Modellierung Astrozytom Pathogenese<em> In-vitro-</em> Und<em> In Vivo</em> Verwenden kortikale Astrozyten oder neuralen Stammzellen aus dem Bedingten, gentechnisch veränderte Mäuse

Astrozytome sind die häufigsten primären Hirntumoren und Glioblastom (GBM), ein Astrozytom Grad IV, ist die häufigste und aggressive Subtyp mit einer medianen Überlebensrate von 12-15 Monaten ^1,2. Invasion diffuse Astrozytome, insbesondere GBM, schließt die vollständige chirurgische Resektion, begrenzt die Wirksamkeit der adjuvanten und führt zwangsläufig zu Nachbehandlung Wiederholung ^3. Patienten, die ursprünglich vorhanden entweder mit de novo (primären) GBM oder mit niedrigeren Astrozytomen, die unweigerlich fortschreitet, um (sekundär) ⁴ GBM. GBM ist genomisch heterogen und durch sich gegenseitig ausschließende und Co-vorkommende Mutationen in Genen, die drei Hauptsignalwege geregelt gekennzeichnet: der G ₁ / S (Rb) Zellzyklus-Kontrollpunkt, Rezeptor-Tyrosinkinase (RTK) und TP53 Pfade ^5-7. GBM besteht aus vier Subtypen mit unterschiedlichen genomischen Expressionsprofile, die verschiedenen Hirnzelltypen ähneln, was darauf hindeutet, dass GBM-Subtyp ist beeindurch seine Ursprungszelle ^6,8,9 beeinflusst. Besser Astrozytom Modelle erforderlich sind, um die Rolle von spezifischen Kombinationen von Mutationen in bestimmten Zelltypen während Astrozytom Pathogenese definieren. Nutzt diese Modelle für effizientere präklinischen Arzneimittelentwicklung wird letztlich helfen, Patienten zu verbessern. Aktuelle Astrozytom Modelle zählen etablierte humane Zelllinien, Patienten abgeleitet Xenografts (PDX), gentechnisch veränderte normalen menschlichen Astrozyten und neuronalen Stammzellen (NSC), und gentechnisch veränderte Mäuse (GEM) ^10-14. Wir entwickelten eine alternative, nicht-Keimbahn-GEM (Ngem) Modell ¹⁵ Nutzung von Primärgehirnzellen – kortikalen Astrozyten und NSC – von GEM beherbergen verschiedene Kombinationen von floxed onkogenen Allele geerntet. Das Ziel war, Astrozytom Modelle mit genetisch definierten Zellen, die phänotypisch sowohl in vitro als auch in vivo eingesetzt charakterisiert werden konnte und möglicherweise für die präklinische Entwicklung von Arzneimitteln in i erzeugenmmune kompetenten Mäusen.

Etablierten humanen Zelllinien sind die am häufigsten verwendete Modell der Pathogenese Astrozytom und Drogenantwort in vitro und in vivo. Sie sind technisch unkompliziert, überall verfügbar und wurden Kinetik und Tumorbildung bei orthotopen xenografting in immundefizienten Mäusen ^10,11,16-18 definiert . Ihre Nachteile sind die Unfähigkeit, etablierte Zelllinien von Low-grade-Astrozytome erzeugen, die Begrenzung Studie nur auf High-Astrozytome; Mangels einer definierten Ursprungszelle; die Anwesenheit von komplexer genomischer Anomalien, häufig mit genomischen Profile, die sich deutlich von der ursprünglichen Patientenprobe unterscheiden; und die Anfälligkeit für phänotypische und genotypische Drift während Serienkultur in Serum ^11,17,19-22. Die phänotypische Folgen der einzelnen onkogenen Mutationen in etablierten humanen Zelllinien können GBM durch die Vielzahl von Anomalien, die tatsächlich vorhanden sind, die oft entgegensteht eluc maskiert werdendierung der direkten Genotyp-Phänotyp-Folgen.

PDX durch subkutane Gang von Patienten isoliert Astrozytomzellen in immundefizienten Mäusen oder durch die Kultur als nichthaft Sphäroide in definierten, serumfreien Medium vor der orthotopen Injektion in das Gehirn von immundefizienten Mäusen ^12,23 erzeugt. PDX genauer Aufrechterhaltung der genomischen Landschaft der menschlichen Astrozytomen, aber ähnlich etablierten humanen Zelllinien kann die phänotypische Wirkung einzelner onkogenen Mutationen aufgrund ihrer genomischen Komplexität ^19,24 maskiert werden. Um die phänotypischen Auswirkungen von spezifischen Mutationen onkogenen insbesondere als Reaktion auf neue Therapien zu definieren, werden Platten aus etablierten humanen Zelllinien oder PDX häufig verwendet, um Genotyp-Phänotyp-Korrelationen zu etablieren, zeigen Generalisierbarkeit und die Wahrscheinlichkeit von Zelllinie spezifische Effekte zu minimieren. Während PDX genau rekapitulieren die histopathologische Kennzeichen der menschlichen Astrozytomen, incLuding Invasion orthotopen Xenografts von etablierten humanen Zelllinien in der Regel nicht ^21,23,25. Zusätzlich normalen menschlichen Astrozyten und NSC wurden mit definierten onkogenen Mutationen gentechnisch zu Astrozytom Tumorgenese in vitro und in vivo ^13,14,26 modellieren. Diesen Zellen fehlt die genomische Komplexität der etablierten humanen Zelllinien und PDX und Menschen Astrozytom Histopathologie genau rekapitulieren, erfordern aber xenografting in immundefizienten Nagern in vivo. Da alle menschlichen Zellmodelle erfordern immundefiziente Nager Hosts immunvermittelte Abstoßung von Xenotransplantaten zu verhindern, sind diese Modelle nicht den nativen Tumor-Stroma-Interaktionen einer syngenen System rekapitulieren und es fehlt ein intaktes Immunsystem Begrenzungs präklinischen Untersuchung von Stroma-bezogenen und immunmodulatorischen Therapien ^10,11.

GEM Genehmigung Untersuchung der phänotypischen Folgen der vorgegebenen Kombinationen von onkogenen mutagen in vivo während der Tumorgenese in situ. Während nicht-bedingten GEM Mutationen in allen Geweben während der Entwicklung haben bedingten GEM onkogenen Allele, die Targeting von Mutationen durch Beschränkung Cre-vermittelte Rekombination an spezifische Zelltypen durch die Verwendung von zelltypspezifischen Promotoren ^10,11,15,18 ermöglichen floxed. Bedingte Astrozytom GEM wurden verwendet, um die funktionelle Rolle von onkogenen Mutationen in verschiedenen Zelltypen in einer intakten Gehirn ¹¹ zu erläutern. Das präklinische Nützlichkeit in situ gliomagenesis mit bedingtem GEM wird durch eine Anzahl von Faktoren, einschließlich 1) das Fehlen eines in vitro-Korrelat, 2) Schwierigkeiten bei der Erzeugung von großen Kohorten von Mäusen mit komplexen Genotypen, 3) mit langer Latenzzeit von in situ Tumorentwicklung limitiert , 4) und stochastische Tumorprogression. Da in situ Tumorentstehung fehlt eine entsprechende in-vitro-Modell, können Drogentests in vitro nicht w durchgeführt werdenit herkömmlichen bedingten GEM-Modelle. Im Gegensatz zu anderen Krebsarten, sind bedingte GEM-Modelle von Astrozytomen selten von einzelnen onkogenen Mutationen ¹¹ induziert. So werden komplexe Systeme benötigt, um Zucht bedingte GEM mit mehreren onkogenen Mutationen zu erzeugen. Darüber hinaus tritt Astrozytom Initiierung mit variabler Penetranz nach einer langen Latenzzeit in diesen Modellen, während das Fortschreiten zu hohen Astrozytomen erfolgt in der Regel in einer nicht gleichmäßigen, stochastische Weise und führt zu Tumoren mit komplexen genomischen Landschaften und das schnelle Wachstum Kinetik ^{27 letztlich 28.} Die variable Penetranz und stochastische Natur der malignen Progression in bedingten GEM Modelle erfordert, dass einzelne Mäuse durch Röntgenaufnahmen untersucht, um das Vorhandensein und die Lage von hochwertigen Astrozytome vor ihrer Einschreibung in präklinischen Studien nachzuweisen. Zusammengenommen sind diese Einschränkungen behindern die Erzeugung und Prüfung der großen Kohorten von bedingten GEM für PR erforderlicheClinical Drogentests.

Die RCAS-TVA GEM-System, das Vogelgrippe retroviralen (RCAS)-Vektoren verwendet, um GEM entwickelt, um die viralen Rezeptor (TVA) auf bestimmten neuronalen Zelltypen infizieren auszudrücken, wurde ausgiebig genutzt, um die Tumorgenese Astrozytom ¹¹ zu modellieren. Im Gegensatz zu bedingten GEM, ermöglicht dieses Modell die Systemeinführung von mehreren onkogenen Mutationen in bestimmten Zelltypen ohne das Erfordernis für komplexe Systeme Zucht. Es wird jedoch durch variable Penetranz der Anforderung aktiv teilenden Zellen, die virale Integration zu erreichen, und die zufällige Insertion von Transgenen in das Wirtsgenom ²⁹ begrenzt.

Nicht-Keimbahn-GEM (Ngem) Modelle, die Zellen von GEM geerntet zu nutzen, werden immer wichtiger, weil sie zu überwinden viele der Einschränkungen von anderen Modellsystemen ^15. Die Rolle der Einleitung Zelltyp und Co-auftretende Mutationen in Astrozytom Pathogenese sind schwer davon abhaltenMine verwendet etablierten humanen Zelllinien oder GBM PDX, weil sie aus im Endstadium Tumoren, die umfangreichen genetischen Mutationen in undefinierten Zelltypen während des Verlaufs der malignen Progression angesammelt haben, abgeleitet. Im Gegensatz dazu können alle Sorten von Astrozytomen mit Ngem durch Induzieren definierten genetischen Mutationen in spezifischen gereinigten Gehirnzelltypen ^11,30 modelliert werden. Somit kann der Einfluss der spezifischen genetischen Mutationen und Zelltyp auf zelluläre und molekulare Phänotypen in vitro und in vivo bestimmt werden. Ähnlich etablierten humanen GBM-Zelllinien, können erste in-vitro-Wirkstoffprüfung mit Ngem verwendet werden, um Medikamente für in vivo-Tests unter Verwendung der gleichen Zellen zu priorisieren. Tumorentstehung in vivo kann dann durch Allotransplantation Ngem Zellen orthotopisch in die Gehirne von immunkompetenten syngenen Wurf ³⁰ bestimmt werden. Diese orthotopen Allograft-Modelle in-vivo-Tests nicht nur von konventionellen zytotoxischen eine Genehmigung dahernd zielgerichtete Therapien, aber immunmodulatorischen und Stroma-zielgerichtete Therapien auch. Schließlich kann die Rolle der Mikroumgebung auf Tumor Initiation und Progression durch den Vergleich der Ergebnisse zwischen Ngem und GEM herkömmlichen Modellen unter Verwendung der gleichen Mutationen in den gleichen Zelltypen bestimmt werden.

Wir und andere haben Astrozytom Ngem entwickelt unter Verwendung von primären Zellen – Astrozyten, NSC oder Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPC) – von GEM ^30-34 geerntet. Der Grund für die Entwicklung von einem Astrozytom Ngem war es, ein Modell, um die phänotypischen Folgen von onkogenen Mutationen in spezifischen Zelltypen, die möglicherweise für präklinischen Tests in vitro und in vivo in immunkompetenten Tieren verwendet werden könnte, zu bestimmen, zu erstellen. Wir ernteten phänotypisch WT kortikalen Astrozyten und NSC aus Nicht-Cre exprimieren, bedingte GEM auf einem> 94% C57 / Bl6 Hintergrund mit floxed RB Weg gepflegt – Rb1 ^{loxP / loxP} oder TgGZT121 – und floxed RTK / RAS / PI3K-Weg – Nf1 ^{loxP / loxP,} Kras ^G12D, Pten ^{loxP / loxP} – Gene in verschiedenen Kombinationen ^35-39. Wir induzierte genetische Rekombination in vitro unter Verwendung von adenoviralen Vektoren, die Cre-Rekombinase codiert. Da kortikalen Astrozyten Ernten ein Gemisch von Zelltypen, verwendeten wir Ad5GFAPCre Vektoren oder dominant onkogenen Transgene, wie TgGZT ₁₂₁ von der menschlichen GFAP-Promotor angetrieben wird, um für GFAP ⁺ kortikalen Astrozyten in diesen Kulturen zu bereichern. Wir definierten die phänotypischen Auswirkungen der G ₁ / S (Rb), MAPK und PI3K Mutationen in kortikalen Astrozyten und NSC in vitro und in vivo. MAPK und PI3K-Weg-Aktiv G1 / S-defekt Astrozyten molekular nachgeahmten menschlichen proneurale GBM und auf orthotope Injektion gebildet Tumoren in einer vordefinierten Stelle mit einheitlichen Wachstumskinetik, kurze Latenzzeiten und der histopathologischenal Markenzeichen der menschlichen GBM ^30. Längs Überwachung von Tumorwachstum in vivo unterstützt präklinischen Drogentests durch Normalisierung der Behandlung Kohorten und quantitative Analyse von Tumorwachstum in Reaktion auf die Behandlung ^40. Wir bestimmten Tumorwachstum Kinetik durch Längs Biolumineszenz-Bildgebung von Mäusen mit Luciferase kortikalen Astrozyten injiziert. Daher kortikalen Astrozyten und NSC aus bedingtem GEM abgeleitet eine gefügig Modellsystem für die Definition der funktionellen Konsequenzen Astrozytom-assoziierte Mutationen und einem potenziellen Modellsystem für die präklinische Wirkstoffentwicklung.