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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Per la comprensione della neoplasia è necessario lo sviluppo di modelli murini con geni specifici mutati nei pazienti affetti da cancro alla testa e al collo. Qui, presentiamo un protocollo per la trasformazione in vitro delle cellule primarie della lingua murina utilizzando un sistema adeno-associato al virus-Cas9 per generare linee cellulari MURine HNC con specifiche alterazioni genomiche.
L'uso di cellule epiteliali normali primarie consente di indurre riproducibilmente alterazioni genomiche necessarie per la trasformazione cellulare introducendo mutazioni specifiche negli oncogeni e nei geni soppressori tumorali, utilizzando interspazii normativi raggruppati tecnologia di editing del genoma a breve ripetizione palindromica (CRISPR) nei topi. Questa tecnologia ci permette di imitare con precisione i cambiamenti genetici che si verificano nei tumori umani usando i topi. Trasformando geneticamente le cellule primarie del murino, possiamo studiare meglio lo sviluppo, la progressione, il trattamento e la diagnosi del cancro. In questo studio, abbiamo usato cellule epiteliali della lingua di topo Cas9 inducibili in Cre-inducibili per consentire l'editing del genoma utilizzando il virus adeno-associato (AAV) in vitro. In particolare, alterando KRAS, p53 e APC nelle normali cellule epiteliali della lingua, abbiamo generato una linea cellulare di cancro della testa e del collo murino (HNC) in vitro, che è cancerogena nei topi sinogene. Il metodo qui presentato descrive in dettaglio come generare linee cellulari HNC con specifiche alterazioni genomiche e spiega la loro idoneità per prevedere la progressione del tumore nei topi sinosgenici. Abbiamo immaginato che questo promettente metodo sarà informativo e utile per studiare la biologia del tumore e la terapia di HNC.
HNC è una malignità comune in tutto il mondo1. La modellazione della genesi della neoplasia HNC è attualmente a un punto di svolta scientifica2. Mentre molte mutazioni genetiche sono state identificate nell'HNC2,3,4 (ad esempio, TP53, PIK3CA, NOTCH1, FAT1 e RAS) le combinazioni specifiche di alterazioni genomiche necessarie in concerto per indurre HNC rimangono poco chiare.
L'attuale uso di linee cellulari umane di HNC ha contribuito in modo significativo a chiarire i meccanismi associati alla patogenesi e al trattamento3. Tuttavia, lo studio delle linee cellulari umane nei sistemi murini immunocompromessi ha i suoi limiti, perché questi sistemi non affrontano il processo neoplastico in vivo, il ruolo di specifiche mutazioni genetiche e le risposte al trattamento in un microambiente immunitario. Di conseguenza, lo sviluppo e la creazione di linee cellulari murine con specifiche alterazioni genetiche sono di primaria importanza per studiare come diversi geni contribuiscono al processo di trasformazione e per testare nuove terapie basate su molecole in topi immunocompetenti.
Gli studi sulle funzioni geniche nella ricerca biomedica sono stati significativamente influenzati dai progressi nelle tecnologie di editing del DNA, introducendo interruzioni a doppio filamento (DSB), per esempio5. Queste tecnologie, tra cui l'uso di nucleasi per dita di zinco, nucleasi effettore simili all'attivatore di trascrizione e brevi ripetizioni palindromiche regolatorie raggruppate (CRISPR/Cas9), consentono la manipolazione di qualsiasi gene di interesse nel suo locus. Gli ultimi sistemi CRISPR/Cas9 sono costituiti da una guida RNA (gRNA) che dirige la nucleacanda Cas9 per generare un DSB in un sito specifico del genoma. Questo sistema ha ottenuto un ampio riconoscimento nella modifica dei geni endogeni in qualsiasi cellula o tessuto bersaglio, anche negli organismi più tradizionalmente difficili da trattare5. Ha molteplici vantaggi rispetto ad altri sistemi grazie alla sua semplicità, velocità ed efficienza.
In oncologia, la tecnologia CRISPR/CAS9 ha soddisfatto la necessità di imitare efficacemente le cellule tumorali. Per stabilire questo sistema in HNC, abbiamo manipolato il potente oncogene KRAS e due importanti geni soppressori tumorali, APC e p536. Secondo il database GENIE7, questa combinazione è rara in HNC. Le mutazioni RAS (HRAS, NRAS e KRAS) sono presenti solo nel 7% di tutte le popolazioni di HNC. Questi tumori tendono ad essere resistenti alla terapia8,9.
La consegna di Cas9 e del suo gRNA si ottiene attraverso la trasduzione virale utilizzando AAV o lentivirus. L'AAV ricombinante è spesso il metodo preferito per fornire geni alle cellule bersaglio a causa del suo alto titro, della risposta immunitaria lieve, della capacità di trasdurli di un'ampia gamma di cellule e della sicurezza generale. Utilizzando un sistema AAV, sono state generate varie linee cellulari del topo specifiche del tessuto e nuove linee cellulari sono ancora in fase di sviluppo10,11,12. Tuttavia, rimane da sviluppare un efficiente sistema di editing genomico in grado di generare murini modelli di linee cellulari HNC. In questo studio, abbiamo cercato di sviluppare un sistema in vitro basato su AAV-Cas9 per trasformare le cellule primarie della lingua murina in uno stato tumorale. Questo protocollo unico di trasformazione CRISPR/Cas9 e la linea cellulare tumorale stabilita possono essere utilizzati per comprendere meglio la biologia dell'HNC indotta da una diversità di alterazioni genomiche.
Questo studio è stato approvato dall'Università Ben Gurion del Negev Animal Care and Use Committee. Gli esperimenti sugli animali sono stati approvati dall'IACUC (IL.80-12-2015 e DAL.29-05-2018(E)). Tutti gli aspetti della sperimentazione animale, dell'alloggio e delle condizioni ambientali utilizzate in questo studio erano conformi alla Guida per la cura el'usodegli animali da laboratorio 13 .
1. Produzione di virus associati ad Adeno
2. Purificazione AAV
3. Isolamento e coltura delle cellule primarie
4. Trasduzione AAV delle cellule primarie
5. Convalidare la trasformazione delle cellule normali in cellule tumorigene utilizzando l'immunofluorescenza e il gonfiore occidentale
Utilizzo del sistema AAV per trasformare le normali celle Cas9
La figura 1 fornisce una mappa vettoriale dettagliata del plasmide transgene AAV utilizzato in questo studio. Figura 2 delinea la progettazione e il funzionamento del sistema basato AAV-Cas9. Per produrre particelle virali, le cellule HEK293T sono state trafette con il vettore transgene AAV e altri vettori di imballaggio virali utilizzando il metod...
Diversi metodi sono stati precedentemente utilizzati per trasformare le cellule primarie nella coltura con gradi variabili di successo25,26,27,28. La maggior parte di questi metodi utilizza cellule fibroblaste di topi per la trasformazione14,17,18,19 o utilizzare agen...
M.S. fa parte dell'Advisory Board dell'Istituto di Bioscienze e Menarini Ricerche ha ricevuto fondi di ricerca da Puma Biotechnology, Daiichi-Sankio, Targimmune, Immunomedics e Menarini Ricerche. M.S. è anche co-fondatrice di Medendi Medical Travel, e negli ultimi 2 anni, ha ricevuto onorarida da Menarini E ADC Pharma. Tutti gli altri autori non hanno nulla da rivelare.
Desideriamo ringraziare il Dr. Daniel Gitler per averci fornito il pAd Delta 5 Helper plasmid. Questo lavoro è stato finanziato dalla Israel Science Foundation (ISF, 700/16) (per me), dalla United States-Israel Binational Science Foundation (BSF, 2017323) (per ME e MS), dalla Israel Cancer Association (ICA, 20170024) (per ME), dalla Israel Cancer Research Foundation (ICRF, 17-1693-RCDA) (per ME) e dalla Concern #7895 (ME). Fellowship: la borsa di studio Alon a ME e BGU Kreitman a SJ e 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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