До последних двух десятилетий лечение рака человека в значительной степени зависело от лучевой терапии и химиотерапевтических агентов, которые широко нацеливались на быстро размножающиеся клеточные популяции, повреждая ДНК или ингибируя синтез ДНК. Хотя эти подходы ингибировали рост раковых клеток, они также имели вредные побочные эффекты на нормальные быстро размножающиеся типы клеток, такие как эпителиальные клетки кишечника и клетки волосяных фолликулов. Совсем недавно терапия рака начала использовать химиотерапевтические агенты, которые точно нацелены на белки в сигнальных путях, которые критически важны для роста новообразования отдельного пациента. Этот подход, обычно называемый «прецизионной медициной», привел к разработке постоянно расширяющегося репертуара моноклональных антител и малых молекулярных ингибиторов. Эти агенты эффективно ингибируют пролиферацию и выживание опухолевых клеток, избегая вредных побочных эффектов на нормальные типы клеток, наблюдаемых с помощью обычных химиотерапевтических агентов и лучевой терапии. Моноклональные антитела, используемые для лечения рака человека, чаще всего нацелены на молекулы клеточной поверхности, такие как рецепторы фактора роста1 (например, большое семейство тирозинкиназ мембранных рецепторов) и модуляторы иммунного ответа2 (например, запрограммированный белок гибели клеток 1, запрограммированный лиганд смерти 1). Малые молекулярные ингибиторы могут ингибировать либо белки клеточной поверхности, либо сигнальные белки, которые расположены внутриклеточнымобразом 3. Однако, чтобы эффективно использовать эти новые терапевтические агенты, необходимо установить, что конкретный рак зависит от молекулы, на которую нацелен кандидат терапевтический агент.
Хотя эти новые терапевтические агенты имеют более целенаправленные эффекты, многие из них по-прежнему ингибируют действие более чем одного белка. Кроме того, несколько агентов с различной эффективностью и специфичностью часто доступны для нацеливания на конкретный белок. Следовательно, во время доклинических исследований целесообразно использовать дополнительные подходы, такие как генетическая абляция, для проверки белка-кандидата в качестве терапевтической мишени. Одним из особенно полезных подходов к проверке белка в качестве терапевтической мишени является удаление гена, кодирующего белок-кандидат, в генетически модифицированной животной модели, которая развивает конкретный тип рака. Этот подход может быть относительно простым, если мыши с нулевой мутацией (либо естественная мутация, либо генетически модифицированная нулевая мутация [«нокаут»], либо нулевая мутация, введенная генной ловушкой), доступны, и мыши жизнеспособны во взрослой жизни. К сожалению, мыши с нулевой мутацией, которые соответствуют этим критериям, часто недоступны, как правило, потому, что нулевая мутация приводит к смерти эмбрионально или в первые дни постнатальной жизни. В этом случае мыши, склонные к развитию опухолевого типа интереса, могут быть вместо этого скрещены с мышами, у которых ключевые сегменты интересующего гена окружены участками loxP («floxed»), что позволяет удалять ген путем введения трансгена, экспрессирующего Cre recombinase в опухолевые клетки (условный нокаут). Такой подход дает ряд преимуществ. Во-первых, если доступен драйвер Cre, который экспрессируется в опухоли, но не в типе клеток, который привел к смерти в обычных нокаутах, этот подход может потенциально подтвердить потенциальную терапевтическую мишень. Во-вторых, удаление гена, кодирующего белок-кандидат в опухолевых клетках, но не в других внутриопухолевых элементах, таких как опухолеассоциированные фибробласты или иммунные клетки, позволяет исследователю различать клеточные автономные и неклеточные автономные эффекты терапевтической мишени. Наконец, индуцируемый тамоксифен драйвером Cre (CreERT2) позволяет исследователю удалить ген, представляющий интерес на разных стадиях развития опухоли, и определить окно, в котором потенциальный терапевтический агент, скорее всего, будет эффективным.
К сожалению, существуют и технические проблемы, которые могут ограничить использование условных нокаутов при опухолях, возникающих в моделях GEM. Например, драйвер Cre, который экспрессируется в опухолевых клетках и избегает делеции генов в нормальных клетках, необходимых для жизни, может быть недоступен. Другая проблема, которую можно недооценивать, заключается в том, что драйверы Cre и CreERT2 часто по-разному удаляют флоксированные аллели у мышей, что приводит к мозаицизму для нулевой мутации при раке GEM. Когда это происходит, опухолевые клетки, в которых ген-мишень не был абляционным, будут продолжать быстро размножаться, перерастая опухолевые клетки с помощью абляционных аллелей. Мозаицизм в линиях драйвера Cre может возникать из-за не вездесущей экспрессии Cre в целевой линии и неудачной рекомбинации в отдельных клетках, независимых от экспрессии Cre4. Это известное явление драйверов Cre, которое зависит от клеточного типа и должно быть рассмотрено при экспериментальном проектировании и интерпретации данных. Мозаицизм может замаскировать эффект нокаута и привести исследователя к ошибочному выводу, что ген, представляющий интерес, не является существенным для пролиферации опухолевых клеток и / или выживания и, следовательно, не является действительной терапевтической мишенью.
Некоторые из этих проблем были обнаружены в предыдущем исследовании, в котором пытались определить, является ли рецептор тирозинкиназы erbB4 потенциальной терапевтической мишенью в клетках MPNST5. В этих исследованиях использовались мыши, которые экспрессируют трансген, кодирующий изоформу глиального фактора роста неурегулина-1 (NRG1)-β3 (GGFβ3) под контролем нулевого промотора миелинового белка Шванна (мыши P 0-GGFβ3). У мышей P 0-GGFβ3 развиваются множественные плексиформные нейрофибромы, которые прогрессируют, чтобы стать MPNST посредством процесса, который повторяет процессы патогенеза нейрофибромы и прогрессирование плексиформной нейрофибромы-MPNST, наблюдаемое у пациентов с синдромом аутосомно-доминантной восприимчивости к опухоли нейрофиброматоза типа 1 (NF1)6. При скрещивании с мышами с нулевой мутацией Trp53 получается P 0-GGFβ3; Trp53+/- у мышей развиваются MPNST de novo, как это наблюдается у цис-Nf1+/-; Trp53+/- мыши.
Эти MPNST повторяют прогрессирование от II степени Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) к поражениям IV степени ВОЗ, наблюдаемым у людей7. У мышей P 0-GGFβ3 MPNST возникают в пределах ранее существовавших плексиформных нейрофибром в тройничном нерве (58%) и спинномозговых спинных нервных корешках (68%)7; MPNST, возникающие в P 0-GGFβ3; Trp53+/- мыши имеют очень похожее распределение. У людей MPNST чаще всего возникают в седалищном нерве, за которым следуют плечевое сплетение, спинномозговые нервные корешки, блуждающие, бедренные, срединные, крестцовые сплетения, подколенный обтуратор и задний большеберцовый и локтевой нервы8. Это распределение опухолей в этих моделях GEM несколько отличается от того, что наблюдается у людей. Однако MPNST, которые возникают в P 0-GGFβ3 и P0-GGFβ3; Trp53+/- мыши гистологически идентичны человеческим MPNST, несут многие из тех же мутаций, которые наблюдаются у людей MPNST, и повторяют процесс прогрессирования нейрофибромы-MPNST, наблюдаемый у пациентов с NF1. Генерация P 0-GGFβ3 или P0-GGFβ3; Trp53+/- мыши, которые были Erbb4-/- были невозможны, так как мыши с двумя нулевыми аллелями Erbb4 умирают в утробе матери на эмбриональном дне 10,5, вторичном по отношению к порокам сердца9. Поскольку спасение экспрессии Erbb4 в сердце путем введения кардиоспецифического трансгена Erbb4 (тяжелая цепь α-миозина (MHC)-Erbb4) приводит к жизнеспособным мышам Erbb4-/-mice10, генерации мышей со сложным P 0-GGFβ3; Trp53+/-;α-MHC-Erbb4; Была предпринята попытка генотипа Erbb4-/-.
Тем не менее, спаривания не производили мышей в ожидаемых менделевских соотношениях, что указывает на то, что желаемый генотип был вредным. Поэтому генерация P 0-GGFβ3; Trp53+/- мыши с флокированными аллелями Erbb4 11 и драйвером CreERT2 были предприняты, чтобы разрешить удаление Erbb4 в MPNST, возникающих у этих мышей. У этих животных все еще присутствовали многочисленные опухолевые клетки с интактными аллелями Erbb4 (мозаицизм). Наблюдаемый мозаицизм может быть результатом неэффективной доставки тамоксифена, что привело к различиям в эффективности рекомбинации в ткани. Возможность спонтанных компенсаторных механизмов может еще больше способствовать мозаицизму в тамоксифен-опосредованной рекомбинации, минуя требование экспрессии Erbb4. Вполне возможно, что потеря Trp53 делает опухолевые клетки восприимчивыми к дополнительным спонтанным «разрешающим» мутациям, которые могут запутать интерпретацию данных. Поскольку казалось вероятным, что Erbb4-интактные MPNST-клетки будут маскировать последствия абляции Erbb4 в других опухолевых клетках, от этого подхода отказались.
Эти препятствия привели к разработке методологии абляции Erbb4 в очень раннем прохождении клеток MPNST с использованием аденовируса, экспрессирующего cre-рекомбиназу и eGFP. Эти клетки могут быть отделены от неинфицированных клеток с помощью FACS, что заметно снижает мозаицизм для абляционного гена Erbb4 . Ниже описаны методы, используемые для достижения этого, вместе с методами, используемыми для оценки эффектов абляции генов in vitro и in vivo. Следующий протокол является примером того, как производить опухоленосных мышей, которые дают опухоли, несущие флокированные аллели эмбриональных летальных генов, представляющих интерес для иссечения ex vivo до оценки роста опухоли аллотрансплантата in vivo . Это включает в себя описание подходов, используемых для анализа эффекта, который абляция Erbb4 оказывает на пролиферацию опухолевых клеток, выживаемость и экспрессию генов in vitro и пролиферацию, выживаемость и ангиогенез в ортотопических аллотрансплантатах.