За последние три десятилетия многочисленные лаборатории пытались создать мышиные модели рака человека, вводя в геном мыши мутации, связанные с раком, или чрезмерно экспрессируя генный продукт, который чрезмерно экспрессируется в раковых опухолях человека. Полученные генетически модифицированные модели мышей (GEM) могут быть использованы для различных целей, таких как установление того, что вновь введенная геномная модификация инициирует опухолегенез, выявление других впоследствии происходящих генетических или эпигенетических изменений, которые способствуют прогрессированию опухоли, и определение ключевых сигнальных путей, которые управляют инициацией и прогрессированием опухоли. В отличие от ортотопических ксенотрансплантатов, которые основаны на использовании мышей с иммунодефицитом, модели рака GEM имеют полностью функциональную иммунную систему и, таким образом, более точно моделируют реакцию на потенциальные терапевтические агенты. Тем не менее, при использовании GEM-моделей рака для подобных целей важно, чтобы исследователи подтвердили, что наблюдения, сделанные с новообразованиями GEM, имеют отношение к их человеческим аналогам. Эта валидация должна включать в себя тщательную оценку патологии новообразований ГЭМ и определение того, повторяют ли патологические особенности новообразований ГЭМ патологию соответствующего типа опухоли человека.
Синдром предрасположенности к опухолям нейрофиброматоз 1 типа (НФ1) является наиболее распространенным генетическим заболеванием, поражающим нервную систему человека, встречающимся примерно у 1 из каждых 3000-3500 живорожденных 1,2,3. У людей, страдающих НФ1, развиваются множественные доброкачественные опухоли оболочки периферических нервов, известные как нейрофибромы, на коже (дермальные нейрофибромы) и в крупных нервах и нервных сплетениях (плексиформные нейрофибромы). В то время как как кожные и плексиформные нейрофибромы ухудшают качество жизни пациента, вызывая физические, поведенческие и/или социальные нарушения, плексиформные нейрофибромы (ПН) особенно опасны 4,5. Это связано с тем, что ПП часто трансформируются в злокачественные опухоли оболочки периферических нервов (МПНСТ), которые являются агрессивными веретеноклеточными новообразованиями с исключительно низкой выживаемостью 1,2. В значительной степени такая низкая выживаемость объясняется тем, что радио- и химиотерапевтические схемы, которые в настоящее время используются для лечения МПНСТ, неэффективны. Тем не менее, разработка новых, более эффективных методов лечения является сложной задачей. Это связано с тем, что, несмотря на то, что MPNST часто встречаются у пациентов с НФ1, они все еще являются редкими новообразованиями. В результате очень трудно получить большое количество опухолей человека для изучения; Кроме того, сложно набрать достаточное количество пациентов с МПНСТ для клинических испытаний. Для преодоления этих ограничений было создано несколько моделей GEM с целью получения более глубокого представления об аномалиях, лежащих в основе патогенеза нейрофибромы и прогрессирования PN-MPNST, а также для содействия доклиническим испытаниям потенциальных терапевтических агентов.
У пациентов с НФ1 наблюдаются инактивирующие мутации в одной копии гена НФ1. Патогенез нейрофибромы запускается, когда в клетке шванновской клеточной линии происходит инактивирующая мутация в оставшемся функциональном гене NF1. Удивительно, однако, что когда у мышей были получены мутации Nf1, инактивирующие зародышевую линию, у них не развились нейрофибромы 6,7. Последующая демонстрация того, что мыши с Nf1-нулевыми шванновскими клетками и гаплонедостаточностью Nf1 во всех других типах клеток (Krox20-Cre;У мышей Nf1flox/- развились плексиформные нейрофибромы, что позволило предположить, что для патогенеза нейрофибромы требуется снижение дозы гена Nf1 в дополнительных типах клеток8. Даже в этом случае плексиформные нейрофибромы в Krox20-Cre; Мыши Nf1flox/- не прогрессировали, чтобы стать MPNST, и поэтому лишь частично имитировали биологию своих человеческих собратьев. Патогенез MPNST действительно возникал, когда мутации Nf1 сочетались с мутациями в дополнительных генах-супрессорах опухолей, таких как Trp539 или Cdkn2a10, но MPNST в этих моделях GEM развивались de novo или из атипичных нейрофиброматозных новообразований с неопределенным биологическим потенциалом (ANNUBPs)11,12, а не из ранее существовавших доброкачественных плексиформных нейрофибром (см.13,14 за отличные обзоры этих моделей, а также других моделей, вводящих дополнительные мутации с потерей функции MPNST, связанные с потерей функции в генах, таких как Suz12 и Pten15).
Эти мышиные модели были неоценимы для установления роли таких генов, как NF1, TP53 и CDKN2A, в патогенезе NF1-ассоциированных новообразований периферической нервной системы, а также для доклинических испытаний потенциальных терапевтических агентов. Тем не менее, у нас все еще есть неполное понимание процесса, посредством которого плексиформные нейрофибромы прогрессируют, превращаясь в атипичные нейрофиброматозные новообразования с неопределенным биологическим потенциалом (ANNUBPs 16), а затем в MPNST. Недавно был достигнут некоторый прогресс в понимании этого процесса, в связи с недавним сообщением о том, что у мышей с делециями в Nf1 и Arf развиваются ANNUBP, которые прогрессируют, чтобы стать MPNST11. Тем не менее, мышиных моделей, основанных на мутации Nf1, которые полностью повторяют процесс прогрессирования плексиформной нейрофибромы-MPNST, наблюдаемого у людей, пока не существует. Кроме того, неясно, существует ли несколько различных путей, которые приводят к развитию MPNST. Учитывая это, вполне возможно, что описанные выше ГЭМ моделируют только подмножество нескольких различных путей, которые приводят к прогрессированию нейрофибромы-МПНСТ и патогенезу МПНСТ. Этот момент подчеркивается тем фактом, что MPNST также встречаются спорадически и что некоторые спорадические MPNST, по-видимому, не имеют мутаций NF1 17,18.
Несмотря на то, что последнее утверждение было оспорено недавним предположением Magollon-Lorenz et al. о том, что, по крайней мере, некоторые спорадические MPNST, лишенные мутаций NF1 , являются меланомами или другим типом саркомы19, мы недавно сообщили о спорадическом MPNST и клеточной линии, полученной из этой опухоли (клетки 2XSB), которая была NF1 дикого типа20. При характеристике родительской опухоли и клеточной линии 2XSB мы систематически исключали альтернативные диагностические возможности, включая меланому и множество других типов саркомы, которые обычно рассматриваются в дифференциальной диагностике спорадической злокачественной опухоли оболочки периферических нервов20. Кроме того, мы отмечаем, что Magollon-Lorenz et al. признали, что их результаты в трех спорадических клеточных линиях MPNST, которые они изучали, не могут быть обобщены, чтобы указать, что все опухоли, идентифицированные как спорадические MPNST, не являются MPNST.
Для построения модели GEM, в которой патогенез нейрофибромы и MPNST не обязательно зависел от специфических мутаций генов-супрессоров опухолей, мы создали трансгенных мышей, у которых гиперэкспрессия мощного митогенного нейрегулина-1 (NRG1) из шванновских клеток была обусловлена промотором шванновского клеточного миелинового белка ноль (P0) (мыши P 0-GGFβ3)21. Ранее мы показали, что нейрофибромы человека, MPNST и клеточные линии MPNST экспрессируют несколько изоформ NRG1 вместе с тирозинкиназами рецептора erbB (erbB2, erbB3 и erbB4), которые опосредуют передачу сигналов NRG1, и что эти рецепторы erbB конститутивно активированы22. Мы также продемонстрировали, что фармакологические ингибиторы киназ erbB мощно ингибируют пролиферацию MPNST22, выживаемость23 и миграцию24. В соответствии с нашими наблюдениями на людях, у мышей с P 0-GGFβ3 развиваются плексиформные нейрофибромы25, которые прогрессируют в MPNST с высокой частотой21,25. Мы показали, что P0-GGFβ3 MPNST, как и их человеческие аналоги, обычно развивают мутации Trp53 и Cdkn2a, а также множество других геномных аномалий, которые потенциально способствуют опухолегенезу25. MPNST, возникающие у мышей P 0-GGFβ3, не имеют инактивирующих мутаций Nf1. Однако, используя генетическую комплементацию, мы показали, что NRG1 способствует опухолегенезу у мышей P 0-GGFβ3 преимущественно через те же сигнальные каскады, которые изменяются при потере Nf1 26; Этот вывод основан на нашем выводе о том, что замена гиперэкспрессии NRG1 на потерю Nf1 в присутствии гаплонедостаточности Trp53 (P 0-GGFβ3;Trp53+/- мышей) продуцирует животных, у которых MPNST развиваются de novo, как это наблюдается у цис-Nf1+/-; Trp53+/- мыши27.
Для получения этой и другой информации, демонстрирующей, что мыши с P 0-GGFβ3 точно моделируют процессы патогенеза нейрофибромы и прогрессирования нейрофибромы-MPNST, наблюдаемые у людей с НФ1, нами были разработаны специализированные методики обработки тканей этих животных, точной диагностики их опухолей, классификации МПНСТ, возникающих у этих мышей, установления и характеристики раннего пассажа P0-GGFβ3 и P0-GGFβ3; Культуры Trp53+/- MPNST и критическое сравнение патологии P0-GGFβ3 PNs и MPNST и P0-GGFβ3; Trp53+/- MPNST к их человеческим аналогам. Многие из этих методологий могут быть обобщены на другие модели неоплазии нервной системы GEM. Кроме того, некоторые из этих методологий более широко применимы к моделям GEM, в которых новообразования возникают в других органах. Следовательно, здесь мы приводим подробное описание этих методологий.