Rak pozostaje drugą najczęstszą przyczyną zgonów na świecie1, a przerzuty są odpowiedzialne za większość tych zgonów2,3. Jednak ograniczone zrozumienie mechanizmów molekularnych, które rządzą kolonizacją przerzutów i późniejszym wzrostem, utrudniło opracowanie skutecznych metod leczenia choroby przerzutowej. Identyfikacja nowych celów terapeutycznych wymaga przeprowadzenia testu w celu sprawdzenia, w jaki sposób zaburzona ekspresja lub funkcja genu kandydującego wpływa na powstawanie i wzrost przerzutów. Chociaż autochtoniczne modele myszy mają swoje zalety, są czasochłonne i kosztowne w generowaniu, co czyni je bardziej odpowiednimi do walidacji celu niż do odkrywania celu. Systemy modelowe do przeszczepów, w których gen kandydujący jest zaburzony w komórkach nowotworowych in vitro, a następnie wpływ na potencjał przerzutowy jest oceniany in vivo, są tańsze i mają wyższą przepustowość niż modele autochtoniczne. Ponadto wektory wirusowe do stabilnego dostarczania RNAi, CRISPR/CAS9 i transgenów są powszechnie dostępne, co sprawia, że stosunkowo łatwo jest zakłócić praktycznie każdy gen lub geny będące przedmiotem zainteresowania w liniach komórkowych raka. Podejście to można również wykorzystać do zbadania roli genów kandydujących w kolonizacji i wzroście przerzutów w ludzkich liniach komórkowych raka poprzez przeszczepienie komórek myszom z obniżoną odpornością lub humanizowanym.
Dwa rodzaje testów używanych do badania tworzenia przerzutów przez przeszczepione komórki rakowe in vivo to spontaniczne testy przerzutów i eksperymentalne testy przerzutów. W testach spontanicznych przerzutów4,5, komórkom rakowym wstrzykuje się myszy, pozwala im utworzyć guz pierwotny, a następnie bada się spontaniczne tworzenie przerzutów i późniejszy wzrost. Siłą tego modelu jest to, że komórki muszą przejść wszystkie etapy procesu przerzutowego, aby utworzyć guzy przerzutowe. Jednak wiele linii komórek rakowych nie daje przerzutów skutecznie w modelach spontanicznych przerzutów, a każda manipulacja komórkami, która wpływa na wzrost guza pierwotnego, może zakłócić wyniki testu przerzutów. Aby uniknąć tych pułapek, stosuje się eksperymentalne testy przerzutowe, w których komórki rakowe są wstrzykiwane bezpośrednio do krążenia. Typowe eksperymentalne testy przerzutów obejmują wstrzyknięcie do żyły ogonowej6,7,8 (i pokazane tutaj), iniekcja dosercowa9 i wstrzyknięcie do żyły wrotnej10.
Celem przedstawionego tutaj protokołu jest dostarczenie eksperymentalnego testu przerzutów in vivo, który pozwala badaczowi monitorować powstawanie i wzrost przerzutów w czasie rzeczywistym, a także określić ilościowo liczbę i wielkość przerzutów w płucach tej samej myszy. Aby to osiągnąć, tradycyjne eksperymentalne testy przerzutów do żył ogonowych 6,7,8 są łączone z obrazowaniem żywych zwierząt przy użyciu urządzenia do obrazowania in vivo9,11,12,13,14. Komórki nowotworowe stabilnie eksprymujące zarówno lucyferazy, jak i białko fluorescencyjne są wstrzykiwane myszom przez boczną żyłę ogonową, a następnie urządzenie do obrazowania in vivo służy do pomiaru zmian obciążenia przerzutami w płucach w czasie (Figura 1). Jednak urządzenie do obrazowania żywych zwierząt in vivo nie jest w stanie rozróżnić ani zmierzyć wielkości poszczególnych przerzutów. Tak więc, pod koniec eksperymentu, fluorescencyjny mikroskop stereoskopowy jest używany do policzenia liczby i zmierzenia wielkości fluorescencyjnych przerzutów w płucach bez potrzeby sekcji i histologii lub immunohistochemii (Ryc. 1). Protokół ten można wykorzystać do zbadania, w jaki sposób zmiana ekspresji lub funkcji genu kandydującego wpływa na powstawanie i wzrost przerzutów. Można również testować potencjalne związki terapeutyczne, takie jak małe cząsteczki lub przeciwciała blokujące działanie.
Aby zademonstrować to podejście, najpierw przeprowadziliśmy eksperyment potwierdzający słuszność koncepcji, w którym główny czynnik replikacji, białko replikacyjne A3 (RPA3) jest niszczone w przerzutowych komórkach raka piersi u myszy. Pokazujemy, że myszy, którym wstrzyknięto komórki knockdown RPA3, mają znacznie mniejsze obciążenie przerzutowe w każdym punkcie czasowym w porównaniu z myszami, którym wstrzyknięto komórki kontrolne. Analiza płuc zawierających przerzuty pokazuje, że to zmniejszone obciążenie przerzutami jest wynikiem znacznie zmniejszonej kolonizacji przerzutów i upośledzonego wzrostu tworzących się przerzutów. Aby jeszcze bardziej zademonstrować tę technikę, sprawdziliśmy, czy jednoczesne znokautowanie białka związanego z Yes (YAP) i koaktywatora transkrypcji z motywem wiążącym PDZ (TAZ) upośledza kolonizację przerzutową lub późniejszy wzrost. YAP i TAZ to dwa powiązane koaktywatory transkrypcji, które są krytycznymi efektorami szlaku hipopotama. We15,16 i inni powiązali YAP i TAZ z przerzutami (przejrzane w17,18,19), sugerując, że te białka są dobrymi celami terapeutycznymi. Konsekwentnie stwierdziliśmy, że myszy, którym wstrzyknięto komórki knockdown YAP / TAZ, znacznie zmniejszyły obciążenie przerzutami. Analiza płuc wykazała, że komórki knockdown YAP/TAZ tworzyły znacznie mniej przerzutów, a przerzuty, które się utworzyły, były mniejsze. Eksperymenty te pokazują, w jaki sposób eksperymentalne testy przerzutów pozwalają badaczowi szybko i niedrogo przetestować rolę genu kandydującego w tworzeniu i wzroście przerzutów. Pokazują ponadto, w jaki sposób połączone wykorzystanie obrazowania żywych zwierząt i fluorescencyjnej kwantyfikacji przerzutów w całych płucach pozwala badaczowi lepiej zrozumieć etapy kolonizacji przerzutów.