Zwierzęta laboratoryjne a bad gen BRCA 1, ARTYKUŁY NAUKOWE (probiotyki, mikroflora, germ-free)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Prace poglądowe
Zwierzęta laboratoryjne
w badaniach mutacji genu
BRCA1
BRCA1 gene mutations investigation
in laboratory animals
Dębska A.
,
Gruszczyńska J.
, Department
of Genetics and Animal Breeding Faculty of
Animal Sciences, Warsaw University of Life
Sciences – SGGW
Aleksandra Dębska, Joanna Gruszczyńska
z Katedry Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt Wydziału Nauk o Zwierzętach
Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
The purpose of this paper was to present the use
of laboratory animals in studying the BCRA1 gene
mutations. Over the past 18 years, since the dis-
covery of the BRCA1 gene, the scientists work-
ing on new experimental models tweaked to make
the most of their biology approach to the hu-
mans. Conventional and conditional mouse mod-
els have enabled researchers to describe the role
of BRCA1 in cell function. Genetic interactions be-
tween BRCA1 gene and protein involved in DNA
repair have also been discovered. Due to the high
similarity of dog and pig biology to humans, these
animal models ofer the greatest hope for further
research on BRCA1 gene. Speaking of experimen-
tal animals we should, of course, remember that
they are only research models which are as close
as possible but not identical to the humans. Biolo-
gy of mouse however, difers considerably from hu-
man. Further studies on BRCA1 gene mutations in
the context of tumor development and also cancer
therapy related to this gene, have to follow. Mod-
els improvement and experimental work on adapt-
ing the therapy to the individual needs would give
a great chance to help many patients having muta-
tions in the BRCA1 gene.
G
en
BRCA1
został sklonowany w 1994 r,
model z mutacją w eksonie 11 genu
Brca1
.
Miejsce mutacji zostało wybrane przez Liu
i wsp. (9) ze względu na to, że u człowieka
to właśnie w eksonie 11 genu
BRCA1
naj-
częściej występują mutacje, prowadzące do
zmian nowotworowych. Badacze zastoso-
wali w reakcji PCR sekwencje starterowe
eksonu 11 genu
BRCA1
, charakterystycz-
ne dla człowieka, co doprowadziło do am-
pliikacji genu
Brca1
u myszy. W doświad-
czeniu otrzymano potomstwo, w którym
wyróżniono 53% heterozygot i 47% homo-
zygot o genotypie dzikim. Wszystkie my-
szy rozwijały się prawidłowo i były zdro-
we (9). Ponieważ nie otrzymano żadnej
homozygoty o genotypie
Brca1(-/-)
, wy-
konano kojarzenie osobników hetero-
zygotycznych, a następnie całe uzyska-
ne potomstwo zgenotypowano. Wśród
97 przebadanych myszy nie otrzymano
ani jednego osobnika z mutacją w obu al-
lelach genu Brca1, co sugeruje letalność
homozygot
Brca1(-/-).
Liu i wsp. (9) zba-
dali również, na jakim etapie życia pło-
dowego zamierają embriony homozygo-
tyczne
Brca1(-/-)
pod względem mutacji.
Pobierali oni embriony od myszy w róż-
nych etapach ciąży: od 4,5 do 7,5 dnia em-
brionalnego. Embriony badane przez Liu
i wsp. (9) zamierały przed 8,5 dniem ży-
cia embrionalnego. W wyniku dalszych
badań, odkryto, że przyczyną letalności
embrionalnej homozygot
Brca1(-/-)
nie
jest zwiększona apoptoza, ale zmniejszo-
na zdolność do namnażania się komórek.
Doświadczenia przeprowadzone na mo-
delu myszy z mutacją w eksonie 11 genu
Brca1
wykazały niezwykle ważną funk-
cję, jaką gen
Brca1
pełni w rozwoju em-
brionalnym. Bierze on udział w procesach
związanych z gastrulacją i różnicowaniem
komórek (9).
Do podobnych wniosków doszedł Ha-
kem i jego zespół (7), wykonujący doświad-
czenia na myszach z mutacją w obrębie eks-
onu 5 i 6 genu
Brca1
. W potomstwie myszy
heterozygotycznych otrzymano, podobnie
jak u Liu i wsp. (9), tylko osobniki hetero-
zygotyczne
Brca1(+/-)
i homozygotyczne
Brca1(+/+)
, co potwierdza letalność ho-
mozygot
Brca1(-/-).
W celu sprawdzenia
wpływu usunięcia eksonu 5 i 6 na działa-
nie genu
Brca1
, przeanalizowano zarodki,
pochodzące z kojarzenia heterozygot. Ha-
kem i współpracownicy (7) wysnuli z tych
przez Miki i jego zespół (1). Gen ten
znajduje się w długim ramieniu chromoso-
mu 17 (17q21). Jest to duży gen obejmujący
80kpz DNA (2) i kodujący białko, składa-
jące się z 1863 aminokwasów (3).
BRCA1
jest genem supresorowym, kontrolują-
cym cykl komórkowy poprzez takie me-
chanizmy, jak apoptoza i naprawa DNA.
Jego rolą jest utrzymanie stałości genomu
(3). Gen ten jest aktywatorem transkryp-
cji, stanowi element systemu naprawcze-
go dwuniciowych pęknięć w DNA, a także
uczestniczy w remodelowaniu chromaty-
ny w kompleksie SWI/SNF (4).
BRCA1
za-
wiera dwa typy domen białkowych: pa-
lec RING przy N-końcu i dwie domeny
BRCT na C-końcu (5). Domena RING wią-
że białko BARD1, które w reakcji z biał-
kiem BRCA1 znosi mutacje w obrębie do-
meny RING BRCA1. Przypuszcza się, że
to kompleks BRCA1-BARD1 ma najwięk-
szy wpływ na proces nowotworzenia (4).
Rocznie około 12 tys. Polek choruje na
raka piersi. Przyjmuje się, że w 30% przy-
padków przyczyną choroby są predyspozy-
cje genetyczne, związane z mutacjami w ge-
nach
BRCA1
i
BRCA2
. U nosicielek muta-
cji w genie
BRCA1
ryzyko zachorowania na
raka piersi wynosi od 50 do 80%, a raka jaj-
nika około 40%. Nowotwory u tych osób po-
jawiają się zazwyczaj przed 50 rokiem życia.
W badaniach funkcji genu
BRCA1
jako
zwierzęta laboratoryjne wykorzystano my-
szy, szczury, świnie domowe, psy i kury.
Jednak podstawowym zwierzęcym mode-
lem doświadczalnym była mysz, ze wzglę-
du na łatwość hodowli, a także znajo-
mość genomu tego zwierzęcia (6). Gen
Brca1
u myszy znajduje się w chromo-
somie 11, koduje białko składające się
z 1812 aminokwasów. Z badaniami pro-
wadzonymi na myszach wiązano duże na-
dzieje, gdyż stwierdzono w 58% podobień-
stwo między białkiem BRCA1 myszy i czło-
wieka (7). Gen
Brca1
u tych gryzoni pełni
bardzo ważną rolę podczas wczesnej em-
briogenezy, ma wpływ na rozwój listków
zarodkowych i struktur nerwowych, a tak-
że na proliferację komórek (8).
Keywords:
BRCA1 gene mutations, experimental
models, laboratory animals.
badań wniosek, iż gen Brca1 jest niezwykle
ważny w okresie gastrulacji, gdyż zarodki
homozygotyczne o genotypie
Brca1
(-/-)
zamierały najpóźniej w 7,5 dniu życia em-
brionalnego, były również zdecydowanie
mniej rozwinięte niż zarodki o genotypach:
Brca1(+/+)
i
Brca1(+/-),
były mniej zróżni-
cowane i posiadały liczne wady rozwojowe.
Podobnie jak w doświadczeniu Liu i wsp.
(9), letalność zarodków homozygotycznych
była związana z obniżeniem zdolności ko-
mórek do proliferacji, a nie z apoptozą.
Kolejnym stworzonym modelem my-
szy był model Brca1
ex2
, w którym usunię-
ty został ekson 2 genu
Brca1
. Homozygo-
tyczne zarodki
Brca1(-/-)
, podobnie jak
w przypadku innych modeli myszy, za-
mierały w życiu płodowym, jednak doży-
wały nawet 13,5 dnia życia płodowego, ale
stwierdzono u nich liczne wady rozwojo-
we. Na etapie E8,5 były nadal bardzo sła-
bo zróżnicowane, podczas gdy prawidło-
wo rozwijające się zarodki powinny mieć
już wykształcone fałdy głowy. Osobniki
heterozygotyczne, podobnie jak w przy-
padku wcześniej omówionych doświad-
czeń, były utrzymywane przez kilkanaście
Konwencjonalne modele myszy
Jednym z pierwszych modeli, wyprowa-
dzonych w celu badania genu
Brca1
, był
21
Życie Weterynaryjne • 2013 • 88(1)
Prace poglądowe
miesięcy, aby zbadać ich skłonność do za-
padania na nowotwory. W doświadczeniu
Ludwig i wsp. (10) osobniki o genotypie
Brca1(+/-)
były utrzymywane do ukończe-
nia 15 miesiąca życia i żaden nie zachoro-
wał na nowotwór, co potwierdza tezę, że
u myszy mutacje w genie
Brca1
nie pre-
dysponują do zachorowania na nowotwór
sutka i jajnika (10).
Model myszy Brca1
1700T
, utworzony
przez Hohenstein i wsp. (11), zawiera mu-
tację, polegającą na usunięciu z końca 3’
genu
Brca1
domeny BRCT. Podobnie jak
inne modele konwencjonalne myszy, cha-
rakteryzuje się on letalnością homozygot
Brca1(-/-)
, jednak zarodki te rozwijają się
i żyją dłużej. Ich rozwój był zauważal-
ny nawet na etapie E9,5, a zarodki myszy
Brca1
1700T
wykształciły również mezoder-
mę, w przeciwieństwie do innych modeli
myszy doświadczalnych. U myszy hetero-
zygotycznych nie stwierdzono obecności
większej liczby guzów nowotworowych niż
u myszy o fenotypie dzikim do osiągnięcia
2 roku życia. Potwierdza to teorię Ludwig
i wsp. (10) o braku związku mutacji w ge-
nie
Brca1
u myszy z występowaniem u nich
nowotworów sutka i jajników.
W 2001 r. Ludwig i jego zespół (12)
wprowadzili 50 par zasad do eksonu
11 genu
Brca1
. Doświadczenie było wy-
konywane na myszach powstałych z krzy-
żowania szczepów C57BL/6J i 129/Sv. Ta-
kie tło genetyczne skutkowało otrzyma-
niem homozygot
Brca1(-/-)
po kojarzeniu
ze sobą heterozygot. Osobników homozy-
gotycznych było zdecydowanie mniej niż
oczekiwali tego badacze, stanowiły one za-
ledwie 4%, podczas gdy powinno ich być
około 25%. Było to spowodowane letalno-
ścią homozygot i licznymi wadami rozwo-
jowymi zarodków. Badacze wykonali rów-
nież krzyżowanie wsteczne z myszami 129/
Sv lub MF1, które dało zaskakujące wyniki.
Potomstwo było w 25% homozygotyczne
pod względem mutacji w genie
Brca1
, co
świadczy o braku zjawiska letalności ho-
mozygot. Jednakże myszy
Brca1(-/-)
wy-
kazywały niewielkie opóźnienie rozwo-
jowe, defekty w pigmentacji skóry, miały
także zakręcone ogony, a samce były nie-
płodne. Spośród 89 homozygot u 76 my-
szy, oprócz nowotworów sutka i jajnika,
pojawiły się także inne guzy nowotwo-
rowe. Średni wiek zachorowania myszy
wynosił około 1,4 roku i nie stwierdzono
wpływu płci na ich przeżywalność. Łącz-
nie u wszystkich zwierząt wykryto 92 róż-
nego rodzaju guzy, chłoniaki występowały
u nich w wieku od 1 do 24 miesięcy, a po-
zostałe typy nowotworów stwierdzono
tylko u osobników starszych niż 9 miesię-
cy. Model myszy Brca1
Tr
jest konwencjo-
nalnym modelem badawczym. Myszy te
wprawdzie mają skłonność do zapadania
na nowotwory, jednak schorzenia dotyczą
różnego rodzaju tkanek i narządów (13),
podczas gdy u człowieka gen
BRCA1
zwią-
zany jest z rakiem sutka i jajnika (1).
Myszy pochodzące z modelu Brca1
S971A
,
tak jak myszy Brca1
Tr
, są zwierzętami ze
skłonnościami do zachorowań na nowo-
twory. W wytworzeniu tego modelu wy-
korzystano związek między genem
BRCA1
a kinazą białkową CHK2. Oprócz wy-
stępowania mutacji CHK2 w chorobach
nowotworowych, związanych zespołem
Li-Fraumeni, dowiedziono również, że
mutacje genu
CHK2
występują w nowo-
tworach, związanych z genem
BRCA1
(14).
CHK2
wpływa poprzez fosforylację
na funkcjonowanie
BRCA1
po uszkodze-
niu DNA. Kim i wsp. (14) zbadali zależność
współdziałania
CHK2
i
BRCA1
na wystę-
powanie raka sutka. Badacze ci w tym celu
wywołali mutacje w miejscu fosforylacji
CHK2 w genie
Brca1
– S971A. Po otrzy-
maniu myszy heterozygotycznych prze-
prowadzono kojarzenie w celu wytwo-
rzenia myszy homozygotycznych o geno-
typie
Brca1(-/-).
W pokoleniu potomnym
otrzymano spodziewaną liczbę zwierząt,
u których do ukończenia 12 miesiąca ży-
cia nie zaobserwowano żadnych wad roz-
wojowych ani też niepłodności. Dowodzi
to braku wpływu mutacji w miejscu fosfo-
rylacji CHK2 genu
Brca1
na rozwój myszy.
Gdy myszy ukończyły 2 rok życia, prze-
prowadzono badanie 6 samic. U 4 z nich
wykryto liczne rozgałęzienia gruczołów
sutkowych z niewielkimi ogniskami roz-
rostowymi. U homozygotycznych samic
zauważono również nieprawidłowy roz-
rost macicy z naciekami powiększonych
naczyń krwionośnych.
W badaniu histologicznym wykryto
również polipy, a u 3 samic w ogóle nie
stwierdzono jajników, a jajniki pozostałych
były nieprawidłowo zbudowane. U bada-
nych myszy stwierdzono też obecność wą-
trobiaka i tłuszczaka. Wszystkie te dane po-
twierdzają skłonność myszy Brca1
S971A
do
zapadania na nowotwory (14). Ponieważ
fosforylacja CHK2 genu
BRCA1
następu-
je po uszkodzeniu DNA, Kim i wsp. (14)
badali wpływ promieniowania gamma na
zdrowie myszy. Zwierzęta naświetlane były
niewielką dawką cztery razy w odstępach
tygodniowych. U młodych myszy nie za-
obserwowano żadnych nieprawidłowości,
jednak u zwierząt o genotypie
Brca1(-/-)
w wieku 10–11 miesięcy wystąpił znaczny
przyrost masy, w porównaniu z myszami
o genotypie
Brca1(+/+)
, zmienił się rów-
nież kolor umaszczenia. W czasie 13 mie-
sięcy po naświetlaniu u wszystkich osob-
ników
Brca1(-/-)
zostały wykryte zmiany
w gruczołach sutkowych. Proces nowo-
tworowy wywołany promieniowaniem
gamma rozpoczynał się u myszy
Brca1(-/-
)
około trzeciego miesiąca życia. W wieku
12 miesięcy około 80% z nich miało guzy
nowotworowe. Spośród myszy o fenotypie
dzikim tylko u 15% stwierdzono wystąpie-
nie nowotworu.
Spośród opisanych modeli konwencjo-
nalnych jedynie myszy Brca1
Tr
i Brca1
S971A
mają skłonności do zapadania na nowotwo-
ry. Tylko u myszy pochodzących z tych mo-
deli udało się otrzymać zwierzęta homozy-
gotyczne o genotypie
Brca1(-/-)
. W przy-
padku pozostałych modeli występowało
zjawisko letalności homozygot, co unie-
możliwiało zbadanie wpływu mutacji w ge-
nie
Brca1
na występowanie zmian no-
wotworowych. Aby ominąć te problemy,
rozpoczęto badania na warunkowych mo-
delach myszy doświadczalnych (15).
Warunkowe modele myszy
Jednym z pierwszych modeli warunkowych
był wytworzony przez Xu i wsp. (16) mo-
del myszy Brca1
F11
. U tych myszy wystę-
powała mutacja w eksonie 11 genu
Brca1
,
wytworzona poprzez otoczenie tego eks-
onu z miejscami loxP. Badacze wytworzy-
li myszy z allelem warunkowym (Brca1
Co
),
z allelem zerowym (Brca1
Ko
) lub z transge-
nem Wap-Cre lub też MMTV-Cre. Trans-
gen MMTV-Cre jest aktywny w wielu tkan-
kach różnego rodzaju, natomiast WAP-Cre
tylko w tkance nabłonkowej sutka. Za-
równo użycie transgenu WAP-Cre, jak
i MMTV-Cre, przy usunięciu fragmentu
genu
Brca1
skutkowało nieprawidłowym
rozwojem gruczołu sutkowego. Badano
guzy u samic w różnych stadiach ciąży,
a także w trakcie laktacji i inwolucji gru-
czołu. U samic, u których użyto transge-
nu WAP-Cre, stwierdzono większe zmiany
w gruczole sutkowym niż u samic z trans-
genem MMTV-Cre.
Badanie metodą TUNEL gruczołów
sutkowych wykazało, że 20% komórek po-
branych z tych gruczołów podlega apop-
tozie, natomiast u samic o fenotypie dzi-
kim apoptozie nie podlegała ani jedna
komórka. W celu zbadania procesów no-
wotworowych skrzyżowano myszy o ge-
notypie
Brca1Ko/CoMMTV-Cre
z my-
szami o genotypie
Brca Ko/CoWap-Cre.
Wśród potomstwa młodszego niż 10 mie-
sięcy nie wykryto żadnego guza nowotwo-
rowego, natomiast wśród myszy w wieku
10–13 miesięcy pojawiły się guzy w gruczo-
łach sutkowych. Mimo pojawienia się no-
wotworów, badacze postawili hipotezę, iż
musi istnieć jakiś inny czynnik powodują-
cy zwiększenie zachorowalności, gdyż my-
szy chorowały w późniejszym wieku, a czę-
stość zachorowań była mała. Kariotypowa-
nie chromosomowe i badanie metodą FISH
wykazały, że gen
Trp53
jest jednym z czyn-
ników genetycznych, które hamują progre-
sję nowotworową u osobników z mutacją
warunkową genu
Brca1
(16). Teoria ta zo-
stała potwierdzona przez Brodie i wsp. (17),
22
Życie Weterynaryjne • 2013 • 88(1)
Prace poglądowe
którzy wykonywali doświadczenia na my-
szach Brca1
Co/Co
; MMTV-Cre, będące hete-
rozygotami pod względem mutacji w genie
p53
. U ponad połowy z nich wykryto guzy
nowotworowe w gruczole sutkowym, pod-
czas gdy u osobników bez mutacji w genie
p53
, ale ze zmienionym genem Brca1 było
to zjawisko sporadyczne.
Również Liu i wsp. (18) badali rolę
BRCA1
i
p53
w powstawaniu nowotwo-
rów sutka, za pomocą modelu doświad-
czalnego Brca1
F5-13
. Zauważono, że no-
wotwory związane z mutacjami w genie
BRCA1
mają pewne charakterystyczne ce-
chy, upodabniające je do raka sutka typu
podstawnego, gdyż mają wysoki stopień
proliferacji i skłonność do ekspansji. Liu
i wsp. (18) pracowali na modelu myszy,
u których zinaktywowano równocześnie
oba geny –
Brca1
i
p53
. Dzięki udziało-
wi w procesie tworzenia tego modelu do-
świadczalnego, osobnika K14cre, u któ-
rego rekombinaza Cre działała na tkankę
nabłonkową skóry i gruczołu sutkowego,
otrzymane w potomstwie samice cho-
rowały na raka skóry i sutka. Raka sut-
ka zdiagnozowano u 80% samic o geno-
typie
K14cre, Brca1F/F, p53F/F
, a śred-
ni wiek zachorowania wynosił 288 dni.
Guzy nowotworowe tych myszy bardziej
niż myszy z innych modeli przypomina-
ły nowotwór piersi u człowieka. Jest to
prawdopodobnie najlepszy z dotychczas
utworzonych modeli, ponieważ brak tu
zjawiska letalności homozygot, a doro-
słe osobniki chorują na nowotwory sut-
ka, które zbliżone są do tych występują-
cych u człowieka (18).
BRCA1 podlega silnej ekspresji pod-
czas procesu produkcji limfocytów, jed-
nak jego rola w tworzeniu tymocytów nie
została jeszcze wyjaśniona. Mak i jego ze-
spół (19) stworzyli model myszy, ze specy-
iczną dla limfocytów T mutacją w genie
Brca1
, wprowadzoną za pomocą systemu
Cre/lox. Celem ich badań była eliminacja
zjawiska letalności homozygot i zbada-
nie roli genu
Brca1
w procesie dojrzewa-
nia limfocytów T (19). U myszy wywoła-
no mutację polegającą na usunięciu ekso-
nu 5 i 6, a gen
Brca1
został zinaktywowany
w limfocytach T dzięki rekombinazie Cre,
pod kontrolą promotora Lck, charaktery-
stycznego dla limfocytów T. Badania wy-
kazały, że myszy, które posiadały mutacje
miały znacznie mniej tymocytów niż po-
zostałe osobniki, jednak ich grasice były
zbliżonych rozmiarów. Mak i wsp. (19) po-
twierdzili, że mutacje w genie
Brca1
mają
negatywny wpływ na proliferację komór-
kową, a ubytki w tym genie blokują prawi-
dłowy przebieg cyklu komórkowego (19).
Chandler i jej zespołowi (20) udało się
wyeliminować zjawisko letalności homo-
zygot poprzez wprowadzenie do hetero-
zygotycznej myszy Brca1
1700T
sztucznego
chromosomu bakteryjnego (BAC). Bada-
cze wykonywali doświadczenie na mode-
lu myszy, zawierającym gen
BRCA1
czło-
wieka. Wszystkie homozygotyczne osobni-
ki były płodne i rozwijały się prawidłowo,
a do ukończenia 18 miesiąca życia nie
wystąpił u nich żaden rodzaj nowotwo-
ru, co uniemożliwia badanie wpływu mu-
tacji w genie
BRCA1
na wystąpienie no-
wotworu (20).
u człowieka, jak i u psa większość złośli-
wych guzów gruczołu sutkowego stano-
wią gruczolaki, wywodzące się z tkanki
gruczołowej nabłonka, dające przerzuty
głównie do okolicznych węzłów chłonnych
i do płuc. Drugim ważnym podobieństwem
jest zwykle zaawansowany wiek chorych.
Potwierdzono wpływ mutacji w genach
BRCA1
i
BRCA2
na występowanie dzie-
dzicznych postaci raka sutka u psów. Ri-
vera i wsp. (23) badali szwedzką popula-
cję psów rasy angielski springer spaniel
pod kątem występowania mutacji w ge-
nie
BRCA1
. Rasa ta została wybrana do
badań ze względu na odnotowaną w tej
rasie bardzo dużą (36%) zachorowalność
na raka sutka. Badania, które przeprowa-
dził Rivera i jego zespół (23) potwierdza-
ją wpływ
BRCA1
na występowanie nowo-
tworu gruczołu sutkowego u psów. Jednak
niezbędne jest przeprowadzenie dalszych
badań ze względu na to, iż nieznane są
najczęstsze miejsca występowania muta-
cji, ani też mechanizmy funkcjonowania
tego genu u psów.
Jedynym zwierzęciem, niebędącym ssa-
kiem, którego gen
BRCA1
udało się sklo-
nować jest kura
(Gallus gallus).
Białko
BRCA1 u kury składa się z 1749 amino-
kwasów i jest podobne do białka człowie-
ka w 33%. Mimo niewielkiego podobień-
stwa, zachowane są powtórzenia BRCT
i domena RING. Oznacza to, że struktu-
ry te są niezwykle ważne dla funkcjono-
wania genu
BRCA1
. Orelli i wsp. (24) od-
kryli w
BRCA1
kury domowej 9 dodatko-
wych motywów, które mogą mieć duże
znaczenie dla jego działania, głównie ze
względu na wiązanie różnych białek, ta-
kich jak białko p53.
Doświadczenia na szczurach
Chen i wsp. (21) po raz pierwszy sklono-
wali gen
Brca1
u szczura. Gatunek ten
jest ciekawym wyborem ze względu na
szybką reakcję tych zwierząt na czynni-
ki kancerogenne, takie jak naświetlanie
czy związki chemiczne, a także ze wzglę-
du na to, że u nich nowotwór gruczołu
sutkowego ma inną etiologię niż wiruso-
wa. Gen
Brca1
szczura jest w 81% podob-
ny do
BRCA1
u człowieka, ale u tych gry-
zoni nie ma on znaczenia podczas roz-
woju dziedzicznych postaci nowotworów
gruczołu sutkowego, co potwierdzają ba-
dania Chen i wsp. (21) z użyciem DMBA
i naświetlania (21).
BRCA1 u innych gatunków zwierząt:
świni domowej, psa i kury
Gryzonie są najczęściej wykorzystywanymi
zwierzętami laboratoryjnymi, ze względu
na łatwość utrzymania, szybkie tempo roz-
rodu i poznany w dużym stopniu ich ge-
nom (6). Za wyborem świni domowej (
Sus
scrofa f. domestica
) do doświadczeń prze-
mawia zarówno zbliżony do genomu czło-
wieka, jak i podobny proces rozwoju na-
rządów, metabolizm i izjologia. Stosunko-
wo długi czas życia daje szansę na zbadanie
chorób występujących zwykle w zaawan-
sowanym wieku, takich jak choroby zwy-
rodnieniowe, a także nowotwory. U świni
domowej gen
BRCA1
znajduje się w chro-
mosomie 12 i zawiera 22 eksony, z których
najważniejszy, 11 ekson jest homologicz-
ny do eksonu 11 tego genu u człowieka.
Zarówno u świni, jak i u człowieka białko
BRCA1 składa się z 1863 aminokwasów,
a sekwencja aminokwasowa u obu tych
gatunków jest podobna w 74%. Luo i wsp.
(22) wyprowadzili model świni miniaturo-
wej, u której za pomocą transgenu rAAV
usunięto ekson 11 genu
BRCA1
. Zmuto-
wane komórki zostały u 3 loch wklonowa-
ne do macic. Urodziło się łącznie 8 prosiąt,
z których jedno było w typie dzikim, a resz-
ta była heterozygotami. Niestety wszyst-
kie prosięta padły w ciągu 18 dni z powo-
du nieprawidłowego funkcjonowania genu
BRCA1
, co uniemożliwiło przeprowadze-
nie dalszych badań (22).
U psa (
Canis familiaris
) bardzo często
występują nowotwory sutków. Zarówno
Terapia u nosicieli mutacji
w genie BRCA1
W ciągu 15 lat od odkrycia genu
BRCA1
nastąpił ogromny postęp w diagnosty-
ce genetycznej. Pacjent, będący nosicie-
lem mutacji w genie
BRCA1
jest świa-
domy zagrożenia, dlatego poddawany
jest regularnym i dokładnym badaniom,
umożliwiającym wykrycie nowotworu
we wczesnym stadium. Najbardziej sku-
tecznym sposobem zapobiegania nowo-
tworom związanym z mutacjami w ge-
nie
BRCA1
jest proilaktyczne usunięcie
zagrożonych narządów, co potwierdza-
ją badania Rebbecka i wsp. (25). Narod
i Oit (26) opisują, że na wystąpienie
raka piersi u nosicielek mutacji w genie
BRCA1
mają również wpływ inne czyn-
niki, takie jak długość okresu karmienia
piersią, liczba przebytych ciąży i wiek wy-
stąpienia pierwszej miesiączki (26). Mimo
braku receptorów estrogenowych w gu-
zach związanych z mutacjami w genie
BRCA1
, dowiedziono, że są one podatne
23
Życie Weterynaryjne • 2013 • 88(1)
Prace poglądowe
na zmiany o charakterze hormonalnym
(15). Potwierdzają to Narod i Oit (26),
którzy zauważyli, że proilaktyczne usu-
nięcie jajników u pacjentek z mutacją
w genie
BRCA1
zmniejsza ryzyko zacho-
rowania na raka piersi o 50%.
Ze względu na brak receptorów estro-
genowych w guzach związanych z muta-
cjami w genie
BRCA1
terapia hormonal-
na nie powinna być skuteczna. Mimo to
wykazano, że stosowanie tamoksyfenu,
będącego modulatorem receptora estro-
genowego, zmniejsza ryzyko zachorowa-
nia na nowotwory spowodowane zmiana-
mi w genie
BRCA1
(26). Poole i wsp. (27)
dowiedli skuteczności stosowania inhibi-
tora receptora progesteronu – mifepre-
stonu RU486 w proilaktyce raka gruczołu
sutkowego u myszy
Brca1f11/f1 p53f5&6/
f5&6Crec.
U wszystkich samic nowotwór
gruczołu sutkowego pojawiał się przed
ukończeniem 9 miesiąca życia, a po za-
stosowaniu mifeprestonu RU486 nie od-
notowano zachorowania u żadnej samicy
przed ukończeniem 12 miesiąca życia (27).
Z substancją tą związane są jednak liczne
kontrowersje, ponieważ u człowieka guzy
związane z mutacjami w genie
BRCA1
są
zwykle „potrójnie negatywne”, czyli nie
wykazują ekspresji receptorów estroge-
nowych, progesteronowych i receptorów
HER2, a ekspresja tych receptorów u ba-
danych myszy nie została sprawdzona.
Mifepreston RU486 jest oprócz tego an-
tagonistą receptora glikokortykoidu i to
z tą cechą może być związane zapobiega-
nie nowotworzeniu (15).
„Potrójna negatywność” guzów związa-
nych z mutacjami w genie
BRCA1
oznacza,
że nosiciele tych mutacji są oporni na te-
rapie hormonalne, a także na terapie ukie-
runkowane na HER2, takie jak lapatinib.
Powszechnie stosowane w chemioterapii
środki są niestety wysoce cytotoksyczne.
Nie ma więc odpowiedniej terapii dla osób
z mutacją w genie
BRCA1
, dlatego są one
leczone tradycyjną chemioterapią z wyko-
rzystaniem antracyklin i taksanów, co z po-
czątku daje dobre efekty, jednak często po-
jawiają się nawroty choroby (28).
Obecnie trwają badania nad inhibi-
torami PARP (polimeraza ADP-rybo-
zy), które wykorzystują w swoim dzia-
łaniu współpracę między genami. Jedną
z najważniejszych funkcji genu
BRCA1
jest bezbłędna naprawa uszkodzeń obu
nici łańcucha DNA za pomocą rekom-
binacji homologicznej. Komórki, w któ-
rych występuje mutacja są pozbawione
tej zdolności, stąd koncepcja, żeby wy-
wołać syntetyczną letalność tych komó-
rek za pomocą leków, które bezpośrednio
lub pośrednio wywoływałyby uszkodzenia
obu nici. Syntetyczna letalność jest zjawi-
skiem śmierci komórki wywołanej przez
mutacje w 2 genach naraz, jednakże żaden
z tych genów osobno nie spowodowałby
śmierci danej komórki. Wykorzystując
ten fakt w leczeniu nowotworów, moż-
na by było wyeliminować tylko komórki
zmienione nowotworowo, nie uszkadzając
prawidłowych, gdyż one miałyby uszko-
dzony tylko jeden gen (29). W ostatnich
latach wykazano, że na leczenie PARP po-
datne są zarówno guzy związane z muta-
cjami w genach
BRCA1
lub
BRCA2
, jak
i sporadyczne przypadki zachorowań na
inne nowotwory. PARP stosowany z gem-
citabiną i karboplatyną zwiększa szansę
przeżycia pacjentów z przerzutami (28).
Podobne działanie do PARP mają związ-
ki oparte na platynie, takie jak cisplatyna
czy karboplatyna, jednak ich ogromną
wadą jest wysoka toksyczność i mała do-
stępność biologiczna w przypadku poda-
nia doustnego. Ponadto możliwe jest na-
bycie oporności na cisplatynę (30), choć
jest to zależne od wielkości mutacji w ge-
nie
BRCA1
(28). U ludzi mutacje w genie
BRCA1
występują w różnych miejscach
i mają różny zakres, dlatego leczenie cho-
rych powinno być bardziej spersonalizo-
wane, gdyż u każdego człowieka efekt le-
czenia może być inny.
11. Hohenstein P., Kielman M. K., Breukel C., Bennett L. M.,
Wiseman R., Krimpenfort P., Cornelisse C., van Ommen
G. J., Devilee P., Fodde R.: A targeted mouse Brca1 mu-
tation removing the last BRCT repeat results in apopto-
sis and embryonic lethality at the headfold stage.
Onco-
gene
2001,
20
, 2544-2550.
12. Ludwig T., Fisher P., Ganesan S., Efstratiadis A.: Tumo-
rigenesis in mice carrying a truncating Brca1 mutation.
Genes Dev.
2001,
15
, 1188-1193.
13. Hohenstein P., Fodde R.: Of mice and (wo)men: genoty-
pe-phenotype correlations in BRCA1.
Hum. Mol. Genet.
2003,
12
, 271-277.
14. Kim S. S., Cao L., Li C., Xu X., Huber L. J., Chodosh L.
A., Deng C. X.: Uterus hyperplasia and increased carci-
nogen-induced tumorigenesis in mice carrying a targe-
ted mutation of the Chk2 phosphorylation site in Brca1
.
Mol. Cell. Biol.
2004,
24
, 9498-9507.
15. Drost R.M., Jonkers J.: Preclinical mouse models for
BRCA1 – associated breast cancer.
Br. J. Cancer
2009,
101
, 1651-1657.
16. Xu X., Wagner K. U., Larson D., Weaver Z., Li C., Ried T.,
Hennighausen L., Wynshaw-Boris A., Deng C. X.: Condi-
tional mutation of Brca1 in mammary epithelial cells re-
sults in blunted ductal morphogenesis and tumour for-
mation.
Nature genetics
1999,
22
, 37-43.
17. Brodie S. G., Xu X., Qiao W., Li W. M., Cao L., Deng C.
X.: Multiple genetic changes are associated with mam-
mary tumor genesis in Brca1 conditional knockout mice.
Oncogene
2001,
20
, 7514-7523.
18. Liu X., Holstege H., van der Gulden H., Treur-Mulder M.,
Zevenhoven J., Velds A., Kerkhoven R. M., van Vliet M.
H., Wessels L. F. A., Peterse J. L., Berns A.: Somatic loss
of BRCA1 and p53 in mice induces mammary tumors
with features of human BRCA1-mutated basal-like bre-
ast cancer.
PNAS
2007,
29
, 12111-12116
19. Mak T. W., Hakem A., McPherson J. P., Shehabeldin A.,
Zablocki E., Migon E., Duncan G. S., Bouchard D., Wa-
keham A., Cheung A., Karaskova J., Sarosi I., Squire J.,
Marth J., Hakem R.: Brca1 required for T cell lineage de-
velopment but not TCR loci rearrangement.
Nature
2000,
1
, 77-82
20. Chandler J., Hohenstein P., Swing D. A., Tessarollo L., Sha-
ran S. K.: Human BRCA1 gene rescues the embryonic le-
thality of Brca1 mutant mice,
Genesis
2001,
29
, 72-77.
21. Chen K. S., Shepel L. A., Haag J. D., Heil G. M., Gould M.
N.: Cloning, genetic mapping and expression studies of
the rat Brca1 gene.
Carcinogenesis
1996,
17(8)
, 1561-1566.
22. Luo Y., Li J., Liu Y., Lin L., Du Y., Li S., Yang H., Vajta G.,
Callesen H., Bolund L., Sørensen C. B.: High eiciency
of BRCA1 knockout using rAAV-mediated gene targe-
ting: developing a pig model for breast cancer.
Transge-
nic Res.
2011,
20
, 975-988.
23. Rivera P., Melin M., Biagi T., Fall T., Häggström J., Lind-
blad-Toh K., von Euler H.: Mammary tumor development
in dogs is associated with BRCA1 and BRCA2.
Cancer
Res.
2009,
69
, 8770-8774.
24. Orelli B. J., Logsdon Jr. J. M., Bishop D. K.: Nine novel con-
served motifs in BRCA1 identiied by the chicken ortho-
logue.
Oncogene
2001,
20
, 4433-4438.
25. Rebbeck T. R., Kauf N. D., Domcheck S. M.: Meta-analy-
sis of risk reduction estimates associated with risk-redu-
cing salpingo-oophorectomy in
BRCA1
or
BRCA2
mu-
tation carriers.
J. Natl. Cancer Inst.
2009,
2
, 80-87.
26. Narod S. A., Oit K.: Prevention and management of he-
reditary breast cancer.
J. Clin. Oncol.
2005,
23
, 1656-1663.
27. Poole A. J., Li Y., Kim Y., Lin S. C. J., Lee W. H., Lee E. Y.
H. P.: Prevention of Brca1-mediated mammary tumorige-
nesis in mice by a progesterone antagonist.
Science
2006,
314
, 1467-1470.
28. Michalak E. M., Jonkers J.: Studying therapy response
and resistance in mouse models for BRCA1-deicient
breast cancer
. J. Mammary Gland Biol. Neoplasia
2011,
16
, 41-50.
29. Ashworth A.: A synthetic lethal therapeutic approach: po-
ly(ADP) ribose polymerase inhibitors for the treatment
of cancers deicient in DNA double-strand break repair.
J. Clin. Oncol.
2008,
22
, 3785-3790.
30. Shafee N., Smith C. R., Wei S., Kim Y., Mills G. B., Horto-
bagyi G. N., Stanbridge E. J., Lee E. Y. H. P.: Cancer stem
cells contribute to cisplatin resistance in Brca1/p53 – me-
diated mouse mammary tumors.
Cancer Res.
2008,
68
,
3243–3250.
Piśmiennictwo
1. Miki Y., Swensen J., Shattuck-Eidens D., Futreal P. A., Har-
shman K., Tavtigian S., Liu Q., Cochran C., Bennet L. M.,
Ding W., Bell R., Rosenthal J., Hussey C., Tran T., McC-
lure M., Frye C., Hattier T., Phelps R., Haugen-Strano
A., Katcher H., Yakumo K., Gholami Z., Shafer D., Sto-
ne S., Bayer S., Wray C., Bogden R., Dayananth P, Ward
J., Tonin P., Narod S., Bristow P. K., Norris F. H., Helve-
ring L., Morrison P., Rosteck P., Lai M., Barrett J. C., Le-
wis C., Neuhausen S., Cannon-Albright L., Goldgar D.,
Wiseman R., Kamb A., Skolnick M. H.: A Strong Can-
didate for the Breast and Ovarian Cancer Susceptibility
Gene BRCA1.
Science
1994,
266
, 66-71.
2. Hall J. M., Lee M. K., Newman B., Morrow J. E., Ander-
son L. A., Huey B., King M. C.: Linkage of early-onset fa-
milial breast cancer to chromosome 17q21.
Science
1990,
250
, 1684-1689.
3. Kubista M., Rosner M., Miloloza A., Hofer K., Prusa A.,
Kroiss R., Marton E., Hengstschlager M.: BRCA1 and dif-
ferentiation.
Mutat. Res.
2002,
512
, 165-172.
4. Lee J. S., Chung J. H.:
Diverse functions of BRCA1 in
the DNA damage response.
Expert Rev. Mol. Med.
2001,
3
, 1-11.
5. Kim S. S., Cao L., Lim S. C., Li C., Wang R. H., Xu X., Ba-
chelier R., Deng C. X.: Hyperplasia and spontaneous tu-
mor development in the gynecologic system in mice lac-
king the BRCA1-Δ11 isoform.
Mol. Cell. Biol.
2006,
26
,
6983-6992.
6. Brylińska J., Kwiatkowska J.:
Zwierzęta laboratoryjne – me-
tody hodowli i doświadczeń.
Wyd. Universitas, Kraków
1996, s. 11-30.
7. Hakem R., de la Pompa J. L., Sirard C., Mo R., Woo M.,
Hakem A., Wakeham A., Potter J., Reitmair A., Billia F.,
Firpo E., Hui C. C., Roberts J., Rossant J., Mak T. W.:
he tumor suppressor gene Brca1 is required for em-
bryonic cellular proliferation in the mouse.
Cell
1996,
88
, 1009-1023.
8. O’Connell F. C., Martin F.: Laminin-rich extracellular ma-
trix association with mammary epithelial cells supresses
Brca1 expression.
Cell Death Difer.
2000,
7
, 360-367.
9. Liu C. Y., Fleksen-Nikitin A., Li S., Zeng Y., Lee W. H.:
Inactivation of the mouse Brca1 gene leads to failure in
the morphogenesis of the egg cylinder in early postim-
plantation development.
Genes Dev.
1996,
10
, 1835-1843.
10. Ludwig T., Chapman D. L., Papaioannou V. E., Efstratia-
dis A.: Targeted mutations of breast cancer suscepibili-
ty gene homologs in mice: lethal phenotypes of Brca1,
Brca2, Brca1/Brca2, Brca1/p53, Brca2/p53 nullizygous
embryos.
Genes Dev.
1997,
11
, 1226-1241.
Dr Joanna Gruszczyńska,
e-mail: joanna_gruszczynska@sggw.pl
24
Życie Weterynaryjne • 2013 • 88(1)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]