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Jun 07, 2023

La lesione impedisce l'espansione delle cellule mutanti di Ras nella pelle del mosaico

Nature volume 619, pagine 167–175 (2023) Cita questo articolo 11k Accessi 154 Dettagli sulle metriche alternative La pelle sana è un mosaico di cloni selvatici e mutanti1,2. Sebbene l'infortunio possa collaborare

Natura volume 619, pagine 167–175 (2023) Citare questo articolo

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La pelle sana è un mosaico di cloni selvatici e mutanti1,2. Sebbene il danno possa cooperare con le proteine ​​mutate della famiglia Ras per promuovere la tumorigenesi3,4,5,6,7,8,9,10,11,12, le conseguenze sulla pelle geneticamente a mosaico sono sconosciute. Qui mostriamo che dopo l'infortunio, le cellule wild-type sopprimono la crescita aberrante indotta da Ras oncogenico. Le cellule HrasG12V/+ e KrasG12D/+ surclassano le cellule wild-type nel tessuto a mosaico non danneggiato, ma la loro espansione è impedita dopo la lesione a causa di un aumento della frazione di cellule wild-type proliferanti. Meccanicisticamente, mostriamo che, a differenza delle cellule HrasG12V/+, le cellule wild-type rispondono alla secrezione autocrina e paracrina dei ligandi dell'EGFR e questa attivazione differenziale della via dell'EGFR spiega il passaggio competitivo durante la riparazione delle lesioni. L'inibizione della segnalazione dell'EGFR tramite farmaci o approcci genetici diminuisce la percentuale di divisione delle cellule wild-type dopo la lesione, portando all'espansione delle cellule HrasG12V/+. L'aumento della proliferazione delle cellule wild-type attraverso la perdita costitutiva dell'inibitore del ciclo cellulare p21 contrasta l'espansione delle cellule HrasG12V/+ anche in assenza di lesioni. Pertanto, il danno ha un ruolo nel cambiare l’equilibrio competitivo tra cellule oncogeniche e cellule selvatiche nella pelle geneticamente a mosaico.

Nel corso della nostra vita, acquisiamo mutazioni nella nostra pelle, a causa della sua costante esposizione agli insulti ambientali. Di conseguenza, la pelle fenotipicamente normale contiene un mosaico di cellule staminali epiteliali con mutazioni somatiche, inclusi geni associati allo sviluppo del cancro, come la famiglia GTPasi Ras1,2. L'attivazione costitutiva degli oncogeni Ras è stata identificata come l'evento genetico iniziale nel 3-30% dei carcinomi cutanei umani a cellule squamose13,14,15 (cSCC) e nei cSCC indotti sperimentalmente nei topi16,17. Nei modelli murini con espressione epiteliale a mosaico della forma attiva costitutiva di Hras (HrasG12V/+), le cellule mutanti superano le cellule wild-type e si espandono nell'epidermide cutanea non lesa18,19,20. Sebbene le cellule mutanti di Hras attivate siano tollerate all'interno dell'epitelio cutaneo altrimenti selvaggio e non danneggiato18,19,20, è stato dimostrato che il danno coopera con mutazioni oncogene per innescare la tumorigenesi in vari modelli murini3,4,5,6,7,8,9 ,10,11,12. Abbiamo ipotizzato che l'espansione delle cellule HrasG12V/+ nell'epidermide potrebbe rappresentare una vulnerabilità in caso di lesione; Le cellule HrasG12V/+ potrebbero espandersi ulteriormente e provocare tumori. Ad esempio, l’ambiente iperproliferativo generato durante la riparazione delle lesioni può stimolare ulteriormente il comportamento proliferativo delle cellule mutanti e interrompere la tolleranza del tessuto. Qui abbiamo studiato come il danno influenza il potenziale oncogenico di HrasG12V/+ all'interno di un contesto geneticamente mosaico e fenotipicamente rilevante.

L'epidermide cutanea stratificata è accessibile in modo univoco per l'osservazione diretta, che consente la visualizzazione dell'emergenza di una crescita aberrante alla risoluzione di una singola cellula. Lo strato basale contiene cellule staminali epidermiche, che possono autorinnovarsi per generare più cellule basali o differenziarsi e delaminarsi verso l'alto per sostituire le cellule esterne che formano barriera21,22 (Dati estesi Fig. 1a). Abbiamo ipotizzato che la riparazione delle lesioni cooperasse con l'attivazione costitutiva dell'oncogene Hras (HrasG12V) per promuovere la tumorigenesi nella pelle fenotipicamente normale, geneticamente a mosaico. Per testare questa ipotesi, abbiamo generato topi in cui potevamo indurre e seguire popolazioni di cellule mutanti HrasG12V/+ all'interno dell'epitelio wild-type (Krt14-CreER; flox and replace (FR)-HrasG12V/+; Lox-STOP-Lox (LSL )-tdPomodoro; Krt14-H2B–GFP; Metodi). In questi topi, il trattamento con tamoxifene attiva Cre nelle cellule basali che esprimono cheratina 14 e, a sua volta, induce la co-espressione di HrasG12V/+ dal suo promotore endogeno e da un reporter citoplasmatico fluorescente tdTomato che fornisce un'approssimazione delle cellule mutanti. Inoltre, questi topi esprimono anche l'istone H2B-GFP nelle cellule basali, che persiste durante tutta la differenziazione23, consentendo la visualizzazione di tutte le cellule staminali basali e della loro progenie (Fig. 1a). Abbiamo trattato i topi con tamoxifene a 3 settimane di età e, tre giorni dopo, abbiamo introdotto una lesione a tutto spessore fino alla cartilagine (biopsia con punch di 4 mm di diametro) in un orecchio. Abbiamo utilizzato due dosi di tamoxifene per stimolare l'espressione di HrasG12V/+ in circa il 99% delle cellule basali (HrasG12V/+ max) per ricapitolare studi precedenti di modelli omogenei3,4,5,24,25, o in circa il 65% delle cellule basali (mosaico HrasG12V/+) per imitare la pelle geneticamente a mosaico (Fig. 1b). Come controllo, abbiamo anche progettato Krt14-CreER; LSL-tdPomodoro; Topi Krt14-H2B-GFP e li hanno trattati in modo simile per guidare l'espressione di tdTomato in circa il 65% delle cellule basali di tipo selvaggio (mosaico di tipo selvaggio) (Fig. 1b). Eseguendo l'imaging longitudinale delle stesse regioni dell'epidermide cutanea e confrontando sempre i modelli di mosaico HrasG12V/+ con i modelli di mosaico wild-type, siamo stati in grado di controllare eventuali perdite del sistema CreER e studiare le conseguenze dell'espressione di HrasG12V/+ sul tessuto comportamenti generali e cellulari (vedi Metodi).