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Nous avons développé une méthodologie pour évaluer si les néoplasmes du système nerveux chez les souris génétiquement modifiées récapitulent avec précision la pathologie de leurs homologues humains. Ici, nous appliquons ces techniques histologiques, des critères pathologiques définis et des méthodologies de culture aux neurofibromes et aux tumeurs malignes de la gaine nerveuse périphérique survenant dans le modèle murin P 0-GGFβ3.
Les patients atteints du syndrome de susceptibilité tumorale autosomique dominante neurofibromatose de type 1 (NF1) développent généralement des neurofibromes plexiformes (NP) qui se transforment ensuite en tumeurs malignes de la gaine nerveuse périphérique (MPNST) très agressives. La compréhension du processus par lequel une NP se transforme en MPNST serait facilitée par la disponibilité de modèles de souris génétiquement modifiées (GEM) qui reproduisent avec précision la progression PN-MPNST observée chez les humains atteints de NF1. Malheureusement, les modèles GEM avec ablation Nf1 ne récapitulent pas complètement ce processus. Cela nous a amenés à développer des souris P 0-GGFβ3, un modèle GEM dans lequel la surexpression de la neuréguline mitogène des cellules de Schwann (NRG1) dans les cellules de Schwann entraîne le développement de PN qui progressent pour devenir des MPNST à haute fréquence. Cependant, pour déterminer si la tumorigenèse et la progression néoplasique chez les souris P 0-GGFβ3 modélisent avec précision les processus observés chez les patients NF1, nous avons d’abord dû prouver que la pathologie des tumeurs de la gaine nerveuse périphérique P0-GGFβ3 récapitule la pathologie de leurs homologues humains.
Ici, nous décrivons les méthodologies spécialisées utilisées pour diagnostiquer et classer avec précision les néoplasmes du système nerveux périphérique dans des modèles GEM, en utilisant P 0-GGFβ3 et P0-GGFβ3 ; Les souris Trp53+/- par exemple. Nous décrivons les méthodes histologiques, immunohistochimiques et histochimiques utilisées pour diagnostiquer les NP et les MPNST, comment distinguer ces néoplasmes des autres types de tumeurs qui imitent leur pathologie, et comment classer ces néoplasmes. Nous discutons de l’établissement de cultures à passage précoce à partir de MPNST GEM, de la caractérisation de ces cultures par immunocytochimie et de la vérification de leur tumorigénicité par l’établissement d’allogreffes. Collectivement, ces techniques caractérisent la pathologie des NP et des MPNST qui surviennent dans les modèles GEM et comparent de manière critique la pathologie de ces tumeurs murines à leurs homologues humains.
Au cours des trois dernières décennies, de nombreux laboratoires ont tenté de créer des modèles murins de cancers humains en introduisant des mutations associées au cancer humain dans le génome de la souris ou en surexprimant un produit génique surexprimé dans les cancers humains. Les modèles de souris génétiquement modifiées (GEM) qui en résultent peuvent être utilisés à diverses fins, telles que l’établissement que la modification génomique nouvellement introduite initie la tumorigenèse, l’identification d’autres changements génétiques ou épigénétiques ultérieurs qui contribuent à la progression tumorale et la définition des voies de signalisation clés qui conduisent à l’initiation et à la progression de la tumeur. Contrairement aux modèles de xénogreffes orthotopiques, qui reposent sur l’utilisation de souris immunodéficientes, les modèles de cancer GEM ont un système immunitaire entièrement fonctionnel et modélisent donc plus précisément les réponses aux agents thérapeutiques candidats. Cependant, lorsqu’ils utilisent des modèles de cancer GEM à des fins comme celles-ci, il est essentiel que les chercheurs confirment que les observations faites avec les néoplasmes GEM sont pertinentes pour leurs homologues humains. Cette validation doit inclure une évaluation approfondie de la pathologie des tumeurs GEM et une détermination quant à savoir si les caractéristiques pathologiques des tumeurs GEM récapitulent la pathologie du type de tumeur humaine correspondant.
Le syndrome de susceptibilité tumorale neurofibromatose de type 1 (NF1) est la maladie génétique la plus courante affectant le système nerveux humain, survenant dans environ 1 naissance vivante sur 3 000 à 3 500 1,2,3. Les personnes atteintes de NF1 développent de multiples tumeurs bénignes de la gaine nerveuse périphérique appelées neurofibromes dans leur peau (neurofibromes dermiques) et dans les gros nerfs et plexus nerveux (neurofibromes plexiformes). Alors que les neurofibromes dermiques et plexiformes aggravent la qualité de vie du patient en produisant des troubles physiques, comportementaux et/ou sociaux, les neurofibromes plexiformes (NP) sont particulièrement dangereux 4,5. En effet, les NP se transforment fréquemment en tumeurs malignes de la gaine nerveuse périphérique (MPNST), qui sont des néoplasmes agressifs à cellules fusiformes avec un taux de survie exceptionnellement faible 1,2. Ce faible taux de survie est dû en grande partie à l’inefficacité des schémas radiothérapeutiques et chimiothérapeutiques actuellement utilisés pour traiter les TPNM. Cependant, le développement de nouvelles thérapies plus efficaces a été difficile. En effet, malgré la fréquence des MPNST chez les patients atteints de NF1, il s’agit toujours de tumeurs rares. En conséquence, il est très difficile d’obtenir un grand nombre de tumeurs humaines pour l’étude ; il est également difficile de recruter suffisamment de patients atteints de MPNST pour les essais cliniques. Pour surmonter ces limites, plusieurs modèles GEM ont été générés dans le but d’obtenir des informations supplémentaires sur les anomalies à l’origine de la pathogenèse du neurofibrome et de la progression du PN-MPNST et de faciliter les essais précliniques avec des agents thérapeutiques candidats.
Les patients atteints de NF1 présentent des mutations inactivatrices dans une copie du gène NF1. La pathogenèse du neurofibrome est déclenchée lorsqu’une mutation inactivatrice du gène NF1 fonctionnel restant se produit dans une cellule de la lignée cellulaire de Schwann. Étonnamment, cependant, lorsque des souris ont été générées avec des mutations inactivatrices de la lignée germinale Nf1, elles n’ont pas développé de neurofibromes 6,7. La démonstration ultérieure que les souris avec des cellules de Schwann Nf1-null et une haploinsuffisance Nf1 dans tous les autres types de cellules (Krox20-Cre ;Nf1flox/- souris) ont développé des neurofibromes plexiformes suggérant qu’une dose réduite du gène Nf1 dans d’autres types de cellules était nécessaire pour la pathogenèse du neurofibrome8. Même dans ce cas, les neurofibromes plexiformes de Krox20-Cre ; Les souris Nf1flox/- n’ont pas progressé pour devenir des MPNST et n’ont donc que partiellement imité la biologie de leurs homologues humains. La pathogenèse des MPNST s’est produite lorsque les mutations de Nf1 étaient associées à des mutations dans d’autres gènes suppresseurs de tumeurs tels que Trp539 ou Cdkn2a10, mais les MPNST dans ces modèles GEM se sont développés de novo ou à partir de néoplasmes neurofibromateux atypiques à potentiel biologique incertain (ANNUBPs)11,12, plutôt que de neurofibromes plexiformes bénins préexistants (voir13,14 pour d’excellentes revues de ces modèles ainsi que d’autres modèles introduisant des mutations de perte de fonction supplémentaires associées à MPNST dans des gènes tels que Suz12 et Pten15).
Ces modèles murins ont été inestimables pour établir le rôle que jouent des gènes tels que NF1, TP53 et CDKN2A dans la pathogenèse des néoplasmes du système nerveux périphérique associés à la NF1 et pour les essais précliniques testant des agents thérapeutiques candidats. Cependant, nous avons encore une compréhension incomplète du processus par lequel les neurofibromes plexiformes évoluent pour devenir des néoplasmes neurofibromateux atypiques à potentiel biologique incertain (ANNUPP16) puis des MPNST. Des progrès ont récemment été réalisés dans la compréhension de ce processus avec le rapport récent selon lequel des souris présentant des délétions dans Nf1 et Arf développent des ANNUBP qui progressent pour devenir des MPNST11. Cependant, il n’existe pas encore de modèles murins basés sur la mutation Nf1 qui récapitulent entièrement le processus de progression du neurofibrome plexiforme-MPNST observé chez l’homme. De plus, il n’est pas clair s’il existe plusieurs voies distinctes qui mènent au développement des MPNST. Compte tenu de cela, il est possible que les GEM décrits ci-dessus ne modélisent qu’un sous-ensemble de plusieurs voies différentes qui conduisent à la progression du neurofibrome-MPNST et à la pathogenèse du MPNST. Ce point est souligné par le fait que les MPNST se produisent également sporadiquement et que certains MPNST sporadiques ne présentent apparemment pas de mutations NF1 17,18.
Bien que ce dernier point ait été remis en question par la récente suggestion de Magollon-Lorenz et al. selon laquelle au moins certains MPNST sporadiques dépourvus de mutations NF1 sont des mélanomes ou un type différent de sarcome19, nous avons récemment rapporté un MPNST sporadique et une lignée cellulaire dérivée de cette tumeur (cellules 2XSB) qui était de type sauvage NF1 20. Lors de la caractérisation de la tumeur mère et de la lignée cellulaire 2XSB, nous avons systématiquement exclu les possibilités de diagnostic alternatives, y compris le mélanome et les multiples autres types de sarcomes qui sont systématiquement pris en compte dans le diagnostic différentiel d’une tumeur maligne sporadique de la gaine nerveuse périphérique20. De plus, nous notons que Magollon-Lorenz et al. ont reconnu que leurs résultats dans les trois lignées cellulaires MPNST sporadiques qu’ils ont étudiées ne pouvaient pas être généralisés pour indiquer que toutes les tumeurs identifiées comme MPNST sporadiques ne sont pas des MPNST.
Pour construire un modèle GEM dans lequel le neurofibrome et la pathogenèse du MPNST ne dépendaient pas nécessairement de mutations spécifiques du gène suppresseur de tumeur, nous avons généré des souris transgéniques chez lesquelles la surexpression de la puissante neuréguline-1 mitogène à cellules de Schwann (NRG1) était entraînée par le promoteur de la protéine de myéline zéro (P0) spécifique à la cellule de Schwann (souris P 0-GGFβ3)21. Nous avons précédemment montré que les neurofibromes humains, les MPNST et les lignées cellulaires MPNST expriment plusieurs isoformes de NRG1 avec les tyrosines kinases du récepteur erbB (erbB2, erbB3 et erbB4) qui médient la signalisation NRG1 et que ces récepteurs erbB sont activés de manière constitutive22. Nous avons également démontré que les inhibiteurs pharmacologiques des kinases erbB inhibent puissamment la prolifération des MPNST22, la survie23 et la migration24. Conformément à nos observations chez l’homme, les souris P 0-GGFβ3 développent des neurofibromes plexiformes25 qui évoluent pour devenir des MPNST à une fréquence élevée21,25. Nous avons montré que les MPNST P 0-GGFβ3, comme leurs homologues humains, développent couramment des mutations de Trp53 et Cdkn2a, ainsi que de nombreuses autres anomalies génomiques qui contribuent potentiellement à la tumorigenèse25. Les MPNST apparaissant chez les souris P 0-GGFβ3 ne présentent pas de mutations inactivatrices de Nf1. Cependant, en utilisant la complémentation génétique, nous avons montré que NRG1 favorise la tumorigenèse chez les souris P 0-GGFβ3 principalement par les mêmes cascades de signalisation qui sont altérées par la perte de Nf1 26 ; cette conclusion est basée sur notre constat que la substitution de la surexpression de NRG1 à la perte de Nf1 en présence d’une haploinsuffisance Trp53 (P 0-GGFβ3 ;Trp53+/- souris) produit des animaux chez lesquels les MPNST se développent de novo, comme on le voit chez cis-Nf1+/- ; Trp53+/- souris 27.
Pour obtenir cette information et d’autres démontrant que les souris P 0-GGFβ3 modélisent avec précision les processus de pathogenèse du neurofibrome et de progression du neurofibrome-MPNST observés chez les humains atteints de NF1, nous avons développé des méthodologies spécialisées pour traiter les tissus de ces animaux, diagnostiquer avec précision leurs tumeurs, classer les MPNST apparaissant chez ces souris, établir et caractériser le passage précoce de P0-GGFβ3 et P0-GGFβ3 ; Trp53+/- MPNST et comparaison critique de la pathologie des PN et MPNST de P 0-GGFβ3 et de P0-GGFβ3 ; Trp53+/- MPNST à celui de leurs homologues humains. Beaucoup de ces méthodologies sont généralisables à d’autres modèles GEM de néoplasie du système nerveux. De plus, plusieurs de ces méthodologies sont plus largement applicables aux modèles GEM dans lesquels les néoplasmes apparaissent dans d’autres sites d’organes. Par conséquent, nous présentons ici une description détaillée de ces méthodologies.
Les procédures décrites ici ont été approuvées par l’IACUC de l’Université médicale de Caroline du Sud et ont été effectuées par du personnel correctement formé conformément au Guide des NIH pour les soins et l’utilisation des animaux de laboratoire et aux directives institutionnelles de MUSC en matière de soins aux animaux.
1. Détermination de la pénétrance tumorale et de la survie chez les souris P 0-GGFβ3 et identification des tumeurs chez ces animaux pour une caractérisation plus approfondie
2. Enrobage de paraffine de tumeurs visiblement visibles et préparation de coupes colorées à l’hématoxyline et à l’éosine pour l’évaluation diagnostique initiale
3. Identifier les neurofibromes plexiformes potentiels et effectuer des colorations spéciales pour confirmer les diagnostics
REMARQUE : Nous recommandons fortement d’inclure un pathologiste humain ou vétérinaire expérimenté dans l’évaluation de l’H&E et des colorations spéciales des coupes tumorales GEM.
4. Colorations spéciales pour diagnostiquer les MPNST et exclure les diagnostics alternatifs
5. Classement des MPNST
6. Préparation de cultures decellules MPNST P 0-GGFβ3 à passage précoce
7. Vérification de l’identité des cellules MPNST à passage précoce par immunocytochimie
8. Allogreffe de cellules tumorales à passage précoce pour démontrer la tumorigénicité
La figure 2 illustre des exemples de néoplasmes très évidents survenant chez les souris P 0-GGFβ3. Les tumeurs facilement identifiables à l’œil nu peuvent être vues comme des masses distendant des régions du corps, comme le montre la figure 2A (flèche). Pour déterminer si le néoplasme est potentiellement une tumeur de la gaine nerveuse périphérique, il est essentiel d’établir que la tumeur est associée à un nerf périphérique. Dan...
Les méthodes histologiques et biochimiques présentées ici fournissent un cadre pour diagnostiquer et caractériser les modèles GEM du neurofibrome et de la pathogenèse MPNST. Au fil des ans, nous avons constaté que ces méthodologies étaient très utiles pour évaluer la pathologie des tumeurs de la gaine nerveuse périphérique apparaissant dans les modèles GEM 21,25,26. Cependant, bien que les protocoles décrits ici s...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Ce travail a été soutenu par des subventions de l’Institut national des maladies neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux (R01 NS048353 et R01 NS109655 à la SLC ; R01 NS109655-03S1 au DPJ), au National Cancer Institute (R01 CA122804 au S.L.C.) et au ministère de la Défense (X81XWH-09-1-0086 et W81XWH-12-1-0164 au S.L.C.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mm Tissue Culture Plates | Corning Falcon | 353003 | |
3, 3'- Diaminobensidine (DAB) | Vector Laboratories | SK-400 | |
6- well plates | Corning Costar | 3516 | |
Acetic Acid | Fisher Scientific | A38-212 | |
Alexa Fluor 488 Secondary (Goat Anti-Mouse) | Invitrogen | A11029 | |
Alexa Fluor 568 Secondary (Goat Anti-Mouse) | Invitrogen | A21043 or A11004 | |
Alexa Fluor 568 Secondary (Goat Anti-Rabbit) | Invitrogen | A11036 | |
Ammonium Chloride (NH4Cl) | Fisher Scientific | A661-500 | |
BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | |
Bovine Serum Albumin | Fisher Scientific | BP1600-100 | |
Caldesmon | ABCAM | E89, ab32330 | |
CD117 | Cell Marque | 117R-18-ASR | |
CD163 | Leica | NCL-L-CD163 | |
CD31 | ABCAM | ab29364 | |
CD34 | ABCAM | ab81289 | |
CD86 | ABCAM | ab53004 | |
Cell Scraper | Sarstedt | 83.183 | |
Cell Stripper | Corning | 25-056-CI | |
Circle Coverslip | Fisher Scientific | 12-545-100 | |
Citrisolve Hybrid (d-limonene-based solvent) | Decon Laboratories | 5989-27-5 | |
Critic Acid | Fisher Scientific | A104-500 | |
Cytokeratin | ABCAM | C-11, ab7753 | |
Desmin | Agilent Dako | clone D33 (M0760) | |
Diaminobensizdine (DAB) Solution | Vector Laboratories | SK-4100 | |
DMEM | Corning | 15-013-CV | |
Eosin Y | Thermo Scientific | 7111 | |
Ethanol (200 Proof) | Decon Laboratories | 2716 | |
Fetal Calf Serum | Omega Scientific | FB-01 | |
Forksolin | Sigma-Aldrich | F6886 | |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G6279 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Corning | 21-022-CV | |
Harris Hematoxylin | Fisherbrand | 245-677 | |
Hemacytometer | Brightline-Hauser Scientific | 1490 | |
Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144-212 | |
Hydrogen Peroxide | Fisher Scientific | 327-500 | |
Iba1 | Wako Chemicals | 019-19741 | |
ImmPRESS HRP (Peroxidase) Polymer Kit ,Mouse on Mouse | Vector Laboratories | MP-2400 | |
ImmPRESS HRP (Peroxidase) Polymer Kit, Horse Anti-Rabbit | Vector Laboratories | MP-7401 | |
Incubator | Thermo Scientific | Heracell 240i CO2 incubator | |
Isoflurane | Piramal | NDC 66794-017-25 | |
Isopropanol | Fisher Scientific | A415 | |
Ki-67 | Cell Signaling | 12202 | |
Laminin | Thermo Fisher Scientific | 23017015 | |
Liquid Nitrogen | |||
MART1 | ABCAM | M2-9E3, ab187369 | |
Microtome | |||
Nestin | Millipore | Human: MAD5236 (10C2), Human:MAB353 (Rat-401) | |
Neuregulin 1 beta | In house | Made by S.L.C. (also available as 396-HB-050/CF from R&D Systems) | |
Neurofibromin | Santa Cruz Biotechnology | sc-67 | |
NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ mice | Jackson Laboratory | 5557 | |
Nonfat Dry Milk | Walmart | Great Value Brand | |
P0-GGFβ3 mice | In house | ||
Paraffin Wax | Leica | Paraplast 39601006 | |
Parafilm M | Sigma-Aldrich | PM-999 | |
Paraformaldehyde (4%) | Thermo Scientific | J19943-K2 | |
Permount (Xylene Mounting Medium) | Fisher Scientific | SP15-100 | |
pH Meter | Mettler Toldedo | Seven Excellence, 8603 | |
Phosphate Buffered Saline (Dulbecco's) | Corning | 20-031-CV | |
PMEL | ABCAM | EP4863(2), ab137078 | |
Poly-L-Lysine Hydrobromide | Sigma-Aldrich | P5899-5MG | |
Portable Isoflurance Machine | VetEquip Inhalation Anesthesia Systems | ||
PVA-DABCO (Aqueous Mounting Medium) | Millipore Sigma | 10981100ML | |
Rice Cooker | Beech Hamilton | ||
S100B | Agilent Dako | Z0311 (now GA504) | |
SMA | Ventana Medical Systems | clone 1A4 | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S640 | |
Sodium Citrate (Dihydrate) | Fisher Scientific | BP327-1 | |
Sox10 | ABCAM | ab212843 | |
Steel histology mold | |||
Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
TCF4/TCFL2 | Cell Signaling | (CH48H11) #2569 | |
Tissue Cassette | |||
Toluidine Blue | ACROS Organics | 348600050 | |
Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | |
TRIzol | Invitrogen | 15596026 | |
Trypsin | Corning | 25-051-31 |
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