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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Le développement de modèles murins avec des gènes spécifiques mutés dans les patients atteints de cancer de la tête et du cou est nécessaire pour la compréhension de la néoplasie. Ici, nous présentons un protocole pour la transformation in vitro des cellules primaires de langue murine utilisant un système adeno-associé de virus-Cas9 pour produire des lignes de cellules murines de HNC avec des altérations génomiques spécifiques.
L'utilisation de cellules épithéliales normales primaires permet d'induire de façon reproductible les altérations génomiques nécessaires à la transformation cellulaire en introduisant des mutations spécifiques dans les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs, en utilisant des courte répétition palindromic (CRISPR) à base de technologie d'édition du génome chez la souris. Cette technologie nous permet d'imiter avec précision les changements génétiques qui se produisent dans les cancers humains à l'aide de souris. En transformant génétiquement les cellules primaires murines, nous pouvons mieux étudier le développement, la progression, le traitement et le diagnostic du cancer. Dans cette étude, nous avons utilisé des cellules épithéliales de langue de souris Cas9 cre-inductibles pour permettre l'édition de génome utilisant le virus adéno-associé (AAV) in vitro. Plus précisément, en modifiant KRAS, p53, et APC dans les cellules épithéliales normales de langue, nous avons produit une ligne de cellules de tête et de cou murine (HNC) in vitro, qui est tumorigenic dans les souris syngeneic. La méthode présentée ici décrit en détail comment générer des lignées cellulaires HNC avec des altérations génomiques spécifiques et explique leur pertinence pour prédire la progression tumorale chez les souris syngénéiques. Nous envisageons que cette méthode prometteuse sera instructive et utile pour étudier la biologie et la thérapie de tumeur de HNC.
HNC est une malignité commune dans le monde1. La modélisation de la genèse de la néoplasie HNC est actuellement à un tournant scientifique2. Bien que de nombreuses mutations génétiques aient été identifiées dans HNC2,3,4 (p. ex., TP53, PIK3CA, NOTCH1, FAT1 et RAS), les combinaisons spécifiques d'altérations génomiques requises de concert pour induire hNC demeurent floues.
L'utilisation actuelle des lignées cellulaires humaines hNC a contribué de manière significative à élucider les mécanismes associés à la pathogénie et au traitement3. Cependant, l'étude des lignées cellulaires humaines dans les systèmes murines immunodéprimés a ses limites, parce que ces systèmes ne traitent pas le processus néoplastique in vivo, le rôle des mutations génétiques spécifiques, et les réponses de traitement dans un microenvironnement immunitaire. Par conséquent, le développement et l'établissement de lignées cellulaires murines avec des altérations génétiques spécifiques sont d'une importance primordiale pour étudier comment différents gènes contribuent au processus de transformation et pour tester de nouvelles thérapies à base de molécules chez des souris immunocompétentes.
Les études sur la fonction génique dans la recherche biomédicale ont été considérablement affectées par les progrès des technologies d'édition de l'ADN, en introduisant des ruptures à double brin (DSB), par exemple5. Ces technologies, y compris l'utilisation de nucléases de doigts de zinc, de nucléases effectrices semblables à des activateurs de transcription et de répétitions palindromic courtes interespaces (CRISPR/Cas9), permettent la manipulation de tout gène d'intérêt à son locus. Les derniers systèmes CRISPR/Cas9 sont composés d'un ARN guide (gRNA) qui dirige la nucléase Cas9 pour générer un DSB à un site spécifique du génome. Ce système a acquis une large reconnaissance dans la modification des gènes endogènes dans n'importe quelle cellule ou tissu cible, même dans les organismes les plus traditionnellement difficiles à traiter5. Il a de multiples avantages par rapport à d'autres systèmes en raison de sa simplicité, la vitesse et l'efficacité.
En oncologie, la technologie CRISPR/CAS9 a répondu à la nécessité d'imiter efficacement les cellules cancéreuses. Pour établir ce système dans HNC, nous avons manipulé l'oncogène puissant de KRAS et deux gènes importants de suppresseur de tumeur, APC et p536. Selon la base de données GENIE7, cette combinaison est rare dans HNC. Les mutations de RAS (HRAS, NRAS, et KRAS) sont présentes dans seulement 7% de toutes les populations de HNC. Ces tumeurs ont tendance à être résistantes à la thérapie8,9.
La livraison de Cas9 et de son gRNA est réalisée par transduction virale à l'aide de AAV ou de lentivirus. L'AAV recombinant est souvent la méthode préférée pour délivrer des gènes aux cellules cibles en raison de son titre élevé, de sa réponse immunitaire légère, de sa capacité à transduire un large éventail de cellules et de sa sécurité globale. À l'aide d'un système AAV, diverses lignées de cellules de souris spécifiques aux tissus ont été générées, et de nouvelles lignées cellulaires sont encore en cours de développement10,11,12. Cependant, un système d'édition génomique efficace qui peut générer des cellules de modèles de lignée cellulaire HNC murine reste à développer. Dans cette étude, nous avons cherché à développer un système in vitro aAV-Cas9-basé pour transformer les cellules primaires de langue murine dans un état tumorigenic. Ce protocole unique de transformation DE CRISPR/Cas9 et la ligne établie de cellules de tumeur peuvent être employés pour mieux comprendre la biologie de HNC induite par une diversité des altérations génomiques.
Cette étude a été approuvée par l'Université Ben Gourion du Comité de soins et d'utilisation des animaux du Néguev. Les expériences sur les animaux ont été approuvées par l'IACUC (IL.80-12-2015 et IL.29-05-2018(E)). Tous les aspects de l'expérimentation animale, du logement et des conditions environnementales utilisés dans la présente étude étaient conformes au Guide pour l'entretien et l'utilisation des animaux de laboratoire13.
1. Production de virus associée à l'adéno
2. Purification AAV
3. Isolement et culture des cellules primaires
4. Transduction AAV des cellules primaires
5. Valider la transformation des cellules normales en cellules tumorigènes à l'aide de l'immunofluorescence et du ballonnement occidental
Utilisation du système AAV pour transformer les cellules Cas9 normales
La figure 1 fournit une carte vectorielle détaillée du plasmide transgénique AAV utilisé dans cette étude. La figure 2 décrit la conception et le fonctionnement du système à base d'AAV-Cas9. Pour produire des particules virales, les cellules HEK293T ont été transfectées avec le vecteur transgénique AAV et d'autres vecteurs d'em...
Plusieurs méthodes ont déjà été utilisées pour transformer les cellules primaires en culture avec des degrés variables de succès25,26,27,28. La plupart de ces méthodes utilisent des cellules de fibroblaste de souris pour la transformation14,17,18,19 ou utilis...
M.S. est membre du conseil consultatif de l'Institut des sciences biologiques, et Menarini Ricerche a reçu des fonds de recherche de Puma Biotechnology, Daiichi-Sankio, Targimmune, Immunomedics et Menarini Ricerche. M.S. est également co-fondateur de Medendi Medical Travel, et au cours des 2 dernières années, a reçu des honoraires de Menarini Ricerche et ADC Pharma. Tous les autres auteurs n'ont rien à divulguer.
Nous tenons à remercier le Dr Daniel Gitler de nous avoir fourni le plasmide de la plasmide de la plasmide de la plasmide delta 5. Ces travaux ont été financés par l'Israel Science Foundation (ISF, 700/16) (à ME), la United States-Israel Binational Science Foundation (BSF, 2017323) (à ME et MS), l'Israel Cancer Association (ICA, 20170024) (à ME), l'Israel Cancer Research Foundation (ICRF, 17-1693-RCDA) (à ME), et la Concern Foundation (#7895) (à ME). Bourse : bourse Alon à ME et BGU Kreitman fellowships à SJ et MP.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibodies | |||
Anti mouse HRP | Jackson ImmunoResearch | 115-035-146 | |
Anti rabbit HRP | Jackson ImmunoResearch | 711-035-152 | |
Cas9 Mouse mAb | Cell Signaling Technology | 14697 | |
Cre | BioLegend | 900901 | |
Cy3-AffiniPure Goat Anti-Mouse IgG | Jackson ImmunoResearch | 115-165-062 | |
Cy-AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG | Jackson ImmunoResearch | 111-165-144 | |
GFP | Santa Cruz Biotechnology | sc-9996 | |
Phospho-p44/42 MAPK (Erk1/2) | Cell Signaling Technology | 4370 | |
Rabbit monoclonal anti E cadherin | Cell Signaling Technology | 3195S | |
Rabbit monoclonal anti-KRT 14 | Abcam | AB-ab181595 | |
β actin | MP Biomedicals | 691001 | |
β catenin | Cell Signaling Technology | 9582S | |
Cell lines | |||
HEK93T | ATCC | CRL-3216 | |
Culture Media, Chemicals and Reagents | |||
Bradford Reagent | Bio-Rad | 30015484 | |
BSA | Amresco | 0332-TAM-50G | |
DAPI fluoromount | Southern Biotech | 0100-20 | |
DMEM | Biological Industries Israel Beit-Haemek Ltd. | 01-055-1A | |
ECL (Westar Supernova and Westar Nova 2.0) | Cyanagen | XLS3.0100 and XLS071.0250 | |
FBS | Biological Industries Israel Beit-Haemek Ltd. | 04-127-1A | |
HBSS | Sigma | H6648 | |
Heparin - Agarose | Sigma | H6508 | |
Isolate II Genomic DNA Kit | Bioline | BIO-52066 | |
MgCl2 | Panreac AppliChem | 300283 | |
NaCl | Bio Lab Ltd | 1903059100 | |
PBS | Biological Industries Israel Beit-Haemek Ltd. | 02-023-1A | |
PEI | Polysciences | 23966-1 | |
Pen Strep Solution | Biological Industries Israel Beit-Haemek Ltd. | 03-031-1B | |
PFA | Santa Cruz Biotechnology | 30525-89-4 | |
Phosphatase inhibitor cocktail | Biotool | B15001A/B | |
Protease inhibitor cocktail | MilliporeSigma | P2714-1BTL | |
Tris buffer | MERCK Millipore | 648311-1KG | |
Enzymes | |||
Benzonase | Sigma | E1014 | |
Collagenase IV | Thermo Fisher Scientific | 17104019 | |
DNAse | Thermo Fisher Scientific | 18047019 | |
Hyaluronidase | MilliporeSigma | H3506 | |
Trypsin | Biological Industries Israel Beit-Haemek Ltd. | 03-050-1B | |
Glass wares | |||
Cover slips | Bar Naor | BNCB00130RA1 | |
Slides | Bar Naor | BN9308C | |
Mouse strains | |||
C57BL/6 | Envigo | ||
B6;129-Gt(ROSA)26Sortm1(CAG-cas9*,-EGFP)Fezh/J | Jackson labs | 24857 | |
NOD.CB17-Prkdc-scid/NCr Hsd (Nod.Scid) | Envigo | ||
Plasmids | |||
AAV pCM109 EFS Cre sg APC sg Kras sg P53- Kras HDR | Broad Institute of MIT | Kind gift from Dr Randall J Platt and Dr. Joseph Rosenbluh, Broad Institute of MIT and Harvard, Cambridge, MA 02142, USA | |
AAV 2/9 capsid vector | Addgene | 112865 | |
pAD Delta F5 helper | Ben Gurion University of the Negev | Provided by Dr Daniel Gitler, Department of Physiology and Cell Biology, Faculty of Health Sciences, and Zlotowski Center for Neuroscience, Ben-Gurion University of the Negev, Beer-Sheva 84105, Israel. | |
Plastic wares | |||
Amicon-ULTRA filter 100 KDa | Millipore | UFC910024 | |
0.22 µm sterile filters, 4 mm | Millex | SLGV004SL | |
0.45 µm sterile filters, 13 mm | Millex | SLHV013SL | |
Culture plates | Greiner Bio-One | ||
Falcon tubes | Greiner Bio-One |
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