역형성 갑상선암의 자발적인 쥐 모델

요약

여기에서 우리는 자발적인 유전자 조작 마우스 모델에 의해 쥐 ATC 종양을 얻기 위한 표준 파이프라인을 제시합니다. 또한, 우리는 원발성 및 전이된 병변에 대한 종양 역학 및 병리학적 정보를 제시합니다. 이 모델은 연구자들이 종양 형성을 이해하고 약물 발견을 촉진하는 데 도움이 될 것입니다.

초록

역형성 갑상선암(ATC)은 드물지만 치명적인 악성 종양으로 예후가 좋지 않습니다. ATC 환자에서 표준 치료법이 본질적으로 고갈되기 때문에 치료 방법뿐만 아니라 ATC의 발암 및 개발에 대한 보다 심층적인 연구가 시급합니다. 그러나 낮은 유병률은 철저한 임상 연구와 조직 샘플 수집을 방해하여 효과적인 치료법을 만드는 데 거의 진전이 없었습니다. 우리는 유전 공학을 사용하여 C57BL/6 배경에서 조건부 유도 가능한 ATC 쥐 모델(mATC)을 만들었습니다. ATC 쥐 모델은 TPO-cre/ERT2에 의해 유전자형이 결정되었습니다. 브라프^CA/wt; Trp53 ex2-10^/ex2-10 및 타목시펜으로 복강내 주사로 유도. 쥐 모델을 사용하여 종양 역학(유도 4개월 후 종양 크기는 12.4mm2 내지 32.5mm2 범위), 생존율(평균 생존 기간은 130일) 및 전이(폐 전이는 마우스의 91.6%에서 발생함) 곡선 및 병리학적 특징(Cd8, Foxp3, F4/80, Cd206, Ki67 및 Caspase-3 면역조직화학적 염색으로 특징지어짐). 결과는 자발적인 mATC가 인간 ATC 종양과 매우 유사한 종양 역학 및 면역학적 미세 환경을 가지고 있음을 나타냅니다. 결론적으로, 병태생리학적 특징과 통일된 유전자형의 높은 유사성으로 mATC 모델은 임상 ATC 조직 및 샘플 이질성의 부족을 어느 정도 해결했습니다. 따라서 ATC의 메커니즘 및 중개 연구를 촉진하고 ATC에 대한 소분자 약물 및 면역요법제의 치료 가능성을 조사하기 위한 접근 방식을 제공할 것입니다.

서문

갑상선암은 가장 흔한 내분비 악성 종양 중 하나이다¹, 갑상선 상피에서 유래한다. 최근 몇 년 동안 갑상선암의 발병률은 전 세계적으로 급격히 증가하고^{있습니다 2}. 갑상선암은 종양 세포 분화 정도에 따라 크게 종류가 뚜렷할 수 있다. 임상 행동 및 조직학에 기초하여 갑상선 암종은 유두상 갑상선 암종(PTC) 및 여포성 갑상선 암종(FTC), 저분화 암종(PDTC), 미분화 또는 역형성 갑상선 암종(ATC)^을 포함한 잘 분화된 암종으로 나뉩니다3. 경미한 행동과 더 나은 예후를 보이는 흔한 유형인 PTC와는 대조적으로⁴, ATC는 모든 갑상선 종양의 2%에서 3%를 차지하는 희귀하고 매우 공격적인 악성 종양이다⁵. ATC는 드물지만 갑상선암 관련 사망의 약 50%를 차지하며 생존율(6-8개월)^이 낮습니다^6,7. ATC 사례의 50% 이상이 폐 전이로 진단된다⁸. ATC의 공격적인 특성 외에도 클리닉에서 제한된 효과적인 치료법이 개발되었습니다. 따라서 ATC 환자는 암울한 예후를 보입니다 9,10,11. 이는 ATC 및 치료의 발달을 뒷받침하는 분자 메커니즘에 대한 더 심층적인 연구가 시급히 필요함을 시사합니다.

ATC의 종양 형성은 역동적인 역분화 과정입니다. 임상 연구의 각 단계에서 인간 종양 샘플을 수집하는 데 어려움이 있기 때문에 잘 분화된 암종에서 미분화된 암종으로의 발달 메커니즘에 대한 이해가 방해를 받았습니다. 대조적으로, 쥐 ATC 모델(mATC)의 사용은 전체 종양 형성 과정에서 mATC 샘플 수집에 유리합니다. 따라서 우리는 역동적인 역분화 과정을 분석하여 종양 형성 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있습니다. 또한, 임상 ATC 샘플의 이질성은 분자 메커니즘을 이해하는 데 어려움에 기여했습니다. 그럼에도 불구하고 생쥐는 동일한 유전적 배경을 공유하고 유사한 생활 환경에서 유지되어 각 종양의 일관성을 보장했습니다. 이것은 ATC 개발^12,13,14의 일반화된 역할을 탐색하는 것을 용이하게 합니다. 또한, mATC는 해부학적 위치 및 조직 특이적 미세 환경의 영향을 복원할 수 있는 제자리 종양 모델입니다. 따라서 일반적으로 사용되는 면역 결핍 마우스와 비교하여 mATC는 손상되지 않은 면역 체계와 면역 미세 환경을 가진 자발적인 쥐 모델입니다.

따라서 우리는 역분화 갑상선 암종의 병리학적 특징을 재현할 수 있는 쥐 모델인 C57BL/6 균주로 조건부 유도 mATC를 구성했습니다. 이 모델을 기반으로 mATC의 분자 기반, 구성 아이디어, 병리학적 특징 및 응용에 대한 간략한 개요를 제공했습니다. 또한, mATC의 종양 성장, 생존 기간, 전이 및 병리학적 특징을 관찰하고 보고하였다. 우리는 이것이 다른 연구자들이 이 모델을 더 쉽게 사용하는 데 도움이 되는 정보 개요가 될 것이라고 믿습니다.

우리는 McFadden¹⁵에 의해 처음 보고된 조건부 유도성 mATC 모델을 구성했습니다. 처음에는 TPO-cre/ERT2, Braf flox/wt 및 Trp53^flox/wt와 같은 마우스를 구성했습니다. 구체적으로, TPO-cre/ERT2 마우스는 cre-ERT2 융합 유전자(인간 에스트로겐 수용체 리간드 결합 도메인에 융합된 cre 재조합효소)의 발현을 유도하는 인간 갑상선 과산화효소(TPO) 프로모터(갑상선 특이적 프로모터)를 포함했습니다. Cre-ERT2는 일반적으로 세포질에 국한되어 타목시펜에 노출되었을 때만 핵으로 들어가며, 이는 cre가 재조합 효소 활성을 발휘하도록 유도합니다. 마우스가 loxP-측면 서열을 운반하는 마우스와 교배될 때, 타목시펜 유도 후, cre-매개 재조합은 갑상선 세포에서 플록싱된 서열을 삭제하여 특정 유전자를 녹아웃하거나 노킹하는 목적을 달성합니다.

또한, Braf ^flox/wt 마우스는 cre-loxP 시스템을 기반으로 하는 인간 Braf의 녹인 대립유전자입니다. Braf^flox/wt 쥐 전사체는 내인성 엑손 1-14 및 loxP-측면 인간 엑손 15-18에 의해 암호화됩니다. 플록스된 영역의 cre-매개 절제 후, 돌연변이 엑손 15(인간 암에서 구성적으로 활성인 Braf V600E와 연결된 ^V600E 아미노산 치환으로 변형됨) 및 내인성 엑손 16-18을 사용하여 전사체를 생성합니다. 또한, Trp53 ^flox/wt 마우스는 인간 Trp53의 녹아웃 대립유전자이며 Trp53의 엑손 2-10 측면에 loxP 부위가 있습니다. cre 재조합효소가 있는 마우스와 교배될 때, cre-매개 재조합은 플록스된 서열을 삭제하여 Trp53을 녹아웃시킵니다. 그런 다음 TPO-cre/ERT2, Braf flox/w 및 Trp53^flox/wt 마우스를 교배하여 TB(TPO-cre^/ERT2; 브라프^플록스/wt) 마우스 및 TBP(TPO-cre/ERT2; 브라프^플록스/wt; Trp53^플록스/wt) PTC 및 ATC를 생성하는 데 사용할 수 있는 마우스. 약 8주 후, 마우스는 옥수수 기름에 용해된 150mg/kg 타목시펜을 2회 투여하여 복강내(i.p.) 투여하도록 유도했습니다. 종양 성장은 고주파 초음파로 모니터링할 수 있습니다(초음파의 첫 번째 시점은 0일로 기록됨). 초기 초음파 촬영은 타목시펜 도입 40일 후에 수행되었습니다.

프로토콜

여기에 설명된 동물 절차는 중국 쓰촨성 청두에 있는 쓰촨 대학교 서중국 병원 동물 윤리 위원회의 승인을 받아 수행되었습니다.

1. TBP 마우스의 유도

1. 생쥐 유전자형 확인
   1. 약 3 주에 암컷 쥐와 수컷 쥐를 분리하십시오. 동시에 귀 태그 클램프를 사용하여 귀 태그를 고정하십시오. 귀 태그는 귀의 아래쪽 절반과 중간 1/3에 배치하고 모세혈관이 가장 많이 집중된 부위를 피하십시오.
   2. 부드럽지만 안전하게 마우스를 제지하십시오. 마우스 꼬리 바닥을 단단히 잡습니다. 쥐가 잡을 수 있는 표면에 마우스를 놓습니다.
   3. 자유 손을 어깨 위에 부드럽게 그러나 단단히 놓은 다음 엄지 손가락과 집게 손가락 사이의 목덜미를 빠르게 잡습니다. 새끼 손가락으로 꼬리를 잡으십시오.
   4. 알코올로 꼬리를 닦으십시오. 멸균 가위를 사용하여 피부 샘플을 <5mm로 잘라내어 라벨이 있는 깨끗한 샘플 용기에 넣습니다. 생쥐의 모피를 제거 할 필요는 없습니다. 지혈을 얻기 위해 멸균 스폰지로 꼬리를 압축하십시오.
   5. 다음으로, 쥐 꼬리를 용해하고 중합효소연쇄반응(PCR)을 수행하여 유전자형을 확인합니다.
      알림: 쥐 꼬리 하나를 자른 후 쥐 꼬리 사이의 유전자가 상호 오염되지 않도록 가위 표면을 알코올 면으로 닦아야 합니다. 새장에 넣은 후 생쥐를 5분 동안 관찰하여 상처 부위에서 출혈 징후가 있는지 확인해야 합니다. 본 연구에 사용된 프라이머 목록 및 PCR 설정에 대해서는 표 1 을 참조한다.
2. 타목시펜 유도 TBP 마우스
   1. 타목시펜 0.3g의 무게를 측정하고 20mg/mL의 농도로 초음파(전력 = 20%, 지속 시간 = 20분, 온도 = 4°C)로 옥수수 기름 15mL에 용해합니다. 4 °C에서 보관하십시오.
      알림: 타목시펜은 빛에 민감하므로 갈색 용기에 넣어야 합니다.
   2. 약 8주에 전자 저울로 생쥐의 체중을 측정하고 i.p. 타목시펜을 150mg/kg의 용량으로 1주 간격으로 두 번 투여합니다.

2. 마우스 갑상선 종양 및 전이성 종양의 해부 및 영상

1. 준비
   1. 멸균 가위와 집게, 멸균 칼날, 75% 알코올 스프레이 병, 20cm 직선, 버니어 캘리퍼스, 종이 타월 및 알코올 면과 같은 해부 도구를 준비합니다.
   2. 마우스 조직 고정 용액: 4% 파라포름알데히드 조직 고정 용액을 준비합니다.
   3. 임시 조직 보관을 위해 약 10mL의 멸균 인산염 완충 식염수(PBS)로 채워진 10cm 접시를 세척하고 조직 표면의 혈액을 세척합니다.
2. 갑상선 추출
   1. 마우스를 이산화탄소로 2.0L/min의 유속으로 5분 동안 안락사시킵니다. 새장에서 마우스를 제거하고 자궁 경부 탈구를 수행하십시오.
   2. 복부 쪽이 위를 향하고 머리가 실험자로부터 멀어지도록 해부 보드에 마우스를 놓고 멸균 주사기 바늘로 해부 보드에 팔다리를 고정합니다. 갑상선 조직을보다 편리하게 제거하려면 다른 멸균 주사기 바늘을 사용하여 머리를 고정하십시오.
   3. 클로르헥시딘 또는 포비돈 요오드 스크럽을 세 번 번갈아 가며 75% 알코올로 목을 소독합니다. 그런 다음 멸균 가위와 집게로 쇄골 중앙 위에 작은 절개를하십시오.
   4. 입까지 정중선을 계속 절개합니다. 턱밑샘을 찾아 제거하여 갑상선 연골과 기관 근처에 위치한 갑상선의 해부학 적 위치를 노출시킵니다.
   5. 갑상선을 찾아 멸균 가위로 목 부위의 나머지 부분에서 갑상선을 조심스럽게 해부 한 다음 제거 된 갑상선을 10mL의 멸균 PBS로 채워진 10cm 접시에 넣습니다.
      알림: 갑상선을 제거하는 동안 부드럽고 천천히 목 혈관을 절단하지 마십시오. 목 혈관이 절단되면 목에 즉시 혈액이 채워지고 갑상선의 해부학 적 위치를 노출시키기 위해 알코올 스폰지로 혈액을 즉시 제거해야합니다. 갑상선 조직을 제거하기 전에 갑상선의 좌우 엽의 특성 (크기, 모양 등)을주의 깊게 관찰하여 제거 후 갑상선의 좌우 엽을 구별 할 수 없도록하십시오.
   6. 멸균 PBS에서는 멸균 가위로 갑상선 조직 표면에서 혈액을 제거하고 기관을 조심스럽게 잘라냅니다. 그런 다음 갑상선 조직을 멸균 천에 놓고 버니어 캘리퍼스로 갑상선의 좌우 엽의 크기를 측정합니다.
   7. 갑상선의 왼쪽과 오른쪽 엽을 멸균 블레이드로 두 부분으로 나눕니다. 고정을 위해 한 부분을 4% 파라포름알데히드 용액 2mL에 넣고 다른 부분을 액체 질소에 넣어 보존합니다.
3. 폐 및 간 추출
   1. 클로르헥시딘 또는 포비돈 요오드 스크럽과 75 % 알코올을 3 회 번갈아 가며 복부를 소독하십시오. 그런 다음 쥐의 음경 바로 위를 꼬집고 작은 절개를 하고 복부의 정중선을 따라 쇄골하 뼈까지 자르고 복강을 노출시킵니다.
   2. 복부 윗부분에서 간을 찾아 조심스럽게 제거하십시오. 간을 멸균 PBS에 넣습니다.
   3. 흉강을 노출시키기 위해 갈비뼈를 따라 다이어프램을 조심스럽게 자릅니다. 그런 다음 흉골을 잡고 위로 당겨 공간을 더 넓힙니다. 폐를 찾아서 제거하십시오. 제거된 폐를 멸균 PBS에 넣습니다.
   4. 폐와 간에 전이가 있는지 심하게 관찰하십시오. 전이 횟수를 세고 디지털 기록을 남깁니다. 그런 다음 멸균 블레이드를 사용하여 폐와 간 조직을 두 부분으로 나눕니다. 고정을 위해 한 부분을 4% 파라포름알데히드 용액 3mL에 넣고 보존을 위해 다른 부분을 액체 질소에 넣습니다.
   5. 조직 탈수
      1. 티슈를 탈수 상자에 넣으십시오. 다음과 같이 그라디언트 알코올 탈수에서 탈수 상자를 바구니에 넣으십시오 : 1 시간 동안 70 % 알코올; 1 시간 동안 80 % 알코올; 30 분 동안 95 % 알코올; 30 분 동안 95 % 알코올; 30분 동안 무수 에탄올 I; 30분 동안 무수 에탄올 II; 20분 동안 크실렌 I; 20분 동안 크실렌 II; 파라핀 왁스 I을 30분 동안 처리하였다; 1시간 동안 파라핀 왁스 II; 파라핀 왁스 III를 30분 동안 보관합니다.
   6. 왁스가 함침된 티슈를 임베딩 기계에 삽입합니다.
      1. 녹인 왁스를 먼저 임베딩 프레임에 넣습니다. 왁스가 굳기 전에 탈수 상자에서 티슈를 꺼내 임베딩 프레임에 넣은 다음 라벨을 부착하십시오.
      2. 냉동 테이블에서 왁스를 -20°C에서 식히십시오. 왁스가 굳은 후 임베딩 프레임에서 왁스 블록을 제거하고 다듬습니다.
   7. 트리밍 된 왁스 블록을 파라핀 슬라이서에 놓고 두께 5μm, 크기 2cm x 2cm로 설정합니다. 절편 후 절편을 45°C의 따뜻한 물로 스프레더에 띄워 조직을 평평하게 합니다. 슬라이드로 티슈를 집어 들고 65°C의 오븐에서 2시간 동안 굽습니다.
   8. 물이 마르고 왁스가 녹은 후, 티슈가 있는 슬라이드를 꺼내 헤마톡실린 및 에오신(HE) 및 면역조직화학(IHC) 염색에 사용한다¹⁶. 염색을 위해 섹션이 슬라이드에 부착되어 있는지 확인하십시오.

3. 원발성 종양 및 폐의 HE 염색

1. 탈랍
   1. 섹션이 있는 슬라이드를 자일렌에 10분 동안 넣습니다.
   2. 무수 알코올 (100 %) (2 병)에 각각 약 3 분 동안 옮깁니다.
   3. 95% 알코올(2병)에 각각 약 3분 동안 옮깁니다.
   4. 약 3 분 동안 80 % 알코올로 이동합니다.
   5. 약 3 분 동안 50 % 알코올로 이동합니다.
   6. 수돗물에 넣고 약 1분 동안 알코올을 씻어냅니다.
2. 얼룩
   1. 슬라이드를 헤마톡실린으로 8분 동안 이동합니다.
   2. 슬라이드를 물 속으로 1분 동안 움직여 헤마톡실린을 씻어냅니다. 조직이 파란색에서 빨간색으로 바뀝니다.
   3. 슬라이드를 약 30초 동안 1% 염산 알코올로 옮깁니다.
   4. 슬라이드를 물 속으로 옮기고 5분 동안 세척합니다.
   5. 슬라이드를 에오신에 90초 동안 옮긴 다음 5분 동안 물로 씻습니다.
   6. 슬라이드를 50% 알코올, 80% 알코올, 95% 알코올(2병) 및 무수 알코올(100%)(2병)에 각각 1분 동안 이동합니다.
   7. 슬라이드를 5분 동안 자일렌으로 이동합니다.
   8. 슬라이드가 건조되면 중성 수지로 밀봉하십시오.

결과

우리는 종양 성장, 마우스 생존 시간 및 병리학적 특성을 조사하기 위해 mATC를 유도했습니다. 유도 후, 마우스를 즉시 희생시키고, 샘플(갑상선, 폐 및 간)을 다음의 조건들 중 하나가 발견되면 수집하였다: 1) 종양 압박에 의한 호흡 곤란; 2) 식욕 감소 및 비정상적인 발성; 3) 비정상적으로 혼수 상태; 4) 20% 이상의 체중 감소. 샘플링 과정 동안, 우리는 모든 마우스(12/12)가 유도 후 성공적으로 종양을 ...

토론

갑상선 종양 해부를 위한 프로토콜 내의 중요한 단계
해부하는 동안 갑상선의 해부학 적 위치를 정확하게 이해해야합니다. 갑상선은 갑상선 연골과 기관 근처의 턱밑샘의 등쪽에 위치한 나비 모양의 샘입니다. 시술 과정에서 목 양쪽의 혈액 동맥을 절단하는 것은 조심스럽게 피했습니다.

mATC 품종의 수정 및 문제 해결
ATC는 드물고 매우 공격적인...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
100x Citrate antigen retrieval solution (PH 6.0)	MXB	Cat# MVS-0101
50x EDTA antigen retrieval solution(pH 9.5)	ZSGB-GIO	Cat# ZLI-9071
Brafflox/wt mice	Collaboration with Institute of Life Science, eBond Pharmaceutical Technology Ltd, Chengdu, China
Caspase-3	Beyotime	Cat# AC033
CD8	Cell Signaling Technology	Cat# 98941; RRID:AB_2756376
CD206	Cell Signaling Technology	Cat# 24595; RRID:AB_2892682
Chamber for anesthesia induction	RWDlifescience
Enhanced DAB chromogenic kit	MXB	Cat# DAB-2031
Eosin staining solution	ZSGB-GIO	Cat# ZLI-9613
F4/80	Abcam	Cat# 100790; RRID:AB_10675322
Foxp3	Cell Signaling Technology	Cat# 12653; RRID:AB_2797979
Fully enclosed tissue dehydrator	Leica Biosystems	ASP300S
Hematoxylin staining solution	ZSGB-GIO	Cat# ZLI-9610
HistoCore Arcadia fully automatic tissue embedding machine	Leica Biosystems
Ki67	Beyotime	Cat# AF1738
Rotating Slicer	RWDlifescience	Minux S700
SPlink detection kits (Biotin-Streptavidin HRP Detection Systems)	ZSGB-GIO	Cat# SP-9001
TPO-cre/ERT2 mice	Collaboration with Institute of Life Science, eBond Pharmaceutical Technology Ltd, Chengdu, China
Trp53flox/wt mice	Collaboration with Institute of Life Science, eBond Pharmaceutical Technology Ltd, Chengdu, China
Ultrasonic cell crusher	Ningbo Xinyi Ultrasound Equipment Co., Ltd	JY92-IIN
Ultrasound gel	Keppler	KL-250
Ultrasound system	VisualSonics	Vevo 3100