Derleme makalesi

Caenorhabditis elegans: Korunmuş Onkojenik Sinyal Yolaklarını Çözmek İçin Çok Yönlü Bir In vivo Model

DOI:

10.3791/72682

⸱

14 Ağustos 2026

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

Bu makalede

Özet

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

Bu derleme; korunan RTK-RAS-ERK, Notch ve Wnt sinyalleşmesi, temsilci mutantlar, kantitatif okumalar, genetik araçlar, antikanser taramaları ve kemosensasyon tabanlı uygulamalara odaklanarak, Caenorhabditis elegans'ın kanser yolak araştırmaları için tamamlayıcı bir in vivo model olarak değerlendirmesini yapmaktadır.

Özet

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

Caenorhabditis elegans (C. elegans), mekanistik kanser araştırmaları için geleneksel hücre kültürü deneyleri ile memeli sistemler arasında köprü kuran, genetik olarak işlenebilir, şeffaf ve maliyet etkin bir metazoa modelidir. Sinyal yollarına odaklanan bu derleme; korunmuş RAS/MAPK, Notch ve Wnt sinyalleriyle ilgili temsili çalışmaları kapsamakta olup yol korunumları, mutant suşlar, kantitatif fenotipler, genetik araçlar ve mekanizma çalışmaları, bileşik tarama ve kemosensasyon tabanlı deneylerdeki uygulamalar etrafında düzenlenmiştir. İlk olarak, germ hattı aşırı proliferasyonu ve çok vulva (Muv) fenotipi dahil olmak üzere, yol bileşenlerinin korunumunu ve tümörle ilgili fenotipleri tanımlıyoruz. Daha sonra, kök hücre idamesinin, ektopik proliferasyonun ve sinyal bozulmalarının analizine olanak tanıyan; fonksiyon kazanımı (gain-of-function) glp-1 ve let-60 suşları ile fonksiyon kaybı (loss-of-function) gld-1 ve lip-1 modelleri gibi temsili mutantları katalogluyoruz. Ayrıca, RNA interferansı, transgenez, MosTIC, TALEN'ler ve CRISPR/Cas9 dahil olmak üzere model oluşturma için mevcut araçları tartışarak, kanserle ilgili gen fonksiyonu çalışmaları için güçlü yönlerini ve sınırlamalarını vurguluyoruz. Son olarak, C. elegans'ın antikanser ilaç taraması, yol keşfi ve tümörle ilişkili kemosensasyondaki yayınlanmış uygulamalarını özetliyoruz. Genetik korunumu ölçeklenebilir in vivo fenotipleme ile entegre eden C. elegans; hipotez üretimi, yol doğrulaması ve erken aşama terapötik keşif için tamamlayıcı bir platform sunarken, adaptif bağışıklık ve organ karmaşıklığı konusundaki sınırlamaları, bulgular insan kanser biyolojisine aktarılırken göz önünde bulundurulmalıdır.

Giriş

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

Kanser, küresel morbidite ve mortalitenin önde gelen nedenleri arasında yer almaya devam etmektedir. GLOBOCAN 2022, non-melanom cilt kanserleri dahil olmak üzere dünya genelinde yaklaşık 20 milyon yeni kanser vakası ve 9,7 milyon kanser ölümü tahmin etmiştir1. Kanser insidansının nüfus artışı ve yaşlanma ile birlikte artacağı öngörüldüğünden2, korunmuş mekanizmaları çözümleyebilecek ve etkili hedef önceliklendirmesini destekleyebilecek deneysel sistemler temel önemini korumaktadır.

Kanser mekanizmaları yaygın olarak kültürlenmiş hücrelerde araştırılmakta ve ardından omurgalı modellerde test edilmektedir. Ancak hücre kültürü, tüm organizmanın fizyolojisini yeniden üretmezken; omurgalı çalışmaları maliyetlidir ve nispeten düşük verimliliğe sahiptir. Genetik müdahaleye uygunluğu, çok hücreli bağlamı ve hızlı deneysel geri dönüş süresini birleştiren tamamlayıcı bir model, bu sayede seçili sorular için in vitro analizler ile memeli doğrulaması arasında bir köprü kurabilir.

Caenorhabditis elegans (C. elegans) bu tamamlayıcı nişi doldurmaktadır. 20 °C'de, embriyodan fertil yetişkine yaklaşık 3 günde gelişir, tipik laboratuvar yaşam süresi 2–3 haftadır ve yaklaşık 300 self-progeny üretir3. OrthoList 2, 20.310 insan protein kodlayan geninden 10.678'i için (%52,6) C. elegans ortologlarını tanımlamıştır4; buna karşın, daha önceki bir karşılaştırmalı proteomik analiz, C. elegans proteomunun yaklaşık %83'ü için insan homologlarını tespit etmiştir5. Ayrıca, kürat edilmiş insan kanser sürücü genlerinin yaklaşık %72'sinin en az bir C. elegans ortoloğu bulunmaktadır6. Konserve süreçler arasında apoptoz, hücre döngüsü kontrolü, metabolizma, stres yanıtları ve RTK–RAS–ERK, Notch, Wnt, TGF-β ve insülin/IGF sinyalleri yer almaktadır3,4,6. Buna rağmen, ortoloji tam fonksiyonel eşdeğerlik anlamına gelmez; ayrıca solucan omurgalı organlarından, adaptif immüniteden, anjiyogenezden ve bir dolaşım sisteminden yoksundur6.

Bu inceleme, evrimsel olarak korundukları, insan kanserlerinde sıklıkla düzensiz çalıştıkları ve kolayca skorlanabilen C. elegans fenotipleriyle bağlantılı oldukları için RTK (reseptör tirozin kinaz)–RAS–ERK, Notch ve Wnt sinyal yollarına odaklanmaktadır. Gerçek germ hattı tümörlerini, gelişimsel hiperplaziden veya ektopik hücre kaderi fenotiplerinden ayırıyor, temsili suşları ve kantitatif okumaları özetliyor, model oluşturma için genetik araçları gözden geçiriyor ve solucan deneylerinin antikanser mekanizmalarını açıklığa kavuşturduğu veya bileşik önceliklendirmesine olanak sağladığı çalışmaları tartışıyoruz.

İnceleme ve perspektif

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

C. elegans'ta onkojenik sinyal yollarının korunumu
Kanser; proliferasyon, diferansiyasyon, sağkalım, genom bakımı, metabolizma ve mikroçevremeyle etkileşimleri bozan genetik ve epigenetik değişikliklerin kombinasyonları tarafından tetiklenir. C. elegans, insan malignitesinin her özelliğini yeniden üretemez ancak korunmuş yol işlevlerini bütünsel bir hayvan bağlamında izole edebilir. Bu nedenle en bilgilendirici modeller, tanımlanmış bir moleküler lezyonu, ölçülebilir bir fenotip ve açıkça belirtilmiş bir insan kanseri analojisi ile eşleştiren modellerdir.

RTK-RAS-ERK sinyali
Reseptör tirozin kinaz (RTK) aktivasyonu, reseptör dimerizasyonunu veya yeniden düzenlenmesini ve sitoplazmik tirozin kalıntılarının trans-otofosforilasyonunu teşvik eder7. Fosfotirozin kenetlenme bölgeleri, RAS'ı GDP-bağlı durumdan GTP-bağlı duruma dönüştüren adaptör proteinleri ve guanin nükleotid değişim faktörlerini toplar7,8. RAS-GTP, RAF kinazları plazma membranına çeker ve burada RAF aktivasyonu RAF–MEK–ERK kinaz kaskadını başlatır8,9. Aktive olan ERK, proliferasyonu, diferansiyasyonu, sağkalımı ve hücre kaderini düzenleyen sitoplazmik ve nükleer substratları fosforize eder10. Bu nedenle, onkojenik RAS mutasyonları veya aberrant RTK aktivitesi, yolak çıktısını normal hücre dışı kontrolden bağımsız olarak sürdürebilir8,11.

C. elegans, LET-23/EGFR ve EGL-15/FGFR dahil olmak üzere çok sayıda RTK kodlar12. Vulva indüksiyonu sırasında, LIN-3/EGF, LET-23'ü ve korunmuş SEM-5/GRB2–SOS-1–LET-60/RAS–LIN-45/RAF–MEK-2–MPK-1/ERK kaskadını aktive eder12,13,14. LIN-1 ve LIN-31'in ERK'ye bağımlı düzenlemesi, vulva öncül hücre kaderini belirler12,15. Yolak aktivitesinin azalması vulvasız bir fenotip oluştururken, fonksiyon kazanımı let-60 alelleri gibi aşırı aktivasyonlar çok vulvalı (Muv) fenotipi oluşturur15,16. Aynı yolak ayrıca boşaltım kanalı gelişimini, uterus-vulva bağlantılarını ve çeşitli erkek ve germ hattı süreçlerini düzenler12,17,18,19. EGL-15/FGFR sinyalleşmesi; seks-miyoblast migrasyonunu, kas bakımını, akson kılavuzluğunu ve sıvı homeostazını kontrol eder20,21,22,23. Yolak çıktısı dokuya ve evreye bağımlı olduğundan, bilgilendirici kanser ilişkili modeller; belirli bir moleküler lezyon, ilgili doku bağlamı ve kantitatif okuma ile tanımlanır12.

Notch sinyal yolu
Notch, bir hücre üzerindeki membranla ilişkili Delta/Serrate/LAG-2 (DSL) ligandının, komşu bir hücredeki Notch reseptörünü aktive ettiği temas bağımlı bir sinyal yoludur24,25. Reseptör olgunlaşması sırasında, sekresyon yolunda bir S1 kesimi gerçekleşir24. Ardından ligand bağlanması, S2 bölgesini ADAM ailesi proteazlara açar ve bunu γ-sekretaz tarafından gerçekleştirilen S3 kesimi takip eder24,25. Serbest kalan Notch hücre içi alanı çekirdeğe girer ve CSL ailesi DNA-bağlayıcı proteinler ile Mastermind ailesi koaktivatörleri ile bir transkripsiyonel kompleks oluşturur24. C. elegans'ta buna karşılık gelen nükleer faktörler LAG-1 ve SEL-8'dir25.

C. elegans'in iki Notch reseptörü vardır: LIN-12 ve GLP-125. Erişkin germ hattında, distal uç hücreleri (DTC'ler), komşu germ hattı kök/progenitör hücrelerindeki (GSC'ler) GLP-1'e temel olarak LAG-2 ve APX-1 olmak üzere DSL ligandları sağlar26,27. Yüksek GLP-1 aktivitesi mitotik proliferasyonu sürdürür; hücreler DTC'den uzaklaştıkça, azalan Notch sinyali GLD yolaklarının meyoz girişini teşvik etmesine izin verir28,29. Fonksiyon kazanan glp-1 alelleri, ektopik mitozu sürdürebilir ve germ hattı tümörleri oluşturabilir25,30. LIN-12, anker hücre/ventral uterus kararı da dahil olmak üzere birçok somatik hücre kader kararını kontrol eder; vulva öncül hücrelerindeki konstitütif LIN-12 aktivitesi multivulva (Muv) fenotipi oluşturur ve aktive edilmiş GLP-1 ektopik olarak vulva kaderlerini belirleyebilir25,31,32.

Proksimal germ hattı tümörleri, hücreye bağımsız bir "latent niş" mekanizması aracılığıyla da ortaya çıkabilir33. pro-1 mutantlarında veya glp-1(ar202) fonksiyon kazanım mutantlarında, mayozis başlangıcının gecikmesi, farklılaşmamış proksimal germ hücrelerinin, olgunlaşan gonadal kılıf hücrelerinden gelen APX-1 ve ARG-1 dahil olmak üzere DSL ligandlarıyla karşılaşmasına olanak tanır33. Süregelen GLP-1/Notch aktivasyonu daha sonra mitozu ve tümörün sürdürülmesini destekler33. Buna karşılık, gld-1 kaybı, mayotik farklılaşmanın gerçekleşmemesi nedeniyle germ hattı tümörlerine yol açar ve bu durum Notch yolağının doğrudan aktivasyonu olarak sınıflandırılmamalıdır34.

Wnt sinyalizasyonu
Wnt sinyalizasyonu; hücre kaderini, polaritesini, migrasyonunu ve proliferasyonunu birden fazla bağlama bağımlı kol aracılığıyla düzenler35,36. Kanonik β-catenin yolunda, Wnt'nin Frizzled ve LRP5/6'ya bağlanması AXIN–APC–GSK3–CK1 yıkım kompleksini inhibe ederek β-catenin'in birikmesine ve çekirdekte TCF/LEF faktörleri ile kooperasyona girmesine olanak tanır35,36. Bu yolun düzensiz çalışması, başta kolorektal kanser olmak üzere birçok insan kanserinin merkezinde yer alır36.

C. elegans, hem bir BAR-1/β-katenin kanonik yolunu hem de farklılaşmış bir Wnt/β-katenin asimetri yolunu kullanır37,38. BAR-1 bağımlı sinyal iletimi, vulva gelişimi dahil olmak üzere embriyo sonrası hücre kaderi kararlarına katkıda bulunur37,38. Asimetri yolunda, WRM-1/β-katenin ve LIT-1/NLK bir kız hücredeki nükleer POP-1/TCF miktarını azaltırken, SYS-1/β-katenin bir transkripsiyonel koaktivatör olarak görev yapar; eşit olmayan POP-1 ve SYS-1 seviyeleri, farklı kız hücre kaderlerinin oluşmasını sağlar37,38,39. Solucana özgü olan bu özellikler, memelilerdeki kanonik Wnt yolundan farklıdır ve ayrı sinyal iletim mimarileri olarak değerlendirilmelidir37,38.

Kanonik olmayan Wnt sinyalleşmesi, Frizzled'a bağımlı ve reseptör tirozin kinaz benzeri yolaklar aracılığıyla hücre polaritesini ve migrasyonunu kontrol eder35,40. C. elegans'da Wnt ligandları ve reseptörleri, nöronal ve mezodermal migrasyonlara rehberlik eder ve asimetrik bölünmeleri yönlendirir37,41. Solucan kendisi metastatik yayılımı modellemese de, değişmiş polarite ve motilite invazyon için ön koşullar olduğundan, bu okumalar kanser biyolojisi açısından önem taşımaktadır36,37.

Temsili Wnt-yolu fenotipleri arasında bar-1 fonksiyon kaybı olan hayvanlarda vulva gelişim kusurları42, mom-2 veya mom-5 mutantlarında embriyonik polarite kusurları37,43 ve mig-1 veya prkl-1 mutantlarında hücre göçü veya akson yönlendirme kusurları yer almaktadır37,41. Bu suşlar yola özgü gelişimsel modellerdir ve malign tümörlerin doğrudan eşdeğerleri değildir36,37.

Kanserle ilgili fenotiplerin ve okumaların seçimi
C. elegans kanserle ilgili modellerinde “tümör” terimi dikkatli kullanılmalıdır6. C. elegans germ hattı tümörleri, ektopik olarak çoğalan ve diferansiyasyon kusurlu germ hücreleri içerir; bu nedenle neoplastik aşırı büyümenin solucanlardaki en yakın analoğunu oluştururlar30,34,44. Buna karşılık, multivulva (Muv) fenotipi, ektopik vulval hücre kader indüksiyonunu ve doku büyümesini yansıtır; bu durum RAS/MAPK veya Notch yolak aktivitesinin hassas bir okumasıdır ancak malign bir tümör değildir15,16,25. Distal germ hattında, distal uç hücre (DTC) kaynaklı Notch sinyali mitotik progenitör havuzunu korur28,44. Fonksiyon kazanımı gösteren glp-1 alelleri veya gld-1 gibi meyoz diferansiyasyon genlerindeki kusurlar, mitotik germ hücrelerini genişletebilir30,34,44. Vulval öncül hücrelerde, let-60/RAS fonksiyon kazanımı veya LIP-1 gibi negatif regülatörlerin azalmış aktivitesi Muv fenotiplerini oluşturabilir veya artırabilir15,16,45. Bu fenotip kategorileri Şekil 1'de şematik olarak özetlenmiştir. Şekil 1A, C. elegans kanserle ilgili analizlerde kullanılan normal anatomik bağlamı ve temel okumaları göstermektedir. Şekil 1D, LIN-3/LET-23 bağımlı RAS/MAPK sinyalini vulval öncül hücre kader kararlarına bağlarken; Şekil 1E, distal germ hattı kök hücre nişindeki GLP-1/Notch sinyalini ve latent-niş tümör mekanizmalarını örneklemektedir. Şekil 1F, BAR-1 bağımlı kanonik Wnt kolunu Wnt/β-catenin asimetri yolağından ayırarak, C. elegans'taki Wnt ile ilgili okumaların doğrudan malign tümör modelleri yerine gelişimsel veya yolak-hassas fenotipler olarak yorumlanması gerektiğini vurgulamaktadır. Önerilen kantitatif son noktalar arasında Muv hayvanların yüzdesi, ektopik vulval çıkıntıların sayısı, mitotik bölge uzunluğu, fosfo-histon H3-pozitif germ hücreleri, gonad alanı, fertilite, reporter lokalizasyonu ve doz-yanıt ilişkileri yer almaktadır15,28,30,44,45. Tablo 1; temsili suşları, moleküler lezyonlarını, fenotiplerini, kantitatif analizlerini ve kanserle ilgili uygulamalarını özetlemektedir.

Genetik ve deneysel araçlar
C. elegans modelleri klasik mutajenez, transgenez, RNA interferansı (RNAi) veya hedeflenmiş genom düzenlemesi ile oluşturulabilir46,47,48. Gonadal mikroenjeksiyon ekstrakromozomal dizileri verimli bir şekilde oluştururken46; ışınlama, mikropartikül bombardımanı ve tek kopya ekleme sistemleri entegre veya düşük kopyalı transgenik hatlar oluşturabilir ve kopya sayısı ile mozaisizm artefaktlarını azaltabilir47,48. Bölgeye özgü rekombinazlar, Mos1 aracılı tek kopya ekleme, çinko parmak nükleazlar, TALEN'ler ve özellikle CRISPR/Cas9; hedeflenmiş delesyonlara, nokta mutasyonlarına, endojen etiketlemeye, koşullu alellere ve insanileştirilmiş varyantlara olanak tanır48,49. Yöntem; çalışmanın geçici nakavt (knockdown), stabil kayıp, fonksiyon kazanımı, doku spesifisitesi, endojen ekspresyon veya bir insan kanser varyantı ile değiştirme gerektirip gerektirmediğine göre seçilmelidir48,49.

RNAi; gonadal enjeksiyon, daldırma veya çift zincirli RNA eksprese eden bakterilerin beslenmesi yoluyla uygulanabilir50. Bu yöntem hızlı ve ölçeklenebilirdir, ancak nakavt verimliliği dokular ve genler arasında farklılık gösterir ve RNAi, tanımlanmış kalıtsal bir alelden ziyade bir fenokopi oluşturur50. Bileşik çalışmalarında model doğrulaması; yolak spesifik etkileri toksisiteden, gelişimsel gecikmeden veya azalmış gıda alımından ayırt etmek için genetik kurtarma veya epistazı, bağımsız alelleri ve ortogonal çıktıları içermelidir6,44.

Bu modellerin uygulanmasına yönelik pratik iş akışı Şekil 2'de özetlenmiştir. Bu çerçevede, önce kanserle ilgili bir soru, korunmuş bir sinyal yoluna ve tanımlanmış bir moleküler lezyona eşlenir; ardından uygun bir C. elegans suşu veya mühendislik ürünü model, kantitatif bir fenotip ve doğrulama kontrolleri seçilir. Bu aşamalı tasarım, yola özgü modülasyonun genel toksisite veya gelişimsel gecikmeden ayırt edilmesine yardımcı olur ve mekanizma çalışmaları, bileşik önceliklendirmesi veya kemosensasyon tabanlı analizlerdeki sonraki uygulamalar için rasyonel bir temel sağlar.

Önceki uygulamalar
Yayımlanmış çalışmalar, yolak tabanlı C. elegans modellerinin erken aşama bileşik önceliklendirmesini nasıl destekleyebileceğini göstermektedir. Mutasyona özel bir EGFR platformunda, Bae ve ark. vulva hücrelerinde yabanıl tip, L858R ve T790M/L858R varyantlarını içeren, insan EGFR tirozin-kinaz domenine sahip LET-23 kimerik reseptörlerini eksprese etmişlerdir. Aktive edici L858R ve T790M/L858R kimeraları multivulva (Muv) fenotipi oluşturmuş, bu da Muv hayvanlarının yüzdesinin kantitatif bir tarama uç noktası olarak kullanılmasına olanak sağlamıştır. Gefitinib ve erlotinib, L858R ile ilişkili Muv fenotipini baskılamış ancak T790M/L858R ile ilişkili fenotipi baskılamamıştır. 8.960 küçük molekülün yer aldığı bir pilot taramada, AG1478 ve U0126 sırasıyla EGFR- veya MEK-bağımlı sinyal iletiminin inhibitörleri olarak tanımlanmıştır51. Medina ve ark., Wnt, Notch ve RAS–ERK bozulmalarını temsil eden yolak tabanlı mutant suşlarda itraconazole, disulfiram, etodolac ve ouabain şeklinde yeniden konumlandırma adaylarını daha ayrıntılı değerlendirmişlerdir. Sterilitenin, infertilitenin veya Muv fenotiplerinin kurtarılması, bileşik önceliklendirmesi için fenotipik uç nokta olarak kullanılmıştır52. Daha yakın zamanda, Makhoul ve ark. MT2124 let-60(n1046gf) ve MT4698 let-60(n1700gf) hayvanlarında EAPB02303'ü test etmişlerdir. Muv fenotipi gösteren hayvanların oranı ile hayvan başına ekto pik vulva sayısını nicelleştirmiş ve azalmış LET-60/RAS–MAPK yolak aktivitesi ile uyumlu bir fenotipik baskılama gözlemlemişlerdir. Tamamlayıcı yaşam süresi ve DAF-16 lokalizasyon deneyleri, insülin/IGF-1–PI3K–AKT sinyal iletimi üzerindeki bir etkiyi de desteklemiştir53. Yine de, bu solucan modellerindeki fenotipik kurtarma, memeli tümörlerinde doğrudan antikanser etkinliğin kanıtı olarak değil, yolak modülasyonunun ve erken aşama bileşik önceliklendirmesinin bir kanıtı olarak yorumlanmalıdır.

Germ hattı tümör modelleri, kalıcı proliferasyona giden mekanistik olarak farklı yolları birbirinden ayırır. Fonksiyon kazanım glp-1 allelleri, germ hattındaki GLP-1/Notch bağımlı mitozu sürdürürken; pro-1 mutantları, proksimal kılıf hücresi DSL ligandlarının anormal mitotik idameyi desteklediği hücre-otonom olmayan bir latent-niş mekanizmasını ortaya koyar. Buna karşılık, gld-1 fonksiyon kaybı, Notch yolağının doğrudan aktivasyonundan ziyade, öncelikle defektif meyotik diferansiyasyon yoluyla germ hattı tümör oluşumuna neden olur. Bu nedenle söz konusu modeller; kök hücre idamesi, diferansiyasyon başarısızlığı ve mikroçevreye bağımlı tümör başlangıcının incelenmesi için birbirini tamamlayıcı sistemler sağlar30,33,34.

Kanserle ilgili diğer uygulamalar arasında LIN-35/Rb sentetik letal taramaları, CEP-1/p53 bağımlı apoptoz analizleri ve AMPK ile PI3K sinyal yolakları üzerine yapılan çalışmalar yer almaktadır6,44. Kemosensasyon tabanlı uygulamalar, tümör modellemesi ve ilaç taramasından ayrı olarak değerlendirilmelidir. Bu çalışmalarda, C. elegans kanserle ilişkili uçucu veya idrar metabolitlerine maruz bırakılır ve davranışsal yanıtlar potansiyel tanısal sinyaller olarak ölçülür. Bu tür analizler tümör büyümesini veya antikanser ilaç aktivitesini modellemez ve tanısal uygulamaya geçilmeden önce analitik ve klinik doğrulama gerektirir54,55.

Bakış Açısı
C. elegans, biyolojik sorunun kantitatif bir fenotipe bağlanabilen korunmuş hücre-otonom veya sistemik mekanizmalara bağlı olduğu durumlarda en değerli modeldir. Adaptif bağışıklık, damar yapısı, organa özgü epitel dokular ve doğal metastazın yokluğu gibi sınırlamaları, birçok tümör-stroma ve bağışıklık etkileşiminin doğrudan modellenmesini engellemektedir. Gelecekteki fırsatlar arasında, hastadan türetilmiş varyantların endojen düzenlemesi, dokuya özgü pertürbasyon, yüksek içerikli görüntüleme, otomatik fenotipleme ve solucan genetiğinin insan kanser genomiği ile entegrasyonu yer almaktadır. Bulgular, mekanizma veya hedef belirleyici kanıtlar olarak değerlendirilmeli ve translasyonel sonuçlar çıkarılmadan önce memeli hücrelerinde veya omurgalı modellerde doğrulanmalıdır.

Sonuçlar

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

C. elegans, korunmuş kanserle ilişkili sinyalleri incelemek ve aday hedefleri veya bileşikleri önceliklendirmek için tamamlayıcı, genetik olarak yönetilebilir bir in vivo sistemdir. En bilgilendirici uygulamaları, insan kanser değişikliklerini açıkça korunmuş bir solucan ortoloğuna, doku bağlamına ve germ hattı aşırı proliferasyonu, multivulva oluşumu, raporlayıcı aktivitesi veya ilaç yanıtı gibi kantitatif fenotiplere bağlar. Yorumlamalar, gerçek germ hattı tümörlerini gelişimsel yolak çıktılarından ayırt etmeli ve bağımsız aleller, genetik kurtarma veya epistasis ile toksisite ve gelişimsel gecikme kontrolleri tarafından desteklenmelidir. Solucan; adaptif bağışıklığı, damar yapısını, organa özgü mimariyi veya metastazı modelleyemese de hızlı hipotez üretimi ve erken aşama yolak doğrulama için değerli olmaya devam etmektedir. Hasta kaynaklı varyantların endojen düzenlemesini, dokuya özgü perturbasyonu, otomatik fenotiplemeyi ve türler arası doğrulamayı birleştiren gelecekteki çalışmalar, memeli kanser biyolojisine aktarımı güçlendirecektir.

figure-results-1
Şekil 1. C. elegans'da korunmuş kanserle ilişkili sinyalizasyon okumaları. (A) Yaban tip anatomi ve normal okumalar. (B) Genişlemiş mitotik zon okumaları ile birlikte germ hücre hattı tümör benzeri aşırı büyüme. (C) Nicelendirilebilir bir yolak okuması olarak multivulva (Muv) fenotipi. (D) Vulva öncül hücrelerinde LIN-3/LET-23 RAS/MAPK sinyalizasyonu. (E) Germ hücre hattı kök hücre nişinde GLP-1/Notch sinyalizasyonu ve latent niş tümör mekanizmaları. (F) C. elegans Wnt kolları, BAR-1-bağımlı kanonik kol ve Wnt/β-catenin asimetri yolağı olarak ikiye ayrılmıştır. Muv ve Wnt ile ilişkili fenotipler, malign tümörlerin doğrudan modelleri değil, gelişimsel veya yolak duyarlı okumalardır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2. C. elegans modellerini kanserle ilgili mekanizmalar ve uygulamalarla ilişkilendiren pratik çerçeve. İş akışı; yolak seçimini, moleküler lezyon tanımını, model okuma seçimini, kantitatif doğrulamayı ve kanserle ilgili uygulamayı birbirine bağlamaktadır. Temsili kullanımlar arasında RAS/MAPK Muv baskılama analizleri, germ hattı tümör mekanizması çalışmaları, yolak ve toksisite kontrolleri ile tümör dışı kemosensasyon tabanlı uygulamalar yer almaktadır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

SuşGenotipMoleküler lezyon / yolak koluFenotip / okumaÖnerilen kantitatif son noktaTemsili kullanım / uyarı
CB1026lin-1(e1026) IV.RAS/MAPK transkripsiyonel çıktısı; MPK-1/ERK aşağısındaki LIN-1 ETS represörüMultivulva (Muv)% Muv hayvanlar; hayvan başına ektopik vulval çıkıntılarVulval RAS/MAPK çıktısı; gelişimsel yolak okumasıdır, malign tümör değildir
CB1275lin-1(e1275) IV.RAS/MAPK transkripsiyonel çıktısıMuv% Muv; hayvan başına çıkıntılarYolak çıktısını onaylamak için alternatif lin-1 aleli
MT3516lin-1(e1275) cha-1(p1152) IV.Kompleks bir genetik arka planda RAS/MAPK çıktısıMuv% Muv; gelişimsel zamanlama; fertilitecha-1 arka planı analizle ilgili olmadığı sürece dikkatli kullanın
MT301lin-31(n301) II.RAS/MAPK bağımlı transkripsiyonel çıktı; LIN-31 forkhead faktörüMuv% Muv; VPC kader belirteci lokalizasyonuLET-60/MPK-1 aşağısındaki vulval hücre kaderi okuması
MT1001lin-1(e1777) IV.RAS/MAPK transkripsiyonel çıktısıMuv% Muv; hayvan başına çıkıntılarWnt ile ilişkili çıktıdan RAS/MAPK ilişkili çıktıya düzeltilmiştir
MT2124let-60(n1046gf) IV.LET-60/RAS fonksiyon kazanımı; hiperaktif RAS/MAPK sinyaliMuv% Muv; hayvan başına çıkıntılar; doz-yanıt baskılanmasıRAS/MAPK antikanser bileşik taramaları ve yolak baskılama analizleri
MT4698let-60(n1700gf) IV.LET-60/RAS fonksiyon kazanımı; hiperaktif RAS/MAPK sinyaliMuv% Muv; hayvan başına çıkıntılar; doz-yanıt baskılanmasıRAS/MAPK bileşik tarama suşu; EAPB02303 yolak baskılama çalışmalarında MT2124 ile birlikte kullanılır
MT309lin-15B&lin-15A(n309) X.Sentetik multivulva; vulval indüksiyonun negatif regülasyonu/RAS-permisif arka planMuv% Muv; penetrans; hayvan başına çıkıntılarModifikatör veya hassaslaştırılmış Muv arka planı; doğrudan bir tümör modeli değildir
ZM10942lin-15B&lin-15A(n765) X; hpIs774; hpEx4292.Reporter/transgen bağlamlı sentetik Muv arka planıMuv / reporter okuması% Muv; reporter lokalizasyonu/yoğunluğuReporter okuması temel olduğunda kullanın; transgeni/reporter'ı metinde tanımlayın
JK590glp-1(q35)/eT1 III; him-5(e1490)/eT1 V.GLP-1/Notch reseptör C-terminal trunsasyonu; Glp fenotipli yarı-dominant MuvMuv steril / Glp% Muv; sterilite; yavru sayılarıNotch bağımlı vulval/germline gelişimsel okuması; distal germline tümör modelleriyle gruplandırmayın
GC833glp-1(ar202) III.GLP-1/Notch fonksiyon kazanımıGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; gonad alanı; fertiliteGermline tümör modelinde kalıcı Notch bağımlı mitoz
BS3164unc-32(e189) glp-1(ar202) III.unc-32 belirteci/arka planı ile GLP-1/Notch fonksiyon kazanımıGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; gonad alanı; fertiliteAlternatif glp-1(ar202) arka planı; yöntemlerde belirteci/arka planı belirtin
GC565pro-1(na48)/mIn1 [dpy-10(e128) mIs14] II.Latent-niş modeli; gecikmiş meiyotik giriş proksimal DSL ligand maruziyetine ve GLP-1/Notch aktivasyonuna izin verirProksimal germline tümörüProksimal mitotik hücreler; pH3+ hücreler; gonad alanı; fertiliteHücre-otonom olmayan tümör başlatımı; doğrudan glp-1 fonksiyon kazanımından ayırt edin
IT540gap-3(kp1) I; puf-8(zh17) unc-4(e120)/mnC1 [dpy-10(e128) unc-52(e444)] II.Karma RAS/MAPK ilişkili ve RNA-bağlayıcı/diferansiyasyon arka planıMuv ve germline tümörü% Muv; mitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertiliteFenotipler karma yolaklardan kaynaklandığı için yalnızca net bir mekanistik gerekçeyle kullanın
XA774gld-1(q485)/gna-2(qa705) unc-55(e1170) I.GLD/meiyotik diferansiyasyon yetmezliği; doğrudan Notch aktivasyonu değildirGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; gonad alanı; fertiliteMeiyotik diferansiyasyon yetmezliği modeli; Notch olarak etiketlemeyin
JK3025gld-1(q485) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD/meiyotik diferansiyasyon yetmezliğiGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertiliteBalanced gld-1 tümör modeli; glp-1/Notch tümörlerinden ayırt edin
JK1466gld-1(q485)/dpy-5(e61) unc-13(e51) I.GLD/meiyotik diferansiyasyon yetmezliğiGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertiliteAlternatif gld-1 arka planı; Notch kaynaklı tümörlerden ayırt edin
JK4299gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-1/GLD-2 meiyotik giriş/diferansiyasyon yolağıGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertiliteGLD yolak tümör modeli; doğrudan Notch aktivasyonu değildir
JK4832gld-1(q485) gld-2(q497) lst-1(ok814) sygl-1(tm5040) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD yolağı artı kök hücre regülatör arka planıGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertilite; belirteç ekspresyonuMekanistik olarak kompleks GLD/kök hücre kader modeli; kesin hipotezi belirtin
JK2879gld-2(q497) gld-1(q485)/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD-1/GLD-2 diferansiyasyon yolağıGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertiliteAlternatif balanced GLD-yolak tümör modeli
BS3156unc-13(e51) gld-1(q485)/hT2 [dpy-18(h662)] I; +/hT2 [bli-4(e937)] III.Belirteç/arka plan mutasyonları ile GLD/meiyotik diferansiyasyon yetmezliğiGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertiliteGenotip arka planı açıkça belirtilerek kullanın
JK5760lst-1(ok814) sygl-1(q828) gld-2(q497) gld-1(q361) I/hT2 [bli-4(e937) let-?(q782) qIs48] (I;III).GLD yolağı artı Notch hedefi/kök hücre regülatör arka planıGermline tümörüMitotik zon uzunluğu; pH3+ hücreler; fertilite; kök hücre belirteci ekspresyonuKompleks germline kök hücre/diferansiyasyon modeli; “Notch” başlığı altında toplamayın

Tablo 1: Temsili C. elegans mutant suşları ve önerilen kanserle ilgili yolak okumaları. Suş adlandırmaları ve genotipler CGC/WormBase kayıtlarına dayanmaktadır; yolak ve fenotip açıklamalaları15,16,25,30,33,34,44,45,51,52,53. Bu tablo, kanserle ilgili C. elegans çalışmalarında yaygın olarak kullanılan yolak spesifik okumaları örneklendiren temsili suşları özetlemektedir.

Kısaltmalar: CGC, Caenorhabditis Genetics Center; DSL, Delta/Serrate/LAG-2-famili ligandı; EGFR, epidermal büyüme faktörü reseptörü; ERK, hücre dışı sinyal düzenleyici kinaz; gf, fonksiyon kazanımı; GLD, germ hattı gelişim kusurlu; Glp, germ hattı proliferasyon kusurlu fenotip; lf, fonksiyon kaybı; MAPK, mitojenle aktive olan protein kinaz; MEK, MAPK/ERK kinaz; Muv, multivulva; pH3+, fosfo-histon H3-pozitif; RAS, sıçan sarkomu; RNAi, RNA interferansı; VPC, vulva öncül hücresi; Wnt, wingless/integrated. ETS, E26 transformasyon spesifik.

Açıklamalar

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

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir.

Teşekkürler

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

Suş bilgilerini ve kaynakları sağladıkları için NIH Araştırma Altyapı Programları Ofisi (P40 OD010440) tarafından finanse edilen Caenorhabditis Genetiks Merkezi'ne teşekkür ederiz. Bu çalışma, Zhejiang Eyalet Sağlık Bürosu Bilim Vakfı (No. 2025KY1608) tarafından desteklenmiştir.

Kaynaklar

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

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Cancer ResearchCaenorhabditis eleganscancer modelcancer signalgermline tumorMulti vulval

İlgili makaleler