Обзорная статья

Caenorhabditis elegans: универсальная модель in vivo для расшифровки консервативных онкогенных сигнальных путей

DOI:

10.3791/72682

⸱

14 августа 2026 г.

 , 
1Institute of Pediatrics, Children's Hospital of Fudan University, 2Department of Rheumatology, The Second Affiliated Hospital of Jiaxing University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В данном обзоре оценивается использование Caenorhabditis elegans в качестве дополнительной модели in vivo для исследования онкогенных путей, с особым вниманием к консервативным сигнальным путям RTK-RAS-ERK, Notch и Wnt, репрезентативным мутантам, количественным показателям, генетическим инструментам, скринингу противоопухолевых препаратов и применению методов, основанных на хемосенсорике.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Caenorhabditis elegans (C. elegans) представляет собой генетически доступную, прозрачную и экономически эффективную многоклеточную модель, которая служит связующим звеном между традиционными анализами на клеточных культурах и млекопитающими системами для изучения механизмов развития рака. Данный обзор, сфокусированный на сигнальных путях, охватывает репрезентативные исследования консервативных путей RAS/MAPK, Notch и Wnt и структурирован по принципам консервативности путей, мутантным штаммам, количественным фенотипам, генетическим инструментам, а также применению в исследованиях механизмов, скрининге соединений и анализах на основе хемосенсорики. Сначала мы описываем консервативность компонентов путей и релевантные опухолям фенотипы, включая гиперпролиферацию зародышевой линии и фенотип «множественной вульвы» (Muv). Затем мы приводим перечень репрезентативных мутантов, таких как штаммы glp-1 и let-60 с усилением функции (gain-of-function) и модели gld-1 и lip-1 с потерей функции (loss-of-function), которые позволяют анализировать поддержание стволовых клеток, эктопическую пролиферацию и нарушение регуляции сигналинга. Кроме того, мы обсуждаем доступные инструменты для создания моделей, включая РНК-интерференцию, трансгенез, MosTIC, TALENs и CRISPR/Cas9, выделяя их преимущества и ограничения при изучении функций генов, связанных с раком. В заключение мы обобщаем опубликованные данные о применении C. elegans в скрининге противоопухолевых препаратов, поиске новых сигнальных путей и изучении опухолево-ассоциированной хемосенсорики. Интегрируя генетическую консервативность с масштабируемым фенотипированием in vivo, C. elegans предоставляет дополнительную платформу для выдвижения гипотез, валидации путей и раннего поиска терапевтических средств, при этом следует учитывать ограничения модели в отношении адаптивного иммунитета и сложности органов при переносе полученных результатов на биологию рака у человека.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Рак остается одной из основных причин заболеваемости и смертности во всем мире. Согласно данным GLOBOCAN 2022, во всем мире было зарегистрировано почти 20 миллионов новых случаев рака и 9,7 миллионов смертей от этого заболевания, включая немеланомный рак кожи1. Поскольку прогнозируется рост заболеваемости раком в связи с ростом и старением населения2, экспериментальные системы, способные выявить консервативные механизмы и обеспечить эффективный приоритет мишеней, остаются крайне необходимыми.

Механизмы развития рака обычно исследуют на культурах клеток с последующим тестированием на моделях позвоночных. Однако культура клеток не воспроизводит физиологию всего организма, в то время как исследования на позвоночных дорогостоящи и характеризуются сравнительно низкой пропускной способностью. Таким образом, комплементарная модель, сочетающая в себе возможность генетических манипуляций, многоклеточный контекст и высокую скорость проведения экспериментов, может помочь в решении определенных вопросов при переходе от анализов in vitro к валидации на млекопитающих.

Caenorhabditis elegans (C. elegans) занимает эту дополняющую нишу. При 20 °C он развивается от эмбриона до половозрелого взрослого примерно за 3 дня, имеет типичную лабораторную продолжительность жизни 2–3 недели и производит около 300 самооплодотворяемого потомства3. ОртоЛист 2 идентифицировал ортологи C. elegans для 10 678 из 20 310 белок-кодирующих генов человека (52,6%)4, в то время как более ранний сравнительный протеомный анализ выявил гомологи человека примерно для 83% протеома C. elegans5. Кроме того, примерно 72% курируемых драйверных генов рака человека имеют как минимум один ортолог у C. elegans6. Консервативные процессы включают апоптоз, контроль клеточного цикла, метаболизм, стрессовые ответы, а также сигналинг RTK–RAS–ERK, Notch, Wnt, TGF-β и инсулина/IGF3,4,6. Тем не менее, ортология не подразумевает полной функциональной эквивалентности, и этому червю не хватает органов позвоночных, адаптивного иммунитета, ангиогенеза и кровеносной системы6.

Данный обзор сосредоточен на сигнальных путях RTK (рецепторной тирозинкиназы)–RAS–ERK, Notch и Wnt, так как эти пути эволюционно консервативны, часто нарушены при раке у человека и связаны с легко оцениваемыми фенотипами C. elegans. Мы разграничиваем истинные опухоли зародышевой линии и фенотипы гиперплазии развития или эктопической дифференцировки клеток, приводим перечень репрезентативных штаммов и количественных показателей, рассматриваем генетические инструменты для создания моделей и обсуждаем исследования, в которых эксперименты на червях позволили прояснить антираковые механизмы или приоритизировать поиск соединений.

Обзор и перспектива

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Консервативность онкогенных сигнальных путей у C. elegans
Развитие рака обусловлено сочетанием генетических и эпигенетических изменений, которые нарушают пролиферацию, дифференцировку, выживаемость, поддержание целостности генома, метаболизм и взаимодействия с микроокружением. C. elegans не может воспроизвести все особенности злокачественных новообразований человека, однако на этой модели можно изолированно изучать функции консервативных путей в контексте всего организма. Таким образом, наиболее информативными являются модели, в которых определенное молекулярное повреждение сочетается с измеряемым фенотипом и четко сформулированной аналогией с раком у человека.

Сигналинг RTK-RAS-ERK
Активация рецепторных тирозинкиназ (RTK) способствует димеризации или перестройке рецепторов и транс-автофосфорилированию цитоплазматических остатков тирозина7. Сайты связывания фосфотирозина привлекают адапторные белки и факторы обмена гуаниновых нуклеотидов, которые переводят RAS из GDP-связанного в GTP-связанное состояние7,8. RAS-GTP привлекает RAF-киназы к плазматической мембране, где активация RAF инициирует киназный каскад RAF–MEK–ERK8,9. Активированный ERK фосфорилирует цитоплазматические и ядерные субстраты, которые регулируют пролиферацию, дифференцировку, выживаемость и судьбу клетки10. Таким образом, онкогенные мутации RAS или аберрантная активность RTK могут поддерживать работу этого пути независимо от нормального внеклеточного контроля8,11.

C. elegans кодирует несколько RTK, включая LET-23/EGFR и EGL-15/FGFR12. Во время индукции вульвы LIN-3/EGF активирует LET-23 и консервативный каскад SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK12,13,14. ERK-зависимая регуляция LIN-1 и LIN-31 определяет судьбу клеток-предшественников вульвы12,15. Снижение активности этого пути приводит к фенотипу отсутствия вульвы, тогда как избыточная активация — например, при наличии аллелей let-60 с приобретением функции — вызывает фенотип множественной вульвы (Muv)15,16. Этот же путь регулирует развитие выделительного протока, связи между маткой и вульвой, а также несколько процессов в мужских половых клетках и зародышевой линии12,17,18,19. Сигналинг EGL-15/FGFR контролирует миграцию половых миобластов, поддержание мышц, наведение аксонов и жидкостный гомеостаз20,21,22,23. Поскольку результат работы сигнального пути зависит от ткани и стадии развития, информативные модели, связанные с раком, определяются конкретным молекулярным повреждением, соответствующим тканевым контекстом и количественным показателем12.

Сигналинг Notch
Notch представляет собой контактно-зависимый сигнальный путь, при котором мембранно-связанный лиганд Delta/Serrate/LAG-2 (DSL) одной клетки активирует рецептор Notch на соседней клетке24,25. В процессе созревания рецептора в секреторном пути происходит расщепление по сайту S124. Связывание лиганда делает сайт S2 доступным для протеаз семейства ADAM, после чего следует расщепление по сайту S3 γ-секретазой24,25. Высвобожденный внутриклеточный домен Notch проникает в ядро и образует транскрипционный комплекс с ДНК-связывающими белками семейства CSL и коактиваторами семейства Mastermind24. У C. elegans соответствующими ядерными факторами являются LAG-1 и SEL-825.

C. elegans имеет два рецептора Notch: LIN-12 и GLP-125. В зародышевой линии взрослых особей клетки дистального кончика (DTC) предоставляют DSL-лиганды, главным образом LAG-2 и APX-1, рецептору GLP-1 на соседних стволовых клетках-предшественниках зародышевой линии (GSCs)26,27. Высокая активность GLP-1 поддерживает митотическую пролиферацию; по мере удаления клеток от DTC снижение Notch-сигналинга позволяет путям GLD стимулировать вступление в мейоз28,29. Аллели glp-1 с приобретением функции могут поддерживать эктопический митоз и приводить к образованию опухолей зародышевой линии25,30. LIN-12 контролирует несколько решений о судьбе соматических клеток, включая выбор между якорной клеткой и вентральной клеткой матки; конститутивная активность LIN-12 в клетках-предшественниках вульвы приводит к фенотипу многовульвности (Muv), а активированный GLP-1 может эктопически определять судьбу клеток вульвы25,31,32.

Проксимальные опухоли зародышевой линии также могут возникать посредством неклеточного автономного механизма «латентной ниши»33. У мутантов по гену pro-1 или мутантов с усилением функции glp-1(ar202) задержка вступления в мейоз позволяет недифференцированным проксимальным зародышевым клеткам взаимодействовать с DSL-лигандами, включая APX-1 и ARG-1, секретируемыми созревающими клетками гонадного чехла33. Последующая непрерывная активация GLP-1/Notch поддерживает митоз и развитие опухоли33. Напротив, потеря gld-1 вызывает появление опухолей зародышевой линии вследствие нарушения мейотической дифференцировки и не должна классифицироваться как прямая активация сигнального пути Notch34.

Wnt-сигналинг
Wnt-сигналинг регулирует судьбу клеток, их полярность, миграцию и пролиферацию через несколько контекстно-зависимых ветвей35,36. В каноническом β-catenin-пути связывание Wnt с Frizzled и LRP5/6 ингибирует деструкционный комплекс AXIN–APC–GSK3–CK1, что позволяет β-catenin накапливаться и взаимодействовать с факторами TCF/LEF в ядре35,36. Нарушение регуляции этого пути играет центральную роль при развитии нескольких видов рака у человека, в частности, колоректального рака36.

C. elegans использует как канонический путь BAR-1/β-catenin, так и дивергентный путь асимметрии Wnt/β-catenin37,38. Сигнализация, зависимая от BAR-1, способствует принятию решений о судьбе клеток в постэмбриональный период, включая развитие вульвы37,38. В пути асимметрии WRM-1/β-catenin и LIT-1/NLK снижают уровень ядерного POP-1/TCF в одной дочерней клетке, в то время как SYS-1/β-catenin действует как транскрипционный коактиватор; неодинаковые уровни POP-1 и SYS-1 определяют разные судьбы дочерних клеток37,38,39. Эти специфичные для червей особенности отличаются от канонического пути Wnt млекопитающих и должны интерпретироваться как отдельные архитектуры сигнализации37,38.

Неканоническая Wnt-сигнализация контролирует полярность и миграцию клеток через Frizzled-зависимые пути и пути, подобные рецепторным тирозинкиназам35,40. У C. elegans Wnt-лиганды и рецепторы направляют миграцию нейронов и мезодермы, а также определяют ориентацию асимметричного деления37,41. Эти показатели имеют значение для биологии рака, поскольку изменение полярности и подвижности являются необходимыми условиями для инвазии, хотя червь и не является моделью самого метастатического распространения36,37.

Типичные фенотипы пути Wnt включают дефекты развития вульвы у животных с потерей функции bar-142, дефекты эмбриональной полярности у мутантов по mom-2 или mom-537,43, а также дефекты миграции клеток или наведения аксонов у мутантов по mig-1 или prkl-137,41. Данные штаммы являются специфичными для этого пути моделями развития и не являются прямыми эквивалентами злокачественных опухолей36,37.

Выбор фенотипов и показателей анализа, релевантных для рака
Термин «опухоль» следует использовать с осторожностью в C. elegans модели, связанные с раком6. C. elegans опухоли зародышевого пути содержат эктопически пролиферирующие герминативные клетки с дефектами дифференцировки и, следовательно, представляют собой наиболее близкий аналог неопластического разрастания у червя30,34,44Напротив, фенотип многовульвы (Muv) отражает эктопическую индукцию судьбы клеток вульвы и разрастание тканей; он является чувствительным индикатором активности путей RAS/MAPK или Notch, но не представляет собой злокачественную опухоль.15,16,25В дистальной части зародышевой линии Notch-сигнализация, исходящая от клеток дистального кончика (DTC), поддерживает пул митотических предшественников.28,44Приобретение функции (gain-of-function) ГПП-1 аллели или дефекты в генах меиотической дифференцировки, таких как gld-1 могут экспансировать митотические зародышевые клетки30,34,44В клетках-предшественниках вульвы, let-60активация функции RAS или снижение активности негативных регуляторов, таких как LIP-1, могут вызывать или усиливать фенотипы Muv15,16,45Эти категории фенотипов схематично представлены на Рисунок 1. Рисунок 1A показывает нормальный анатомический контекст и базовые показатели, используемые в C. elegans анализы, связанные с раком. Рисунок 1D связывает LIN-3/LET-23-зависимый сигнальный путь RAS/MAPK с решениями о судьбе клеток-предшественников вульвы, в то время как Рисунок 1E иллюстрирует сигнальные пути GLP-1/Notch в дистальной нише стволовых клеток зародышевой линии и механизмы опухолей в латентной нише. Рисунок 1F дополнительно отделяет BAR-1-зависимую каноническую ветвь Wnt от пути асимметрии Wnt/β-катенин, подчеркивая, что показатели, связанные с Wnt, в C. elegans следует интерпретировать как фенотипы, чувствительные к развитию или сигнальным путям, а не как прямые модели злокачественных опухолей. Рекомендуемые количественные конечные точки включают процент животных с фенотипом Muv, количество эктопических выступов вульвы, длину митотической зоны, число половых клеток, положительных по фосфо-гистону H3, площадь гонад, фертильность, локализацию репортера и зависимости «доза-ответ»15,28,30,44,45. Таблица 1 в документе представлены репрезентативные штаммы, их молекулярные повреждения, фенотипы, количественные анализы и области применения в исследованиях рака.

Генетические и экспериментальные инструменты
Модели C. elegans могут быть созданы с помощью классического мутагенеза, трансгенеза, РНК-интерференции (RNAi) или направленного редактирования генома46,47,48. Микроинъекции в гонады позволяют эффективно создавать внехромосомные массивы46, в то время как облучение, бомбардировка микрочастицами и системы вставки одной копии позволяют получать интегрированные или низкокопийные трансгенные линии, что снижает количество артефактов, связанных с числом копий и мозаицизмом47,48. Сайт-специфические рекомбиназы, вставка одной копии с помощью Mos1, цинковые пальцевые нуклеазы, TALEN и, в особенности, CRISPR/Cas9 позволяют осуществлять направленные делеции, точковые мутации, эндогенное мечение, создание условных аллелей и гуманизированных вариантов48,49. Метод следует выбирать исходя из того, требуется ли в исследовании транзиторный нокдаун, стабильная потеря функции, приобретение функции, тканеспецифичность, эндогенная экспрессия или замена на вариант, характерный для рака человека48,49.

РНК-интерференция (RNAi) может быть осуществлена путем гонадной инъекции, замачивания или скармливания бактерий, экспрессирующих двухцепочечную РНК50. Этот метод является быстрым и масштабируемым, однако эффективность нокдауна варьирует в зависимости от тканей и генов, а RNAi создает фенокопию, а не определенный наследуемый аллель50. Для исследований соединений валидация модели должна включать генетический рескью (спасение) или эпистаз, использование независимых аллелей и ортогональные методы считывания, чтобы отличить специфические для сигнального пути эффекты от токсичности, задержки развития или снижения потребления пищи6,44.

Практический рабочий процесс применения этих моделей обобщен на Рисунке 2. В рамках данной схемы вопрос, связанный с раком, сначала сопоставляется с консервативным сигнальным путем и определенным молекулярным повреждением, после чего выбираются подходящий штамм C. elegans или модифицированная модель, количественный фенотип и контроли валидации. Такой поэтапный дизайн помогает отличить специфическую модуляцию пути от общей токсичности или задержки развития и обеспечивает рациональную основу для последующего применения в исследованиях механизмов, приоритизации соединений или в анализах, основанных на хемосенсорике.

Предыдущие исследования
Опубликованные работы демонстрируют, как модели C. elegans с определенными сигнальными путями могут быть использованы для приоритезации соединений на ранних этапах. В платформе EGFR, специфичной для конкретных мутаций, Bae и др. экспрессировали в клетках вульвы химерные рецепторы LET-23, содержащие тирозинкиназный домен человеческого EGFR, включая варианты дикого типа, L858R и T790M/L858R. Активирующие химеры L858R и T790M/L858R вызывали фенотип многовульварности (Muv), что позволило использовать процент животных с Muv-фенотипом в качестве количественного показателя скрининга. Гефитиниб и эрлотиниб подавляли Muv-фенотип, связанный с L858R, но не фенотип, связанный с T790M/L858R. В ходе предварительного скрининга 8 960 малых молекул AG1478 и U0126 были идентифицированы как ингибиторы EGFR- и MEK-зависимой сигнализации соответственно51. Medina и др. дополнительно оценили кандидатов для перепрофилирования — итраконазол, дисульфирам, этодолак и уабаин — на мутантных штаммах с определенными путями, представляющих нарушения Wnt, Notch и RAS–ERK. В качестве фенотипического конечного показателя для приоритезации соединений использовалось восстановление при стерильности, бесплодии или Muv-фенотипе52. Совсем недавно Makhoul и др. протестировали EAPB02303 на животных MT2124 let-60(n1046gf) и MT4698 let-60(n1700gf). Они количественно оценили как долю животных с Muv-фенотипом, так и количество эктопических вульв на одно животное и наблюдали фенотипическое подавление, соответствующее снижению активности пути LET-60/RAS–MAPK. Их дополнительные эксперименты по продолжительности жизни и локализации DAF-16 также подтвердили влияние на сигнализацию инсулин/IGF-1–PI3K–AKT53. Тем не менее, фенотипическое восстановление в этих моделях на червях следует интерпретировать как свидетельство модуляции сигнального пути и основание для приоритезации соединений на раннем этапе, а не как прямое доказательство противоопухолевой эффективности в опухолях млекопитающих.

Модели опухолей зародышевой линии позволяют разграничить механистически различные пути устойчивой пролиферации. Аллели glp-1 с приобретением функции поддерживают GLP-1/Notch-зависимый митоз в зародышевой линии, в то время как мутанты pro-1 демонстрируют неоцеллюлярный механизм латентной ниши, при котором лиганды DSL проксимальных обкладочных клеток поддерживают аберрантное сохранение митоза. Напротив, потеря функции gld-1 вызывает образование опухоли зародышевой линии преимущественно за счет дефектной мейотической дифференцировки, а не через прямую активацию пути Notch. Таким образом, эти модели представляют собой взаимодополняющие системы для изучения поддержания стволовых клеток, нарушений дифференцировки и инициации опухолей, зависящей от микроокружения30,33,34.

Другие приложения, связанные с раком, включают скрининги синтетической летальности LIN-35/Rb, анализы CEP-1/p53-зависимого апоптоза, а также исследования сигнализации AMPK и PI3K6,44. Приложения, основанные на хемосенсорике, следует рассматривать отдельно от моделирования опухолей и скрининга лекарственных средств. В этих исследованиях C. elegans подвергаются воздействию летучих или мочевых метаболитов, связанных с раком, а поведенческие реакции измеряются в качестве потенциальных диагностических сигналов. Такие анализы не моделируют рост опухоли или активность противоопухолевых препаратов и требуют аналитической и клинической валидации перед внедрением в диагностику54,55.

Перспективы
C. elegans наиболее ценен в тех случаях, когда биологический вопрос зависит от консервативных клеточно-автономных или системных механизмов, которые могут быть связаны с количественным фенотипом. Его ограничения, включая отсутствие адаптивного иммунитета, сосудов, органоспецифических эпителиев и естественного метастазирования, исключают прямое моделирование многих взаимодействий между опухолью, стромой и иммунной системой. Будущие возможности включают эндогенное редактирование вариантов, полученных от пациентов, тканеспецифическое воздействие, высококонтентную визуализацию, автоматизированное фенотипирование и интеграцию генетики червей с геномикой рака человека. Полученные результаты следует рассматривать как доказательства для выявления механизмов или мишеней и проверять на клетках млекопитающих или моделях позвоночных, прежде чем делать трансляционные выводы.

Выводы

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

C. elegans представляет собой дополнительную, генетически доступную систему in vivo для анализа консервативных сигнальных путей, связанных с раком, и определения приоритетности потенциальных мишеней или соединений. Наиболее информативные применения данной системы напрямую связывают изменения, характерные для рака у человека, с консервативным ортологом у червя, тканевым контекстом и количественными фенотипами, такими как гиперпролиферация зародышевой линии, формирование множественных вульв, активность репортера или ответ на лекарственные препараты. При интерпретации результатов необходимо отличать истинные опухоли зародышевой линии от показателей путей развития; выводы должны быть подтверждены независимыми аллелями, генетическим спасением или эпистазом, а также контролем токсичности и задержки развития. Несмотря на то, что червь не может моделировать адаптивный иммунитет, сосудистую систему, органоспецифическую архитектуру или метастазирование, он остается ценным инструментом для быстрой генерации гипотез и валидации путей на ранних этапах. Будущие работы, сочетающие эндогенное редактирование вариантов, полученных от пациентов, тканеспецифическое воздействие, автоматизированное фенотипирование и межвидовую валидацию, усилят перенос данных в биологию рака млекопитающих.

figure-results-1
Рисунок 1. Консервативные показатели сигнализации, связанные с раком, у C. elegans. (A) Анатомия дикого типа и нормальные показатели. (B) Опухолеподобный гиперпластический рост зародышевой линии с расширенными показателями митотической зоны. (C) Фенотип многовульвы (Muv) как количественно измеряемый показатель пути. (D) Сигнализация LIN-3/LET-23 RAS/MAPK в клетках-предшественниках вульвы. (E) Сигнализация GLP-1/Notch в нише стволовых клеток зародышевой линии и механизмы опухолей латентной ниши. (F) Ветви Wnt у C. elegans разделены на BAR-1-зависимую каноническую ветвь и путь асимметрии Wnt/β-катенина. Фенотипы Muv и связанные с Wnt показатели являются либо стадиями развития, либо чувствительными показателями пути, а не прямыми моделями злокачественных опухолей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-results-2
Рисунок 2. Практическая схема связи моделей C. elegans с механизмами развития рака и их применением. Рабочий процесс объединяет выбор сигнального пути, определение молекулярного повреждения, выбор показателей модели, количественную валидацию и применение в контексте онкологии. Типичные примеры использования включают анализы супрессии Muv в пути RAS/MAPK, изучение механизмов опухолей зародышевой линии, контроль путей и токсичности, а также применение на основе хемосенсорики в нетрансплантационных целях. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

ШтаммГенотипМолекулярное повреждение / ветвь сигнального путиФенотип / показатель анализаРекомендуемая количественная конечная точкаТиповое применение / предостережение
CB1026lin-1(e1026) IV.Транскрипционный ответ пути RAS/MAPK; репрессор LIN-1 семейства ETS, находящийся ниже по каскаду от MPK-1/ERKMultivulva (Muv)% животных с фенотипом Muv; количество эктопических выступов вульвы на одно животноеВыход RAS/MAPK-сигналинга в вульве; считывание пути развития, не злокачественная опухоль
CB1275lin-1(e1275) IV.Транскрипционный ответ пути RAS/MAPKMuv% Muv; выросты/животноеАльтернативный аллель lin-1 для подтверждения выходного сигнала пути
MT3516lin-1(e1275) cha-1(p1152) IV.Ответ RAS/MAPK в сложном генетическом фонеMuv% Muv; сроки развития; фертильностьИспользуйте с осторожностью, если только фон cha-1 не имеет значения для данного анализа
MT301lin-31(n301) II.RAS/MAPK-зависимый транскрипционный выход; forkhead-фактор LIN-31MuvЛокализация маркеров судьбы VPC в клетках MuvСчитывание судьбы клеток вульвы ниже по каскаду LET-60/MPK-1
MT1001lin-1(e1777) IV.Транскрипционный ответ пути RAS/MAPKMuv% Muv; выросты/животноеИсправлено с выхода, связанного с Wnt, на выход, связанный с RAS/MAPK
MT2124let-60(n1046gf) IV.gain-of-function мутация LET-60/RAS; гиперактивность сигнального пути RAS/MAPKMuv% Muv; количество выростов на одну особь; подавление в зависимости от дозыСкрининг противоопухолевых соединений и анализ подавления сигнального пути RAS/MAPK
MT4698let-60(n1700gf) IV.gain-of-function мутации LET-60/RAS; гиперактивность сигнального пути RAS/MAPKMuv% Muv; число выростов на животное; дозозависимое подавлениеШтамм для компаунд-скрининга пути RAS/MAPK; используется совместно с MT2124 в исследованиях по подавлению сигнального пути EAPB02303
MT309lin-15B&lin-15A(n309) X.Синтетическая мультивульва; отрицательная регуляция индукции вульвы/RAS-пермиссивный фонMuv% Muv; пенетрантность; выросты/животноеМодифицированный или сенсибилизированный фон Muv; не является прямой моделью опухоли
ZM10942lin-15B&lin-15A(n765) X; hpIs774; hpEx4292.Синтетический фон Muv с контекстом репортера/трансгенаСчитывание сигнала Muv / репортера% Muv; локализация/интенсивность репортераИспользуйте, когда необходим считываемый сигнал репортера; опишите трансген/репортер в тексте
JK590glp-1(q35)/eT1 III; him-5(e1490)/eT1 V.С-терминальная трункация рецептора GLP-1/Notch; полудоминантный Muv с фенотипом GlpMuv стерильный / Glp% Muv; стерильность; подсчет потомстваЗависимый от Notch показатель развития вульвы/зачатков половых клеток; не объединять с моделями дистальных опухолей зародышевой линии
GC833ГПП-1 (ar202) III.усиление функции GLP-1/NotchГерминальная опухольДлина митотической зоны; pH3+-клетки; площадь гонад; фертильностьСтойкий Notch-зависимый митоз в модели герминативной опухоли
BS3164unc-32(e189) glp-1(ar202) III.Усиление функции GLP-1/Notch с маркером/фоном unc-32Герминативная опухольДлина митотической зоны; pH3+-клетки; площадь гонад; фертильностьАльтернативный фон glp-1(ar202); укажите маркер/фон в разделе «Методы»
ГХ565pro-1(na48)/mIn1 [dpy-10(e128) mIs14] II.Модель латентной ниши; задержка вступления в мейоз обеспечивает воздействие проксимального лиганда DSL и активацию GLP-1/NotchПроксимальная герминогенная опухольПроксимальные митотические клетки; pH3+-клетки; область гонад; фертильностьНеавтономное инициатирование опухоли; отличие от прямого усиления функции glp-1
IT540gap-3(kp1) I; puf-8(zh17) unc-4(e120)/mnC1 [dpy-10(e128) unc-52(e444)] II.Смешанный фон, связанный с путями RAS/MAPK, РНК-связыванием и дифференцировкойMuv и опухоли зародышевого слоя% Muv; длина митотической зоны; pH3+ клетки; фертильностьИспользуйте только при наличии четкого механистического обоснования, так как фенотипы формируются в результате взаимодействия нескольких сигнальных путей
XA774gld-1(q485)/gna-2(qa705) unc-55(e1170) I.нарушение GLD/мейотической дифференцировки; не прямая активация NotchГерминативная опухольДлина митотической зоны; pH3+-клетки; площадь гонад; фертильностьМодель нарушения мейотической дифференцировки; не обозначать как Notch
JK3025gld-1(q485) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).нарушение GLD/мейотической дифференцировкиГерминальная опухольДлина митотической зоны; pH3+ клетки; фертильностьСбалансированная модель опухоли gld-1; дифференциация от опухолей glp-1/Notch
JK1466gld-1(q485)/dpy-5(e61) unc-13(e51) I.нарушение GLD/мейотической дифференцировкиГерминативная опухольдлина зоны митоза; pH3+-клетки; фертильностьАльтернативный фон gld-1; дифференциация от опухолей, вызванных Notch
JK4299gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).путь вступления в мейоз/дифференцировки GLD-1/GLD-2Герминативная опухольДлина митотической зоны; pH3+-клетки; фертильностьмодель опухоли с активацией пути GLD; не прямая активация Notch
JK4832gld-1(q485) gld-2(q497) lst-1(ok814) sygl-1(tm5040) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Путь GLD и регуляторный фон стволовых клетокГерминальная опухольДлина митотической зоны; pH3+ клетки; фертильность; экспрессия маркеровМеханистически сложная модель судьбы ГЛД/стволовых клеток; сформулируйте точную гипотезу
JK2879gld-2(q497) gld-1(q485)/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).путь дифференцировки GLD-1/GLD-2Герминальная опухольДлина митотической зоны; pH3+-клетки; фертильностьАльтернативная сбалансированная модель опухоли с активированным путем GLD
BS3156unc-13(e51) gld-1(q485)/hT2 [dpy-18(h662)] I; +/hT2 [bli-4(e937)] III.Нарушение GLD/мейотической дифференцировки с мутациями маркера/фонаГерминальноклеточная опухольДлина митотической зоны; pH3+-клетки; фертильностьИспользовать с четко указанным генетическим фоном
JK5760lst-1(ok814) sygl-1(q828) gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).Путь GLD на фоне экспрессии мишеней Notch/регуляторов стволовых клетокГерминативная опухольДлина митотической зоны; pH3+ клетки; фертильность; экспрессия маркеров стволовых клетокКомплексная модель стволовых клеток зародышевой линии и их дифференцировки; не объединять в категорию «Notch»

Таблица 1: Репрезентативные мутантные штаммы C. elegans и рекомендуемые показатели анализа путей, связанных с раком. Номенклатура и генотипы штаммов основаны на записях CGC/WormBase; аннотации путей и фенотипов15,16,25,30,33,34,44,45,51,52,53. В этой таблице представлены репрезентативные штаммы, иллюстрирующие часто используемые специфические показатели анализа путей в исследованиях C. elegans, связанных с раком.

Сокращения: CGC, Центр генетики Caenorhabditis; DSL, лиганд семейства Delta/Serrate/LAG-2; EGFR, рецептор эпидермального фактора роста; ERK, внеклеточная сигнал-регулируемая киназа; gf, усиление функции (gain-of-function); GLD, дефект развития зародышевой линии; Glp, фенотип с дефектом пролиферации зародышевой линии; lf, утрата функции (loss-of-function); MAPK, митоген-активируемая протеинкиназа; MEK, MAPK/ERK киназа; Muv, многовульвный фенотип; pH3+, положительный по фосфо-гистону H3; RAS, саркома крысы; RNAi, РНК-интерференция; VPC, клетка-предшественник вульвы; Wnt, wingless/integrated. ETS, специфический для трансформации E26.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы благодарим Центр генетики Caenorhabditis, финансируемый Управлением программ инфраструктуры исследований NIH (P40 OD010440), за предоставление информации о штаммах и ресурсов. Данная работа была поддержана Научным фондом Бюро здравоохранения провинции Чжэцзян (№ 2025KY1608).

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bray F, et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2024;74(3):229-263.
  2. Soerjomataram I, Bray F. Planning for tomorrow: global cancer incidence and the role of prevention 2020-2070. Nat Rev Clin Oncol. 2021;18(10):663-672.
  3. Corsi AK, Wightman B, Chalfie M. A transparent window into biology: a primer on Caenorhabditis elegans. Genetics. 2015;200(2):387-407.
  4. Kim W, Underwood RS, Greenwald I, Shaye DD. OrthoList 2: a new comparative genomic analysis of human and Caenorhabditis elegans genes. Genetics. 2018;210(2):445-461.
  5. Lai CH, Chou CY, Ch'ang LY, Liu CS, Lin WC. Identification of novel human genes evolutionarily conserved in Caenorhabditis elegans by comparative proteomics. Genome Res. 2000;10(5):703-713.
  6. Cerón J. Caenorhabditis elegans for research on cancer hallmarks. Dis Model Mech. 2023;16(6):dmm050079.
  7. Lemmon MA, Schlessinger J. Cell signaling by receptor tyrosine kinases. Cell. 2010;141(7):1117-1134.
  8. Karnoub AE, Weinberg RA. Ras oncogenes: split personalities. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9(7):517-531.
  9. Udell CM, Rajakulendran T, Sicheri F, Therrien M. Mechanistic principles of RAF kinase signaling. Cell Mol Life Sci. 2011;68(4):553-565.
  10. Yoon S, Seger R. The extracellular signal-regulated kinase: multiple substrates regulate diverse cellular functions. Growth Factors. 2006;24(1):21-44.
  11. Malumbres M, Barbacid M. RAS oncogenes: the first 30 years. Nat Rev Cancer. 2003;3(6):459-465.
  12. Sundaram MV. Canonical RTK-Ras-ERK signaling and related alternative pathways. WormBook. 2013:1-38.
  13. Hill RJ, Sternberg PW. The gene lin-3 encodes an inductive signal for vulval development in C. elegans. Nature. 1992;358(6386):470-476.
  14. Aroian RV, Koga M, Mendel JE, Ohshima Y, Sternberg PW. The let-23 gene necessary for Caenorhabditis elegans vulval induction encodes a tyrosine kinase of the EGF receptor subfamily. Nature. 1990;348(6303):693-699.
  15. Shin H, Reiner DJ. The signaling network controlling C. elegans vulval cell fate patterning. J Dev Biol. 2018;6(4):30.
  16. Han M, Aroian RV, Sternberg PW. The let-60 locus controls the switch between vulval and nonvulval cell fates in Caenorhabditis elegans. Genetics. 1990;126(4):899-913.
  17. Abdus-Saboor I, et al. Notch and Ras promote sequential steps of excretory tube development in C. elegans. Development. 2011;138(16):3545-3555.
  18. Chang C, Newman AP, Sternberg PW. Reciprocal EGF signaling back to the uterus from the induced C. elegans vulva coordinates morphogenesis of epithelia. Curr Biol. 1999;9(5):237-246.
  19. Chamberlin HM, Sternberg PW. The lin-3/let-23 pathway mediates inductive signaling during male spicule development in Caenorhabditis elegans. Development. 1994;120(10):2713-2721.
  20. DeVore DL, Horvitz HR, Stern MJ. An FGF receptor signaling pathway is required for the normal cell migrations of the sex myoblasts in C. elegans hermaphrodites. Cell. 1995;83(4):611-620.
  21. Szewczyk NJ, Jacobson LA. Activated EGL-15 FGF receptor promotes protein degradation in muscles of Caenorhabditis elegans. EMBO J. 2003;22(19):5058-5067.
  22. Bülow HE, Boulin T, Hobert O. Differential functions of the C. elegans FGF receptor in axon outgrowth and maintenance of axon position. Neuron. 2004;42(3):367-374.
  23. Huang P, Stern MJ. FGF signaling functions in the hypodermis to regulate fluid balance in C. elegans. Development. 2004;131(11):2595-2604.
  24. Kopan R, Ilagan MXG. The canonical Notch signaling pathway: unfolding the activation mechanism. Cell. 2009;137(2):216-233.
  25. Greenwald I, Kovall R. Notch signaling: genetics and structure. WormBook. 2013:1-28.
  26. Kimble J, Seidel H. C. elegans germline stem cells and their niche. StemBook. 2013.
  27. Chen J, et al. GLP-1 Notch-LAG-1 CSL control of the germline stem cell fate is mediated by transcriptional targets lst-1 and sygl-1. PLoS Genet. 2020;16(3):e1008650.
  28. Kimble J, Crittenden SL. Germline proliferation and its control. WormBook. 2005:1-14.
  29. Austin J, Kimble J. glp-1 is required in the germ line for regulation of the decision between mitosis and meiosis in C. elegans. Cell. 1987;51(4):589-599.
  30. Berry LW, Westlund B, Schedl T. Germ-line tumor formation caused by activation of glp-1, a Caenorhabditis elegans member of the Notch family of receptors. Development. 1997;124(4):925-936.
  31. Seydoux G, Greenwald I. Cell autonomy of lin-12 function in a cell fate decision in C. elegans. Cell. 1989;57(7):1237-1245.
  32. Mango SE, Maine EM, Kimble J. Carboxy-terminal truncation activates glp-1 protein to specify vulval fates in Caenorhabditis elegans. Nature. 1991;352(6338):811-815.
  33. McGovern M, Voutev R, Maciejowski J, Corsi AK, Hubbard EJA. A latent niche mechanism for tumor initiation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(28):11617-11622.
  34. Francis R, Barton MK, Kimble J, Schedl T. gld-1, a tumor suppressor gene required for oocyte development in Caenorhabditis elegans. Genetics. 1995;139(2):579-606.
  35. Angers S, Moon RT. Proximal events in Wnt signal transduction. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(7):468-477.
  36. Clevers H, Nusse R. Wnt/β-catenin signaling and disease. Cell. 2012;149(6):1192-1205.
  37. Sawa H, Korswagen HC. Wnt signaling in C. elegans. WormBook. 2013:1-30.
  38. Jackson BM, Eisenmann DM. β-catenin-dependent Wnt signaling in C. elegans. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012;4(8):a007948.
  39. Liu J, Phillips BT, Amaya MF, Kimble J, Xu W. The C. elegans SYS-1 protein is a bona fide beta-catenin. Dev Cell. 2008;14(5):751-761.
  40. Green JL, Kuntz SG, Sternberg PW. Ror receptor tyrosine kinases: orphans no more. Trends Cell Biol. 2008;18(11):536-544.
  41. Ackley BD. Wnt-signaling and planar cell polarity genes regulate axon guidance along the anteroposterior axis in C. elegans. Dev Neurobiol. 2014;74(8):781-796.
  42. Eisenmann DM, Maloof JN, Simske JS, Kenyon C, Kim SK. The beta-catenin homolog BAR-1 and LET-60 Ras coordinately regulate the Hox gene lin-39 during Caenorhabditis elegans vulval development. Development. 1998;125(18):3667-3680.
  43. Park FD, Tenlen JR, Priess JR. C. elegans MOM-5/frizzled functions in MOM-2/Wnt-independent cell polarity and is localized asymmetrically prior to cell division. Curr Biol. 2004;14(24):2252-2258.
  44. Jones M, Norman M, Tiet AM, Lee J, Lee MH. C. elegans germline as three distinct tumor models. Biology (Basel). 2024;13(6):425.
  45. Berset T, Hoier EF, Battu G, Canevascini S, Hajnal A. Notch inhibition of RAS signaling through MAP kinase phosphatase LIP-1 during C. elegans vulval development. Science. 2001;291(5506):1055-1058.
  46. Mello CC, Kramer JM, Stinchcomb D, Ambros V. Efficient gene transfer in C. elegans: extrachromosomal maintenance and integration of transforming sequences. EMBO J. 1991;10(12):3959-3970.
  47. Praitis V, Casey E, Collar D, Austin J. Creation of low-copy integrated transgenic lines in Caenorhabditis elegans. Genetics. 2001;157(3):1217-1226.
  48. Chen X, Feng X, Guang S. Targeted genome engineering in Caenorhabditis elegans. Cell Biosci. 2016;6:60.
  49. Dickinson DJ, Goldstein B. CRISPR-based methods for Caenorhabditis elegans genome engineering. Genetics. 2016;202(3):885-901.
  50. Ahringer J. Reverse genetics. WormBook. 2006:1-43.
  51. Bae YK, et al. An in vivo C. elegans model system for screening EGFR-inhibiting anticancer drugs. PLoS One. 2012;7(9):e42441.
  52. Medina PM, Ponce JM, Cruz CA. Revealing the anticancer potential of candidate drugs in vivo using Caenorhabditis elegans mutant strains. Transl Oncol. 2021;14(1):100940.
  53. Makhoul P, et al. Uncovering the molecular pathways implicated in the anticancer activity of the imidazoquinoxaline derivative EAPB02303 using a Caenorhabditis elegans model. Int J Mol Sci. 2024;25(14):7785.
  54. Hirotsu T, et al. A highly accurate inclusive cancer screening test using Caenorhabditis elegans scent detection. PLoS One. 2015;10(3):e0118699.
  55. Lanza E, et al. C. elegans-based chemosensation strategy for the early detection of cancer metabolites in urine samples. Sci Rep. 2021;11:17133.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Cancer ResearchCaenorhabditis eleganscancer modelcancer signalgermline tumorMulti vulval

Похожие статьи