Il Colon-26 Carcinoma tumore-cuscinetto mouse come un modello per lo studio del cancro cachessia
Summary
Mice bearing the Colon-26 (C26) carcinoma represent a classical model of cancer cachexia. Progressive muscle wasting occurs in association with tumor growth, over-expression of muscle-specific ubiquitin ligases, and reductions in muscle cross-sectional area. Fat loss is also observed. Cachexia is studied in a time-dependent manner with increasing severity of wasting.
Abstract
Cancer cachexia is the progressive loss of skeletal muscle mass and adipose tissue, negative nitrogen balance, anorexia, fatigue, inflammation, and activation of lipolysis and proteolysis systems. Cancer patients with cachexia benefit less from anti-neoplastic therapies and show increased mortality1. Several animal models have been established in order to investigate the molecular causes responsible for body and muscle wasting as a result of tumor growth. Here, we describe methodologies pertaining to a well-characterized model of cancer cachexia: mice bearing the C26 carcinoma2-4. Although this model is heavily used in cachexia research, different approaches make reproducibility a potential issue. The growth of the C26 tumor causes a marked and progressive loss of body and skeletal muscle mass, accompanied by reduced muscle cross-sectional area and muscle strength3-5. Adipose tissue is also lost. Wasting is coincident with elevated circulating levels of pro-inflammatory cytokines, particularly Interleukin-6 (IL-6)3, which is directly, although not entirely, responsible for C26 cachexia. It is well-accepted that a primary mechanism by which the C26 tumor induces muscle tissue depletion is the activation of skeletal muscle proteolytic systems. Thus, expression of muscle-specific ubiquitin ligases, such as atrogin-1/MAFbx and MuRF-1, represent an accepted method for the evaluation of the ongoing muscle catabolism2. Here, we present how to execute this model in a reproducible manner and how to excise several tissues and organs (the liver, spleen, and heart), as well as fat and skeletal muscles (the gastrocnemius, tibialis anterior, and quadriceps). We also provide useful protocols that describe how to perform muscle freezing, sectioning, and fiber size quantification.
Introduction
Atrofia muscolare è una grave complicanza di varie condizioni cliniche, come il cancro, la sepsi, il fegato, la cirrosi, il cuore e insufficienza renale, malattia polmonare ostruttiva cronica, e l'AIDS. In particolare, atrofia muscolare è evidente in almeno il 50% dei pazienti con tumore 1. La perdita del muscolo scheletrico nei risultati di cancro da degradazione delle proteine aumentato a causa della sovra-attivazione dei sistemi scheletrici proteolitici muscolare e / o da diminuita sintesi proteica 6. Lipolisi è anche evidente, che porta alla deplezione del tessuto adiposo. Clinicamente, cachessia è associato ad una ridotta qualità e la durata della vita e si stima che sia la causa della morte a 20 – 30% dei pazienti affetti da cancro 7. L'utilizzo di modelli sperimentali che assomigliano malattia umana più vicino possibile sarebbe vantaggioso. Un modello animale ottimale è caratterizzato da elevata riproducibilità, nonché da interferenze limitata da terapie diverse ei fattori imprevedibilidieta, il sesso e il background genetico che sono di solito associati con la condizione clinica 8. Finora, cachessia cancro è stata studiata principalmente in modelli animali caratterizzati da trapianto di cellule tumorali o iniezione di sostanze cancerogene, anche se un nuovo metodo è quello di utilizzare topi geneticamente modificati sensibili alla sviluppo del cancro.
Topi portatori di carcinoma C26 (noto anche come colon-26 e adenocarcinoma) rappresentano un modello ben caratterizzato e ampiamente usato di cachessia neoplastica 2,5. La crescita dei risultati tumorali C26 nel corpo e perdita di peso muscolare, soprattutto attraverso una maggiore grassi e proteine catabolismo 9. Generalmente, il peso del tumore 10% contro peso corporeo totale è associato ad una riduzione del 20-25% in peso, muscolo scheletrico e una maggiore deplezione di grasso 3,10. Epatomegalia e splenomegalia sono osservate anche con la crescita del tumore, insieme con l'attivazione della risposta di fase acuta e l'elevazione di pro-Inflalivelli di citochine mmatory 3,11. Tra questi, è noto che IL-6 svolge un ruolo chiave nella mediazione atrofia muscolare nel modello C26, anche se questa citochina non è probabilmente l'unico induttore di cachessia 12. Elevati di IL-6 provoca atrofia muscolare attraverso l'attivazione del pathway JAK / STAT3, e inibendo questo fattore di trascrizione può prevenire l'atrofia muscolare 3,4.
Durante atrofia muscolare C26-indotta, come in molte condizioni di atrofia muscolare, la massa muscolare è perso in gran parte attraverso la riduzione del contenuto di proteine muscolari attraverso fibre muscolari, non attraverso la morte delle cellule o la perdita di fibre 13. In C26 cachessia, uno spostamento verso aree di sezione trasversale più piccoli si osserva in entrambi i glycolytic e ossidative fibre 2. Questo è anche coerente con ridotta forza muscolare 5. Molti gruppi in tutto il mondo hanno approfittato del modello C26, al fine di scoprire nuovi mediatori di atrofia muscolare o farmaci clinicamente rilevanti per il cancro cachexia. Tuttavia, sono stati riportati molti diverse procedure per l'uso di questo modello, sollevando preoccupazioni per la coerenza dei dati ottenuti e posa barriere riproducibilità in diverse condizioni sperimentali. Qui riportiamo un utilizzo tipico di questo modello per lo studio della cachessia cancro che produce dati standardizzati e riproducibili.
Protocol
Representative Results
Discussion
Soprattutto nelle ultime fasi, cancro colorettale è associato con lo sviluppo di cachessia, che è responsabile per poveri risultati e riduzione della qualità della vita del paziente. Molti studi si sono concentrati sul trattamento di condizioni secondarie al cancro; Tuttavia, nonostante i numerosi sforzi in questa direzione, non c'è ancora una terapia approvato per cachessia neoplastica 21. Pertanto, è imperativo che i modelli animali assomigliano alla patologia umana più vicino possibile al fine di…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Richard Lieber and Shannon Bremner for their ImageJ macro and instructions. While at Thomas Jefferson University, this work was supported by the Pennsylvania Department of Health CURE Grant TJU No. 080-37038-AI0801. Subsequently, this study was supported by a grant to AB from the National Institutes of Health (R21CA190028), and by grants to TAZ from the National Institutes of Health (R01CA122596, R01CA194593), the IU Simon Cancer Center, the Lustgarten Foundation, the Lilly Foundation, Inc., and the IUPUI Pancreas Signature Center.
Materials
| Cell culture Flasks | Falcon – Becton Dickinson | 35-5001 | |
| DMEM | Cellgro | 10-017-CV | |
| FBS | Gibco | 26140 | |
| Streptomycin-Penicillin | Cellgro | 30-002-CI | |
| CD2F1 mice | Harlan | 060 | |
| Anesthesia apparatus | EZ-Anesthesia | EZ-7000 | |
| 2-Methyl Butane | Sigma-Aldrich | M32631 | |
| OCT | Tissue-Tek | 4583 | |
| Cryostat | Leica | CM1850 | |
| Cork disks | Electron Microscopy Sciences | 63305 | |
| Superfrost plus glass slides | VWR | 48311-703 | |
| Anti-Laminin Rabbit polyclonal antibody | Sigma-Aldrich | L9393 | |
| Anti-Dystrophin Mouse Monoclonal antibody | Vector Laboratories | VP-D508 | |
| Alexa Flour 594 anti-mouse IgG | Life Technologies | A11062 | |
| Alexa Flour 594 anti-rabbit IgG | Life Technologies | A21211 | |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | GHS216 | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | HT110332 | |
| Xylene | Acros Organics | 422680025 | |
| Cytoseal-XYL | Thermo | 8312-4 | |
| Microscope | Zeiss | Observer.Z1 | |
| Bamboo Tablet | Wacom | CTH-661 | |
| Prism 7.0 for Mac OS X | GraphPad Software, Inc. | ||
| Excel for Mac 2011 | Microsoft Corp. | ||
| Image J | US National Institutes of Health | IJ1.46 | http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html |
| Microtainer | BD | 365873 |
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