Le Colon-26 Carcinome portant une tumeur de la souris comme modèle pour l'étude du cancer cachexie
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
La fonte musculaire est une complication grave de différentes affections cliniques telles que le cancer, la septicémie, le foie, la cirrhose, l'insuffisance cardiaque et rénale, une maladie pulmonaire obstructive chronique, et le SIDA. En particulier, la fonte musculaire se manifeste dans au moins 50% des patients atteints d' un cancer 1. La perte de muscle squelettique dans le cancer résulte d'une dégradation accrue des protéines en raison de la sur-activation des systèmes squelettique protéolytiques musculaire et / ou de diminution de la synthèse des protéines 6. La lipolyse est également évidente, ce qui conduit à la destruction du tissu adipeux. Cliniquement, la cachexie est associée à une qualité réduite et la durée de vie et est estimée à être la cause de la mort dans 20 – 30% des patients atteints de cancer 7. L'utilisation de modèles expérimentaux qui ressemblent à la maladie humaine aussi près que possible serait bénéfique. Un modèle animal optimale se caractérise par une grande reproductibilité, ainsi que par une interférence limitée de différentes thérapies et des facteurs imprévisiblesl' alimentation, le sexe, et le fond génétique qui sont habituellement associés à l'état clinique 8. Jusqu'à présent, la cachexie cancéreuse a été étudiée principalement sur des modèles animaux caractérisés par la transplantation de cellules cancéreuses ou l'injection de substances cancérigènes, bien qu'une nouvelle méthode consiste à utiliser des souris transgéniques sensibles au développement d'un cancer.
Les souris portant le carcinome du C26 (également appelés côlon-26 et adénocarcinomes) représentent un modèle bien caractérisé et largement utilisé de la cachexie du cancer 2,5. La croissance des résultats de la tumeur C26 dans le corps et la perte de poids de muscle, principalement grâce à une meilleure graisse et de protéines catabolisme 9. En règle générale, une masse tumorale de 10% par rapport poids total du corps est associée à une réduction de 20 à 25% en poids du muscle squelettique et une plus grande diminution de la graisse de 3,10. Hépatomégalie et une splénomégalie sont également observées avec la croissance tumorale, ainsi que l'activation de la réponse en phase aiguë et l'élévation de la pro-inflales niveaux de cytokine mmatory 3,11. Parmi ceux – ci, il est bien connu que l' IL-6 joue un rôle central dans la médiation de l' atrophie musculaire dans le modèle C26, même si cette cytokine est probablement pas le seul inducteur de la cachexie 12. Élévation de l' IL-6 provoque une atrophie musculaire grâce à l' activation de la voie JAK / STAT3, et l' inhibition de ce facteur de transcription peut empêcher la perte de masse musculaire 3,4.
Pendant la fonte musculaire C26-induite, comme dans de nombreuses conditions de l' atrophie musculaire, la masse musculaire est perdu en grande partie grâce à des réductions dans le muscle teneur en protéines à travers les fibres musculaires, non pas par la mort cellulaire ou de la perte de fibres 13. Dans C26 cachexie, un déplacement vers les zones transversales plus petites est observée dans les deux fibres glycolytiques et oxydatives 2. Ceci est également compatible avec réduit la force musculaire 5. De nombreux groupes à travers le monde ont profité du modèle C26 afin de découvrir de nouveaux médiateurs de l'atrophie musculaire ou de médicaments cliniquement pertinentes pour le cancer cacHEXIA. Cependant, de nombreuses procédures différentes pour l'utilisation de ce modèle ont été rapportés, ce qui soulève des préoccupations quant à la cohérence des données obtenues et présentant des obstacles à la reproductibilité dans différentes conditions expérimentales. Nous rapportons ici une utilisation typique de ce modèle pour l'étude de la cachexie du cancer qui produit des données normalisées et reproductibles.
Protocol
Representative Results
Discussion
Surtout dans ses derniers stades, le cancer colorectal est associé au développement de la cachexie, qui est responsable des résultats et des réductions de la qualité de vie des patients les plus pauvres. De nombreuses études ont porté sur le traitement des pathologies secondaires au cancer; cependant, en dépit de nombreux efforts dans ce sens, il n'y a toujours aucun traitement approuvé pour la cachexie du cancer 21. Ainsi, il est impératif que les modèles animaux ressemblent aussi étroitement…
Divulgazioni
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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