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Dev Cell | 周斌研究组利用谱系示踪技术无缝隙捕捉体内肿瘤转移中的EMT过程


7月14日,国际知名学术期刊Developmental Cell在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)周斌研究组的研究成果“Genetic Fate Mapping of Transient Cell Fate Reveals N-cadherin Activity and Function in Tumor Metastasis”。

该研究提示在乳腺癌转移过程中,肿瘤细胞的上皮细胞向间充质细胞转换( epithelial-mesenchymal transition, EMT )具有异质性,原位肿瘤细胞会发生N-Cadherin依赖的EMT,并且发生N-Cadherin依赖的EMT的肿瘤细胞贡献形成了大部分的肺转移灶,而原位发生Vimentin依赖的EMT的肿瘤细胞并不会贡献形成肺转移灶。该工作为乳腺癌肿瘤转移的临床防治提供了重要基础信息和新的研究方向。

南模生物为该研究提供了Vim LSL-Dre;N-cad-LSL-Dre小鼠模型。

国家癌症中心发布的最新数据显示,乳腺癌是女性群体的最高发癌症,已经成为当前社会的重大公共卫生问题。原发的乳腺癌患者在手术治疗后加以适当的放疗或者化疗,具有较好的预后结果。但是由于乳腺癌细胞丧失了正常的细胞特性,细胞之间的连接变得松散,容易脱落,进入血液系统或者淋巴系统进行转移,在远端器官,如肺,骨,肝等器官处形成转移灶,威胁患者生命。因此对于乳腺癌转移方式及其机理的研究意义重大。

转移的肿瘤细胞是否发生上皮细胞向间充质细胞的转换一直是肿瘤研究领域的一大热点。在这个过程中,上皮细胞失去其特有的生物学特征,例如失去细胞极性,失去与基底膜的连接而被赋予一些间充质细胞的特性,细胞形态呈纺锤形,具有比较强的迁移和侵袭能力,具有抗凋亡和降解细胞外基质的能力。

传统的依赖Cre-LoxP的单同源重组谱系示踪技术虽然可以在体揭示细胞命运,但很难捕捉肿瘤模型中瞬时的、可逆的EMT过程。在本研究项目中,周斌研究组科研人员基于双同源重组系统创建无缝隙的谱系示踪技术,以自发性乳腺癌肿瘤模型小鼠MMTV-PyMT为研究对象,利用Kit-CreER来标记小鼠乳腺管腔上皮细胞,构建用于示踪EMT的基因敲入小鼠N-Cad-LSL-Dre和Vim-LSL-Dre,利用双同源报告基因小鼠NR1来同时示踪发生过和未发生过EMT的乳腺肿瘤细胞。

研究人员将Kit-CreER;EMTgene-LSL-Dre;NR1(EMTracer小鼠,EMTgene可以是一些公认的间充质细胞的分子标记,例如Vimentin和N-cadherin)与MMTV-PyMT配在一起,经他莫昔芬诱导后,Kit-CreER表达的Cre识别报告基因NR1和EMTgene-LSL-Dre两个基因上的LoxP位点发生同源重组。Kit-CreER与报告基因NR1的LoxP发生重组,使Kit+的上皮细胞被标记上绿色荧光蛋白(ZsGreen),可以谱系示踪Kit+的上皮细胞在乳腺稳态维持中的细胞命运(图A)。

Kit-CreER与EMTgene-LSL-Dre的LoxP发生重组,使介于两个LoxP之间的stop序列被切掉,当发生上皮细胞向间充质细胞的转换后,EMTgene就会启动表达,使EMTgene后面的Dre表达出来,与报告基因NR1的Rox发生同源重组,使报告基因NR1位于两个Rox位点之间的Rox-LoxP-stop-LoxP-ZsGreen-PolyA-Rox序列被切掉,从而启动红色荧光蛋白(tdTomato)的表达,使发生过EMT的细胞由之前的绿色荧光蛋白(ZsGreen)转变成红色荧光蛋白(tdTomato),实现对EMT的监测(图B)。

并且,EMTgene-LSL-Dre的stop序列被切掉以后,Dre将持续表达,尽管EMT过程可以是瞬时的、可逆的,利用EMTracer小鼠可以实现对EMT过程的持续监测,弥补了诱导型CreER在监测EMT过程的缺陷。

实验结果提示,乳腺原位发生过N-Cadherin依赖的EMT的肿瘤细胞会贡献形成大部分的肺转移灶,并且将N-Cadherin在乳腺肿瘤细胞中特异性敲除会减少肺转移灶的形成,减弱肿瘤细胞的转移能力,而乳腺原位发生过Vimentin依赖的EMT的肿瘤细胞不会贡献肺转移灶的形成,并且Vimentin全敲的乳腺肿瘤小鼠依然可以形成肺转移灶(图C)。

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注:本文转载自中国科学院生物化学与细胞生物学研究所官网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如有侵权行为,请联系我们,我们会及时删除。

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