Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Genetiği değiştirilmiş fare modellerinde ortaya çıkan tümörlerde terapötik hedefleri ve karşılık gelen insan tümör tipini belirlemek ve karşılaştırmak için genomik analizler ve fonksiyonel genomik ekranlar kullanan türler arası karşılaştırmalı bir onkogenomik yaklaşım geliştirdik.
Malign Periferik Sinir Kılıfı Tümörleri (MPNST'ler) Schwann hücrelerinden veya öncüllerinden türetilir. Tümör yatkınlık sendromu nörofibromatozis tip 1 (NF1) olan hastalarda, MPNST'ler en sık görülen malignite ve önde gelen ölüm nedenidir. Bu nadir ve agresif yumuşak doku sarkomları, 5 yıllık hastalıksız sağkalım oranlarının %34-60 olduğu keskin bir gelecek sunmaktadır. MPNST'li bireyler için tedavi seçenekleri hayal kırıklığı yaratacak şekilde sınırlıdır ve şekil bozucu cerrahi en önde gelen tedavi seçeneğidir. Ras sinyalinin bir inhibitörü olan tipifarnib gibi bir zamanlar umut vaat eden birçok tedavi klinik olarak başarısız olmuştur. Benzer şekilde, epidermal büyüme faktörünü (EFGR) hedefleyen erlotinib ve vasküler endotelyal büyüme faktörü reseptörünü (VEGF), trombosit kaynaklı büyüme faktörü reseptörünü (PDGF) ve Raf'ı hedefleyen sorafenib ile yapılan faz II klinik çalışmalar da standart kemoterapi ile kombinasyon halinde hastalarda yanıt üretememiştir.
Son yıllarda, kanser hücre hatlarının genetik profillemesi ile birleştirilen fonksiyonel genomik tarama yöntemlerinin, temel sitoplazmik sinyal yolaklarının tanımlanması ve hedefe özgü tedavilerin geliştirilmesi için yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Nadir tümör tipleri söz konusu olduğunda, türler arası karşılaştırmalı onkogenomik olarak bilinen bu yaklaşımın bir varyasyonu, yeni terapötik hedefleri belirlemek için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Türler arası karşılaştırmalı onkogenomikte, genetik olarak tasarlanmış fare (GEM) modellerinde genetik profilleme ve fonksiyonel genomik gerçekleştirilir ve sonuçlar daha sonra mevcut olan nadir insan örneklerinde ve hücre hatlarında doğrulanır.
Bu makale, tüm ekzom dizileme (WES) kullanılarak insan ve fare MPNST hücrelerinde aday sürücü gen mutasyonlarının nasıl tanımlanacağını açıklamaktadır. Daha sonra, fare ve insan MPNST hücrelerindeki kritik sinyal yollarını tanımlamak ve karşılaştırmak ve bu yollardaki ilaçlanabilir hedefleri belirlemek için genom ölçeğinde shRNA taramalarının nasıl gerçekleştirileceğini açıklıyoruz. Bu metodolojiler, çeşitli insan kanseri türlerinde yeni terapötik hedeflerin belirlenmesinde etkili bir yaklaşım sağlar.
Malign periferik sinir kılıfı tümörleri (MPNST'ler), tümör yatkınlık sendromu nörofibromatozis tip 1 (NF1) ile birlikte, sporadik olarak genel popülasyonda ve önceki radyoterapi bölgelerindeortaya çıkan oldukça agresif iğsi hücreli neoplazmlardır 1,2,3. NF1 hastaları, NF1 tümör baskılayıcı geninin vahşi tip bir kopyası ve fonksiyon kaybı mutasyonu olan ikinci bir NF1 aleli ile doğarlar. Bu haplo yetmezliği durumu, NF1 hastalarını, tümör oluşumunu tetikleyen vahşi tip NF1 genlerinde ikinci bir fonksiyon kaybı mutasyonuna duyarlı hale getirir. Bu "ikinci vuruş" NF1 mutasyonu Schwann hücre soyundaki bir hücrede meydana geldiğinde, ortaya çıkan tümör ya deride ortaya çıkan bir dermal nörofibrom ya da büyük sinirlerde veya sinir pleksuslarında gelişen bir pleksiform nörofibromdur. Dermal ve pleksiform nörofibromların patolojisi aynı olmasına rağmen, biyolojik davranışları oldukça farklıdır - hem dermal hem de pleksiform nörofibromlar iyi huylu olmasına rağmen, sadece pleksiform nörofibromlar dönüşüme uğrayabilir ve MPNST'lere yol açabilir. NF1 geni tarafından kodlanan Ras GTPaz aktive edici protein olan nörofibromin kaybına ek olarak, MPNST'ler, TP53 4,5,6,7, CDKN2A 8,9 ve PTEN 10 dahil olmak üzere diğer birçok tümör baskılayıcı genin mutasyonlarını taşır, policomb baskılayıcı kompleks 2 11,12 (PRC2 ; SUZ12 ve EED genleri) ve reseptör tirozin kinazların anormal ekspresyonu 1,2. NF1 ve yukarıda belirtilen diğer genlerin mutasyonları, sporadik ve radyasyona bağlı MPNST'lerdede mevcuttur 11,12.
MPNST'lerdeki genomik anormallikleri anlamamızdaki bu ilerlemeler, patogenezlerini anlamak için paha biçilmez olsa da, henüz MPNST'ler için etkili yeni tedavilerin geliştirilmesine yol açmamıştır. Yeni tedavilerin geliştirilmesini engelleyen önemli bir engel, MPNST'lerin nadir görülen kanserler olduğu gerçeğidir. Bu nedenle, Kanser Genom Atlası (TCGA) tarafından üstlenilenler gibi temel itici mutasyonları tanımlayan küresel analizler için gerekli olan çok sayıda hasta örneğini elde etmek zordur. Deneyimlerimize göre, mütevazı sayıda insan MPNST örneğinin bile biriktirilmesi yıllar alabilir. Bu tür sınırlamaların üstesinden gelmek için, diğer nadir kanser türlerini inceleyen birçok araştırmacı, temel sürücü gen mutasyonlarını tanımlamak, ilgilendikleri tümördeki temel sitoplazmik sinyal yollarını tanımlamak ve yeni terapötik hedefleri belirlemek için türler arası karşılaştırmalı onkogenomik kullanımına yönelmiştir. Tümör oluşumu için gerekli olan sinyal yolları, insanlar ve diğer omurgalı türleri arasında yüksek oranda korunduğundan, genom ölçekli shRNA ekranları gibi fonksiyonel genomik yaklaşımların uygulanması, bu yeni sürücü mutasyonları, sinyal yollarını ve terapötik hedefleri tanımlamanın etkili bir yolu olabilir 13,14,15,16,17,18,19, özellikle sınırlı sayıda mevcut olan nadir insan tümör tiplerini incelerken20.
Burada sunulan metodolojilerde, Schwann hücresine özgü büyüme faktörü nöregulin-1'in (NRG1) aşırı ekspresyonunun pleksiform nörofibromların patogenezini ve daha sonra MPNST'lere ilerlemesini teşvik ettiği genetik olarak tasarlanmış bir fare modeli (GEM) olan P 0-GGFβ3 farelerinden türetilen insan MPNST hücre hatlarında ve erken geçiş MPNST kültürlerinde genomik profilleme gerçekleştirmeye yönelik bu yaklaşımı açıklıyoruz 21, 22,23. Bu yaklaşımdaki ilk adım, P 0-GGFβ3 MPNST'lerde, insan MPNST hücre hatlarında ve cerrahi olarak rezeke edilen insan MPNST'lerinde aday sürücü genlerini tanımlamaktır. Bu mutasyonlardan etkilenen sinyal yollarını işlevsel olarak doğrulamak için, insan ve fare MPNST hücre hatlarında proliferasyon ve hayatta kalma için gerekli genleri tanımlamak için genom ölçeğinde shRNA ekranları kullanıyoruz. Proliferasyon ve hayatta kalma için gerekli genleri belirledikten sonra, İlaç Gen Etkileşimi Veritabanını kullanarak "hit" koleksiyonundaki ilaçlanabilir gen ürünlerini tanımlarız. Ayrıca, GEM modelinin ve insan MPNST'lerinin aynı genlere ve sinyal yollarına benzer bağımlılık gösterip göstermediğini belirlemek için insan ve fare MPNST hücrelerindeki "isabetleri" karşılaştırıyoruz. Proliferasyon ve hayatta kalma için gerekli genlerdeki örtüşmelerin ve etkilenen sinyal yolaklarının belirlenmesi, P 0-GGFβ3 fare modelini moleküler düzeyde doğrulamanın bir yolu olarak hizmet eder. Bu yaklaşım aynı zamanda, fare modelinin insan ekranlarının tamamlayıcısı olarak hizmet edebileceği yeni terapötik hedefleri belirlemek için insan ve fare ekranlarını birleştirmenin etkinliğini vurgulamaktadır. Bu türler arası yaklaşımın değeri, insan tümörlerinin ve hücre hatlarının elde edilmesinin zor olduğu nadir tümörlerde terapötik hedefler ararken özellikle belirgindir.
Çalışmalara başlamadan önce, Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) ve Kurumsal Biyogüvenlik Komitesi (IBC) tarafından gözden geçirilen ve onaylanan viral vektörlerin işlenmesine yönelik hayvan prosedürlerini ve protokollerini yaptırın. Burada açıklanan prosedürler, Güney Carolina Tıp Üniversitesi'nin IACUC ve IBC Kurulları tarafından onaylanmıştır ve NIH Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu ve MUSC'nin kurumsal hayvan bakımı yönergelerine uygun olarak uygun şekilde eğitilmiş personel tarafından gerçekleştirilmiştir.
1. WES-Seq Analizleri ve Patojenik Varyantların Tanımlanması
2. Genom Ölçekli shRNA Ekranları
NOT: Düşük geçişli tümör kültürlerine sahip genom ölçekli fonksiyonel ekranlar için kullanılabilecek çeşitli shRNA ve CRISPR kütüphaneleri mevcuttur. Burada örnek olarak CELLECTA DECIPHER shRNA kütüphanelerinin kullanımını açıklıyoruz. CELLECTA DECIPHER lentiviral shRNA kütüphaneleri, havuzlanmış formatta RNAi genetik taramaları için optimize edilmiştir. Her transkript en az 5-6 benzersiz shRNA tarafından hedeflenir ve her lentiviral shRNA vektörü, PCR primer bölgeleri ile çevrili benzersiz bir genetik barkod içerir. Bu kütüphaneler, insan ve fare hastalıklarıyla ilgili genlerin çoğunu kapsar, ancak genomdaki tüm genleri kapsamaz. Cellecta insan kütüphanesi plazmid DNA havuzları üç modülde (İnsan Modülü I, II, III; 15.377 geni hedefler) bulunurken, fare kütüphanesi plazmid havuzları iki modülde (Fare Modülleri I ve II; 9.145 geni hedefler) mevcuttur. Bu kütüphaneler, proliferasyon ve/veya hayatta kalma için gerekli olan hedeflenmiş genlerin viral transdüksiyondan sonra farklı zaman noktalarında farklı şekilde eksprese edildiği "bırakma" testlerini gerçekleştirmek için kullanılır.
3. Aday Terapötik Ajanlarla Zorlanan MPNST Hücrelerinde Hücre Sayıları ve Canlılığının Sitometre Testlerini Gerçekleştirin
Şekil 5 grafikleri, taranan her insan hücre hattında CEG olmayanlara (YANLIŞ olarak etiketlenmiş) kıyasla DOĞRU olarak etiketlenmiş temel temel genlerin (CEG'ler) tükenme puanlarını gösterir. Puanlar, genel puan dağılımının bir kutu grafiği temsili üzerinde çizilen bireysel genler için kat tükenme puanlarının log2'sini temsil eder. Her bir hücre hattındaki iki grup arasında tükenme puanlarının ortalamasında anlamlı bir fark olup olmadığını test etmek için...
Burada sunulan ayrıntılı yöntemler periferik sinir sistemi neoplazisi ve MPNST patogenezini incelemek için geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin etkili olduğunu bulmuş olsak da, burada tanımladığımız yöntemlerin bazı potansiyel sınırlamaları olduğu kabul edilmelidir. Aşağıda, bu sınırlamalardan bazılarını ve diğer model sistemlerde bunların üstesinden gelmek için potansiyel stratejileri tartışıyoruz.
Tüm ekzom diziliminin, P 0-GGFβ3 farelerinde ilgilenilen...
Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma, Ulusal Nörolojik Hastalıklar ve İnme Enstitüsü'nden (R01 NS048353 ve R01 NS109655 SLC'ye hibelerle desteklenmiştir; R01 NS109655-03S1'den D.P.J.'ye), Ulusal Kanser Enstitüsü (R01 CA122804'den SLC'ye) ve Savunma Bakanlığı (X81XWH-09-1-0086 ve W81XWH-12-1-0164'ten SLC'ye).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bioruptor Sonication System | Diagenode | UCD-600 | |
CASAVA 1.8.2 | |||
Cbot | Illumina, San Diego, CA | N/A | |
Celigo Image Cytometer | Nexcelom | N/A | |
Cellecta Barcode Analyzer and Deconvoluter software | |||
Citrisolve Hybrid | Decon Laboratories | 5989-27-5 | |
Corning 96-well Black Microplate | Millipore Sigma | CLS3603 | |
Diagenode Bioruptor 15ml conical tubes | Diagenode | C30010009 | |
dNTP mix | Clontech | 639210 | |
Eosin Y | Thermo Scientific | 7111 | |
Elution buffer | Qiagen | 19086 | |
Ethanol (200 Proof) | Decon Laboratories | 2716 | |
Excel | Microsoft | ||
FWDGEX 5’-CAAGCAGAAGACGGCATACGAGA-3’ | |||
FWDHTS 5’-TTCTCTGGCAAGCAAAAGACGGCATA-3’ | |||
GexSeqS (5’ AGAGGTTCAGAGTTCTACAGTCCGAA-3’ | HPLC purified | ||
GraphPad Prism | Dotmatics | ||
Harris Hematoxylin | Fisherbrand | 245-677 | |
Illumina HiScanSQ | Illumina, San Diego, CA | N/A | |
Paraformaldehyde (4%) | Thermo Scientific | J19943-K2 | |
PLUS Transfection Reagent | Thermo Scientific | 11514015 | |
Polybrene Transfection Reagent | Millipore Sigma | TR1003G | |
PureLink Quick PCR Purification Kit | Invitrogen | K310001 | |
Qiagen Buffer P1 | Qiagen | 19051 | |
Qiagen Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
RevGEX 5’-AATGATACGGCGACCACCGAGA-3’ | |||
RevHTS1 5’-TAGCCAACGCATCGCACAAGCCA-3’ | |||
Titanium Taq polymerase | Clontech | 639210 | |
Trimmomatic software | www.usadellab.org |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır