Nowotwory są jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. W związku z tym istnieje zapotrzebowanie na opracowanie wiarygodnych eksperymentalnych modeli chorobowych, aby lepiej zrozumieć przebieg choroby oraz zbadać potencjalne podejścia terapeutyczne. Jednym z najczęściej stosowanych eksperymentalnych modeli in vivo do badania rozwoju raka skóry jest dwuetapowy model chemicznie indukowanej kancerogenezy skóry1,2. Model ten stanowi narzędzie do badania inicjacji, promocji i progresji nowotworu, a także specyficznych zjawisk, takich jak infiltracja komórek odpornościowych i angiogeneza.
W celu zastosowania dwuetapowego modelu kancerogenezy skóry, skórę grzbietową myszy poddaje się działaniu dwóch różnych substancji chemicznych, które wspólnie indukują powstawanie guzów. Model ten inicjuje się niską dawką mutagenu, DMBA, po czym następuje długotrwała ekspozycja na promotor nowotworowy, TPA3 (Rycina 1). DMBA powoduje losowe mutacje DNA poprzez tworzenie adduktów kowalencyjnych z DNA komórek naskórka i pierwotnych komórek macierzystych keratynocytów4,5,6,7. Część tych losowych mutacji zachodzi w protoonkogenach, takich jak Hras1 (wykrywa się również mutacje w Kras i Nras), a konwersja protoonkogenów w onkogeny napędza proces tworzenia guza pod wpływem odpowiednich bodźców. Z kolei TPA jest najczęściej stosowanym czynnikiem promującym wzrost nowotworów. Jego celem molekularnym jest kinaza białkowa C (PKC)8. TPA aktywuje również szlak sygnałowy Wnt/β-catenin, który jest kluczowy dla powstawania guzów w tym modelu9. Powtarzalna i przedłużona ekspozycja na czynnik promujący prowadzi do nasilenia sygnalizacji komórkowej, zwiększonej produkcji czynników wzrostu oraz miejscowej reakcji zapalnej, co objawia się zwiększoną syntezą DNA i naciekiem komórek zapalnych w traktowanej skórze.
Zidentyfikowano kluczowe mediatory stanu zapalnego w modelu DMBA-TPA10. Znane jest, że interleukina-17A (IL-17A) wykazuje szczególnie silne działanie tumorigenne w modelu DMBA-TPA11,12. Działa ona w synergii z interleukiną 6 (IL-6) i bierze udział w rekrutacji makrofagów oraz neutrofili13,14. Dodatkowo wykazano, że limfocyty T CD4+ oraz neutrofile wykazują działanie tumorigenne w modelu DMBA-TPA. Wreszcie, makrofagi mogą również promować tumorigenezę w tym modelu15,16,17.
W fazie promowania dochodzi do zwiększenia proliferacji zmutowanych komórek oraz utrzymuje się trwała hiperplazja naskórka1. Prowadzi to do rozwoju brodawczaków skóry w ciągu 10–20 tygodni, po czym brodawczaki zaczynają przekształcać się w guzy złośliwe, czyli raki kolumnowokomórkowe (SCCs)2. Jednak mniej niż 10% brodawczaków przechodzi w stadium złośliwości, choć odsetek ten zależy również od tła genetycznego myszy2,18. Przez dziesięciolecia nie było wiadomo, jaki typ komórek uległ pierwotnej mutacji w guzach prowadzących do złośliwości, mimo że niektóre badania wskazywały na wyraźnie odmienne cechy guzów złośliwych w porównaniu z łagodnymi brodawczakami19,20. Niemniej jednak ostatnie badania znacznie poszerzyły naszą wiedzę na temat klonalnego pochodzenia tworzenia guzów w modelu DMBA-TPA21.22.23. Wykazano, że w tworzeniu guza uczestniczą zarówno komórki nabłonkowe pochodzące ze szpiku kostnego, jak i komórki macierzyste mieszków włosowych22. Badania śledzenia linii komórkowych specyficzne dla poszczególnych etapów ujawniły, że łagodne brodawczaki mają pochodzenie monoklonalne, lecz rekrutują one nowe populacje komórek nabłonkowych21,23. Jednak tylko jeden z klonów komórkowych pełni funkcję drivera kancerogenezy; zawiera on mutację Hras23. Progresja do stadium raka wiąże się z zjawiskiem clonal sweep23.
Karcynogen DMBA inicjuje tworzenie się brodawczaków, a TPA promuje wzrost guza. Zatem proces inicjacji nowotworu można badać oddzielnie od procesu promocji, przerywając eksperyment przed okresem podawania TPA. Ponieważ progresja nowotworu jest monitorowana co tydzień, daje to doskonałą okazję do szczegółowej analizy wzrostu guza w trakcie całego badania. Ponieważ guzy są generowane przez zewnętrzne substancje chemiczne, mutacja onkogenna w linii zarodkowej nie jest konieczna. W związku z tym badanie wpływu tła genetycznego (np. knockout/transgen w porównaniu z typem dzikim) na tumorigenezę jest proste2. Podsumowując, model raka skóry indukowanego DMBA/TPA jest szczególnie użytecznym podejściem do badania roli układu odpornościowego w progresji nowotworu, a także do oceny etapów inicjacji i promocji guza w sposób niezależny lub współzależny.

Rycina 1: Schemat modelu kancerogenezy skóry indukowanej DMBA-TPA. Kancerogen DMBA jest stosowany miejscowo w celu wywołania mutacji DNA w fazie inicjacji modelu. Agent promujący wzrost TPA jest podawany 2x w tygodniu, aby wzmocnić proliferację komórek podczas fazy promocji, co prowadzi do rozwoju papilniaków w skórze. Zwierzęta są uśmiercane po tym, jak odpowiedź w postaci papilniaków osiągnie plateau, zazwyczaj między 15. a 20. tygodniem, w zależności od tła genetycznego myszy. Niewielka część papilniaków może w dalszym ciągu przekształcić się w SCC w ciągu 20–50 tygodni. Aby badać wczesne zdarzenia w fazie inicjacji i wczesnej promocji, można pobrać próbki (np. krótko po drugiej aplikacji TPA). Przedstawiono reprezentatywne zdjęcie oraz przekrój poprzeczny papilniaków na skórze myszy C57BL/6 po 19 tygodniach leczenia, barwiony hematoksyliną i eozyną. Pasek skali = 0.1 mm. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.