Tkanki nabłonkowe to wysoce zorganizowane systemy, które mają niezwykłą zdolność homeostazy do utrzymywania swojej organizacji poprzez rozwój i obrót komórek. Ten solidny, samoorganizujący się system jest jednak stopniowo zakłócany podczas rozwoju guza. Na początku rozwoju nowotworu w warstwie nabłonka pojawiają się pojedyncze zmutowane komórki powstające w wyniku aktywacji onkogenu lub inaktywacji genu supresorowego nowotworu. Kiedy ta przekształcona "komórka pronowotworowa" unika środowiska tłumiącego, zakłóca organizację nabłonka i rozpoczyna niekontrolowaną proliferację, następuje nowotworzenie 1. W ciągu ostatnich kilku dekad wybitny postęp technologiczny w genetyce i biologii molekularnej poczynił niezwykłe postępy w badaniach nad rakiem. W szczególności ostatnie badania z wykorzystaniem narzędzi do analizy mozaiki genetycznej u Drosophila melanogaster, takich jak FLP-FRT (rekombinaza flippazy/cel rekombinazy flippazy) rekombinacja mitotyczna 2 i flip-out-GAL4-UAS (upstream activating sequence) 3, znacznie przyczyniły się do lepszego zrozumienia mechanizmów genetycznych zaangażowanych w powstawanie i przerzuty nowotworów 4,5,6.
Badania grupy konserwatywnych genów supresorowych nowotworów Drosophila, lethal giant larvae (lgl), discs large (dlg) i scribble (scrib), podkreśliły krytyczny związek między utratą organizacji nabłonka a rozwojem nowotworu, ponieważ te geny odgrywają kluczową rolę w regulacji polaryzacji komórek wierzchołkowo-podstawnych i proliferacji komórek w tkankach nabłonkowych 7. Podczas gdy wyimaginowane krążki Drosophila są zwykle nabłonkiem jednowarstwowym, homozygotyczne mutacje w którymkolwiek z tych trzech genów powodują, że komórki tracą strukturę i polarność, nie różnicują się, nadmiernie się namnażają i ostatecznie tworzą wielowarstwowe amorficzne masy, które łączą się z sąsiednimi tkankami 7. Podobnie, zaburzenie tych genów u ssaków jest zaangażowane w rozwój nowotworów złośliwych 8,9. Fenotypy nowotworowe wykazywane przez zmutowane tkanki doprowadziły do sklasyfikowania tych trzech genów jako konserwatywnych, nowotworowych genów supresorowych nowotworów (nTSG) 7,8. Jednakże, gdy homozygotyczne zmutowane komórki nTSG są sporadycznie generowane w rozwijających się dyskach imaginalnych typu dzikiego przy użyciu rekombinacji mitotycznej za pośrednictwem FLP-FRT, zmutowane komórki są eliminowane z tkanki przez apoptozę zależną od kinazy N-końcowej c-Jun (JNK) 10,11,12,13,14, ekstruzja 15,16, czyli pochłonięcie i fagocytoza przez sąsiadów 17. W tym genetycznie mozaikowym nabłonku apoptoza jest najczęściej wykrywana w zmutowanych komórkach nTSG znajdujących się na granicy klonu, co sugeruje, że sąsiednie normalne komórki wywołują apoptozę zmutowanych komórek nTSG 10,11,12,18. Ostatnie badania na komórkach ssaków potwierdziły, że ta zależna od konkurencji komórkowej eliminacja komórek pronowotworowych jest ewolucyjnie zachowanym nabłonkowym mechanizmem samoobrony przed rakiem 19,20,21,22,23.
Niedawne badanie na dyskach wyobrażonych Drosophila wykazało jednak, że mozaikowe klony nTSG-knockdown indukują guzy nowotworowe w określonych obszarach dysków imaginalnych skrzydeł 16. Początkowe tworzenie się guza zawsze znajdowało się w obwodowym obszarze "zawiasowym" i nigdy nie obserwowano w centralnym obszarze "torebki" nabłonka dysku skrzydła, co sugeruje, że potencjał rakotwórczy komórek nokautujących nTSG zależy od lokalnego środowiska. Centralny obszar torebki funkcjonuje jako "zimny punkt guza", w którym komórki pronowotworowe nie wykazują dysplastycznego przerostu, podczas gdy obwodowy obszar zawiasu zachowuje się jak "hotspot guza" 16. W regionach woreczków "zimnego punktu" komórki nokautujące nTSG rozwarstwiają się od strony podstawy i ulegają apoptozie. W przeciwieństwie do tego, ponieważ "gorące" komórki zawiasowe posiadają sieć solidnych struktur cytoszkieletu po swoich podstawowych stronach, komórki nokautujące nTSG rozwarstwiają się od wierzchołkowej strony nabłonka i inicjują przerost rakotwórczy 16. W związku z tym analiza fenotypów nowotworów w dyskach wyobrażeniowych wymaga starannego rozważenia specyficznej dla regionu podatności na bodźce nowotworowe.
Tutaj opisujemy protokół indukowania powstawania guza nowotworowego w dyskach wyobrażonych skrzydeł Drosophila, wykorzystując system GAL4-UAS-RNAi, za pomocą którego komórki nTSG-knockdown są generowane w normalnym nabłonku dysku skrzydłowego. Chociaż te systemy eksperymentalne są przydatne do badania wczesnych stadiów raka, jasna metoda klasyfikacji do oceny etapów progresji guza w nabłonku dysku wyobrażeniowego nie została wcześniej jasno opisana. Dlatego proponujemy również metodę diagnostyczną pozwalającą sklasyfikować pronowotworowe fenotypy klonalne indukowane w nabłonku dysku skrzydła na trzy kategorie: hiperplazja (nagromadzenie nadmiernej liczby normalnie wyglądających komórek ze zwiększoną proliferacją), dysplazja (tkanka przednowotworowa złożona z nieprawidłowo wyglądających komórek) i neoplazja (łagodny lub złośliwy guz złożony z komórek o nieprawidłowym wyglądzie i nieprawidłowym wzorcu proliferacji).