muv-fenotypes produceren of versterken15,16,45. Deze fenotypecategorieën zijn schematisch samengevat in Figuur 1. Figuur 1A toont de normale anatomische context en de baseline read-outs die worden gebruikt in kanker-gerelateerde assays in C. elegans. Figuur 1D koppelt LIN-3/LET-23-afhankelijke RAS/MAPK-signalering aan beslissingen over het lot van vulva-precursorcellen, terwijl Figuur 1E GLP-1/Notch-signalering in de distale kiemlint-stamcelniche en mechanismen van latentenichenieuwtumoren illustreert. Figuur 1F maakt verder onderscheid tussen de BAR-1-afhankelijke canonieke Wnt-tak en het Wnt/β-catenine asymmetrie-pad, waarbij wordt benadrukt dat Wnt-gerelateerde read-outs in C. elegans moeten worden geïnterpreteerd als ontwikkelings- of padgevoelige fenotypes in plaats van directe maligne tumormodellen. Aanbevolen kwantitatieve eindpunten zijn onder meer het percentage Muv-dieren, het aantal ectopische vulva-uitstulpingen, de lengte van de mitotische zone, fosfo-histon H3-positieve kiemcellen, het gonade-oppervlak, fertiliteit, reporterlokalisatie en dosis-responshulpverhoudingen15,28,30,44,45. Tabel 1 vat representatieve stammen, hun moleculaire laesies, fenotypes, kwantitatieve assays en kanker-gerelateerde toepassingen samen.

Genetische en experimentele hulpmiddelen
C. elegans-modellen kunnen worden gegenereerd via klassieke mutagenese, transgenese, RNA-interferentie (RNAi) of gerichte genoomredactie46,47,48. Gonadale microinjectie creëert efficiënt extrachromosomale arrays46, terwijl bestraling, microdeeltjesbombardement en single-copy insertiesystemen geïntegreerde of low-copy transgene lijnen kunnen genereren en artefacten door kopiegetal en mosaicisme kunnen verminderen47,48. Site-specifieke recombinases, Mos1-gemedieerde single-copy insertie, zinkvingernucleasen, TALENs en vooral CRISPR/Cas9 maken gerichte deleties, puntmutaties, endogene tagging, conditionele allelen en gehumaniseerde varianten mogelijk48,49. De methode moet worden gekozen op basis van de vraag of de studie een tijdelijke knockdown, stabiel verlies, gain-of-function, weefselspecificiteit, endogene expressie of vervanging door een menselijke kankervariant vereist48,49.

RNAi kan worden toegedient via gonadale injectie, weken (soaking), of het voeren van bacteriën die dubbelstrengs RNA tot expressie brengen50. Het is een snelle en schaalbare methode, maar de knockdown-efficiëntie varieert per weefsel en gen, en RNAi produceert een fenokopie in plaats van een gedefinieerd erfelijk allel50. Voor studies naar verbindingen moet modelvalidatie genetische rescue of epistasie, onafhankelijke allelen en orthogonale read-outs omvatten om padspecifieke effecten te onderscheiden van toxiciteit, ontwikkelingsvertraging of een verminderde voedselinname6,44.

De praktische workflow voor het toepassen van deze modellen is samengevat in Figuur 2. In dit kader wordt een kankergerelateerde vraag eerst gekoppeld aan een geconserveerde signaleringsroute en een gedefinieerde moleculaire laesie, gevolgd door de selectie van een geschikte C. elegans-stam of een ontwikkeld model, een kwantitatief fenotype en validatiecontroles. Dit stapsgewijze ontwerp helpt om route-specifieke modulatie te onderscheiden van algemene toxiciteit of ontwikkelingsvertraging en biedt een rationele basis voor daaropvolgende toepassingen in mechanismestudies, prioritering van verbindingen of assays op basis van chemosensatie.

Eerdere toepassingen
Gepubliceerde studies illustreren hoe op pathways gebaseerde C. elegans-modellen kunnen bijdragen aan de prioritering van verbindingen in een vroeg stadium. In een mutatiespecifiek EGFR-platform brachten Bae et al. LET-23 chimere receptoren uit die het humane EGFR tyrosine-kinase domein bevatten in vulvacele, waaronder wild-type, L858R en T790M/L858R varianten. De activerende L858R en T790M/L858R chimeren produceerden een multivulva (Muv) fenotype, waardoor het percentage Muv-dieren als kwantitatief screening-eindpunt kon dienen. Gefitinib en erlotinib onderdrukten het L858R-geassocieerde Muv-fenotype, maar niet het T790M/L858R-geassocieerde fenotype. In een pilot-screening van 8.960 kleine moleculen werden AG1478 en U0126 respectievelijk geïdentificeerd als remmers van EGFR- of MEK-afhankelijke signalering51. Medina et al. evalueerden verder de herbestemmingskandidaten itraconazol, disulfiram, etodolac en ouabaïne in op pathways gebaseerde mutante stammen die Wnt-, Notch- en RAS–ERK-perturbaties vertegenwoordigen. Herstel van steriliteit, infertiliteit of Muv-fenotypes werd gebruikt als fenotypisch eindpunt voor de prioritering van verbindingen52. Recentelijk testten Makhoul et al. EAPB02303 in MT2124 let-60(n1046gf) en MT4698 let-60(n1700gf) dieren. Zij kwantificeerden zowel het aandeel dieren met het Muv-fenotype als het aantal ectopische vulvae per dier en observeerden een fenotypische onderdrukking die consistent was met een verminderde LET-60/RAS–MAPK pathway-activiteit. Hun complementaire experimenten naar levensduur en DAF-16 lokalisatie ondersteunden daarnaast een effect op insulin/IGF-1–PI3K–AKT signalering53. Niettemin moet fenotypisch herstel in deze wormmodellen worden geïnterpreteerd als bewijs voor pathway-modulatie en prioritering van verbindingen in een vroeg stadium, en niet als direct bewijs van antikanker-effectiviteit in zoogdiertumoren.

Kiemlintumormodellen maken mechanistisch onderscheid tussen verschillende routes naar persistente proliferatie. Gain-of-function glp-1-allelen handhaven GLP-1/Notch-afhankelijke mitose in de kiemlijn, terwijl pro-1-mutanten een niet-celautonoom latent-niche-mechanisme onthullen waarbij proximale schedecel-DSL-liganden aberrante mitotische instandhouding ondersteunen. In contrast veroorzaakt verlies-van-functie van gld-1 de vorming van kiemlintumoren primair door defecte meiotische differentiatie in plaats van door directe activatie van het Notch-pad. Deze modellen bieden daarom complementaire systemen voor het bestuderen van stamcelbehoud, differentiatiefalen en micro-omgevingsafhankelijke tumorinitiatie30,33,34.

Andere kankergerelateerde toepassingen omvatten LIN-35/Rb synthetisch-lethale screenings, CEP-1/p53-afhankelijke apoptose-assays en studies naar AMPK- en PI3K-signalering6,44. Toepassingen op basis van chemosensatie moeten apart worden beschouwd van tumormodellering en drugscreening. In deze studies worden C. elegans blootgesteld aan vluchtige of urinaire metabolieten die geassocieerd zijn met kanker, waarbij gedragsresponsen worden gemeten als potentiële diagnostische signalen. Dergelijke assays modelleren geen tumorgroei of de activiteit van antikankermiddelen en vereisen analytische en klinische validatie voordat ze diagnostisch vertaald kunnen worden54,55.

Perspectieven
C. elegans is het meest waardevol wanneer de biologische vraag afhangt van geconserveerde celautonome of systemische mechanismen die gekoppeld kunnen worden aan een kwantitatief fenotype. De beperkingen — waaronder de afwezigheid van adaptieve immuniteit, vaatstelsels, organspecifieke epithelia en natuurlijke metastase — beletten directe modellering van veel interacties tussen tumor, stroma en immuunsysteem. Toekomstige mogelijkheden omvatten endogene editing van varianten afgeleid van patiënten, weefselspecifieke perturbatie, high-content imaging, geautomatiseerde fenotypering en de integratie van wormgenetica met humane kankergenomica. Bevindingen moeten worden beschouwd als bewijs voor het genereren van mechanismen of targets en moeten worden gevalideerd in zoogdiercellen of gewervde modellen voordat translationele conclusies worden getrokken.

Conclusies

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

C. elegans is een complementair, genetisch hanteerbaar in vivo systeem voor het analyseren van geconserveerde kankergereleateerde signalering en het prioriteren van kandidaat-doelen of verbindingen. De meest informatieve toepassingen leggen expliciet een verband tussen menselijke kankergebaseerde alteraties en een geconserveerde ortholoog in de worm, de weefselcontext en kwantitatieve fenotypes, zoals overproliferatie van de kiemlijn, multivulva-vorming, reporteractiviteit of medicijnrespons. De interpretatie moet echte kiemlijntumoren onderscheiden van read-outs van ontwikkelingspaden en dient te worden ondersteund door onafhankelijke allelen, genetische rescue of epistasie, en controles voor toxiciteit en ontwikkelingsvertraging. Hoewel de worm geen adaptieve immuniteit, vasculatuur, organspecifieke architectuur of metastase kan modelleren, blijft het waardevol voor snelle hypothesegenerering en vroege validatie van signaalpaden. Toekomstig werk waarbij endogene editing van patiëntafgeleide varianten, weefselspecifieke perturbatie, geautomatiseerde fenotypering en validatie tussen verschillende soorten worden gecombineerd, zal de translatie naar de kankerbiologie van zoogdieren versterken.

figure-results-1
Figuur 1. Geconserveerde kanker-gerelateerde signaleringsuitlezingen in C. elegans. (A) Wild-type anatomie en normale uitlezingen. (B) Kiemlijn tumor-achtige overgroei met uitgebreide uitlezingen van de mitotische zone. (C) Multivulva (Muv) fenotype als kwantificeerbare pathway-uitlezing. (D) LIN-3/LET-23 RAS/MAPK-signaleringspad in vulvaire precursorcellen. (E) GLP-1/Notch-signalering in de kiemlijn stamcelniche en latente-niche tumor-mechanismen. (F) De Wnt-takken in C. elegans zijn verdeeld in de BAR-1-afhankelijke canonieke tak en het Wnt/β-catenin asymmetrie-pad. Muv- en Wnt-gerelateerde fenotypes zijn ontwikkelings- of pathway-gevoelige uitlezingen in plaats van directe modellen van maligne tumoren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2. Praktisch kader dat C. elegans-modellen koppelt aan kankergerelateerde mechanismen en toepassingen. De workflow koppelt pathway-selectie, definitie van moleculaire laesies, selectie van model-readouts, kwantitatieve validatie en kankergerelateerde toepassingen. Representatieve toepassingen omvatten RAS/MAPK Muv-suppressie-assays, studies naar kiemlijn-tumormechanismen, pathway- en toxiciteitscontroles en niet-tumorgerelateerde toepassingen op basis van chemosensatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

StamGenotypeMoleculaire laesie / pathway-takFenotype / readoutAanbevolen kwantitatief eindpuntRepresentatief gebruik / waarschuwing
CB1026lin-1(e1026) IV.RAS/MAPK transcriptionele output; LIN-1 ETS-repressor stroomafwaarts van MPK-1/ERKMultivulva (Muv)% Muv-dieren; ectopische vulva-uitstulpingen/dierVulvaire RAS/MAPK-output; readout van ontwikkelingspad, geen maligne tumor
CB1275lin-1(e1275) IV.RAS/MAPK-transcriptionele outputMuv% Muv; uitstulpingen/dierAlternatief lin-1-allel voor bevestiging van de pathway-output
MT3516lin-1(e1275) cha-1(p1152) IV.RAS/MAPK-output in een complexe genetische achtergrondMuv% Muv; ontwikkelingstijd; fertiliteitGebruik met voorzichtigheid, tenzij de cha-1 achtergrond relevant is voor de assay
MT301lin-31(n301) II.RAS/MAPK-afhankelijke transcriptionele output; LIN-31 forkhead-factorMuv% Muv; lokalisatie van VPC-lotmarkersVulvaire celbestemmingsuitlezing stroomafwaarts van LET-60/MPK-1
MT1001lin-1(e1777) IV.RAS/MAPK transcriptionele outputMuvv% Muv; uitstulpingen/dierGecorrigeerd van Wnt naar RAS/MAPK-gerelateerde output
MT2124let-60(n1046gf) IV.LET-60/RAS gain-of-function; hyperactieve RAS/MAPK-signaleringMuv% Muv; uitstulpingen/dier; dosis-responssuppressieScreening van antikankerverbindingen tegen RAS/MAPK en assays voor pathway-suppressie
MT4698let-60(n1700gf) IV.LET-60/RAS gain of functie; hyperactieve RAS/MAPK-signaleringMuv% Muv; uitstulpingen/dier; dosis-respons suppressieRAS/MAPK-compound-screeningstam; gebruikt in combinatie met MT2124 in EAPB02303-studies naar pathway-suppressie
MT309lin-15B&lin-15A(n309) X.Synthetische multivulva; negatieve regulatie van vulva-inductie/RAS-permissieve achtergrondMuv% Muv; penetrantie; uitstulpingen/dierModifier- of gesensitiseerde Muv-achtergrond; geen direct tumormodel
ZM10942lin-15B&lin-15A(n765) X; hpIs774; hpEx4292.Synthetische Muv-achtergrond met reporter/transgeen-contextMuv / reporter-uitlezing% Muv; lokalisatie/intensiteit van de reporterGebruiken wanneer de readout van de reporter essentieel is; beschrijf het transgen/de reporter in de tekst
JK590glp-1(q35)/eT1 III; him-5(e1490)/eT1 V.C-terminale truncatie van de GLP-1/Notch-receptor; semi-dominante Muv met Glp-fenotypeMuv steriel / Glp% Muv; steriliteit; nakomelingenaantallenNotch-afhankelijke vulva/kiemlijn-ontwikkelingsuitlezing; niet groeperen met distale kiemlijn-tumormodellen
GC833glp-1(ar202) III.GLP-1/Notch gain-of-functionKiemlijntumorLengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; gonadeoppervlak; fertiliteitAanhoudende Notch-afhankelijke mitose in kiemceltumormodel
BS3164unc-32(e189) glp-1(ar202) III.GLP-1/Notch gain-of-function met unc-32 marker/achtergrondKiemlintumorlengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; oppervlakte van de gonaden; fertiliteitAlternatieve glp-1(ar202) achtergrond; vermeld marker/achtergrond in de methoden
GC565pro-1(na48)/mIn1 [dpy-10(e128) mIs14] II.Latent-nichemodel; vertraagde meiotische entry maakt proximale blootstelling aan DSL-liganden en GLP-1/Notch-activatie mogelijkProximale kiemceltumorProximale mitotische cellen; pH3+-cellen; gonadegebied; fertiliteitNiet-celautonome tumorinitiatie; onderscheid maken van directe glp-1 gain-of-function
IT540gap-3(kp1) I; puf-8(zh17) unc-4(e120)/mnC1 [dpy-10(e128) unc-52(e444)] II.Gemengde RAS/MAPK-geassocieerde en RNA-bindende/differentiatieachtergrondMuv en kiemlijnkanker% Muv; lengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteitGebruik dit alleen met een heldere mechanistische onderbouwing, aangezien fenotypes voortvloeien uit gemengde pathways.
XA774gld-1(q485)/gna-2(qa705) unc-55(e1170) I.GLD/meiotische differentiatiedefecten; geen directe Notch-activatieKiemlintumorlengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; gonadale oppervlakte; fertiliteitModel voor falen van meiotische differentiatie; niet labelen als Notch
JK3025gld-1(q485) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD/falen van de meiotische differentiatieKiemlijntumorlengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteitGebalanceerd gld-1 tumormodel; onderscheid maken van glp-1/Notch-tumoren
JK1466gld-1(q485)/dpy-5(e61) unc-13(e51) I.GLD/defect in meiotische differentiatieKiemlijntumorlengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteitAlternatieve gld-1 achtergrond; onderscheiden van Notch-gestuurde tumoren
JK4299gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-1/GLD-2 meiotische-intree/differentiatierouteKiemlintumorLengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteittumormodel van de GLD-route; geen directe Notch-activatie
JK4832gld-1(q485) gld-2(q497) lst-1(ok814) sygl-1(tm5040) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-pad plus achtergrond van stamcelregulatorKiemlijntumorLengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteit; markerexpressieMechanistisch complex GLD/stamcel-lotmodel; formuleer de exacte hypothese
JK2879gld-2(q497) gld-1(q485)/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-1/GLD-2 differentiatierouteKiemlijntumorLengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteitAlternatief gebalanceerd GLD-pathway tumormodel
BS3156unc-13(e51) gld-1(q485)/hT2 [dpy-18(h662)] I; +/hT2 [bli-4(e937)] III.GLD/meiotische differentiatiefout met marker-/achtergrondmutatiesKiemlijntumorLengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteitGebruiken met duidelijk vermelde genotypeachtergrond
JK5760lst-1(ok814) sygl-1(q828) gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-route plus Notch-doelwit/stamcelregulator-achtergrondKiemlijntumorLengte van de mitotische zone; pH3+-cellen; fertiliteit; expressie van stamcelmarkersComplex kiemlijn stamcel-/differentiatie-model; niet samenvoegen onder "Notch"

Tabel 1: Representatieve C. elegans mutantstammen en aanbevolen readouts voor kankergerelateerde pathways. Stamnomenclatuur en genotypen zijn gebaseerd op CGC/WormBase-gegevens; annotaties van pathways en fenotypen15,16,25,30,33,34,44,45,51,52,53. Deze tabel vat representatieve stammen samen die veelgebruikte pathway-specifieke readouts illustreren in kankergerelateerde C. elegans-studies.

Afkortingen: CGC, Caenorhabditis Genetics Center; DSL, Delta/Serrate/LAG-2-familie ligand; EGFR, epidermale groeifactorreceptor; ERK, extracellulaire signaalgereguleerde kinase; gf, gain-of-function; GLD, germline development defective; Glp, kiemlijnproliferatie-defect fenotype; lf, loss-of-function; MAPK, mitogeen-geactiveerde proteïnekinase; MEK, MAPK/ERK kinase; Muv, multivulva; pH3+, fosfo-histon H3-positief; RAS, ratsarcoom; RNAi, RNA-interferentie; VPC, vulva-precursorcel; Wnt, wingless/integrated. ETS, E26 transformation-specific.

Openbaarmakingen

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

De auteurs verklaren geen concurrerende belangen te hebben.

Dankbetuigingen

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

Wij danken het Caenorhabditis Genetics Center, dat wordt gefinancierd door het NIH Office of Research Infrastructure Programs (P40 OD010440), voor het verstrekken van stamgegevens en middelen. Dit werk werd ondersteund door de Zhejiang Provincial Health Bureau Science Foundation (Nr. 2025KY1608).

Referenties

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

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Cancer ResearchCaenorhabditis eleganscancer modelcancer signalgermline tumorMulti vulval

Gerelateerde artikelen