Tobacco carcinogen-induced mouse lung adenocarcinoma cell lines as tools to identify novel lung cancer genes

Abstract

Cancer bears a heavy socio-economic burden to both economically developed and developing societies. The incidence of cancer has been increasing over the years due to the aging of the population and the augmenting occurrence of established cancer risk factors such as tobacco smoking. Lung cancer is the leading cause of cancer death worldwide. Carcinogen inflicted malignancies, including tobacco smoking derived lung adenocarcinoma, harbor thousands of mutations per genome. Over the last decades many new lung adenocarcinoma oncogenes have been identified and thus new anticancer agents have been introduced in the clinical practice. These agents have changed the prognosis and the quality of life of patients. However, due to limitations the underlying driver oncogenes remain unknown in approximately half of the cases. Although elaborate lung cancer genetic models exist they do not really recapitulate the human disease. The development of a faithful mouse model suitable for the identification of the missing lung cancer driving oncogenes and mutations remains an unmet and urgent research call. We managed to develop a methodology to obtain mouse lung adenocarcinoma cell lines from various strains (FVB and Balb/c) following repetitive exposure to the tobacco carcinogens: urethane and diethylnitrosamine. Importantly the resulting cell lines (n = 7) were immortal and phenotypically stable in vitro, oncogenic, metastatic and lethal in vivo. Moreover, these cells exhibited marked similarity with the human lung adenocarcinoma, including stemness features, Kras and Trp53 mutations. All cell lines overexpressed proliferin, a murine prolactin orthologue, functioning as a lung tumor promoter. Interestingly prolactin was found overexpressed and portended poor prognosis in human lung adenocarcinoma. In conclusion these cells closely resemble the human disease, providing invaluable vehicles for the discovery and functional investigation of the missing lung cancer genes, driving mutations, and promoting lung carcinogenesis molecular pathways and mechanisms. KEY WORDSlung; adenocarcinoma; tobacco; carcinogen; smoking; KRAS; TRP53

Η νόσος του καρκίνου αποτελεί ένα σημαντικό και βαρύ κοινωνικό-οικονομικό φορτίο τόσο για τις οικονομικά αναπτυγμένες όσο και για τις οικονομικά αναπτυσσόμενες κοινωνίες. Η συχνότητα της διάγνωσης καρκινικών περιστατικών δείχνει να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου λόγω της γήρανσης του πληθυσμού και της αδυναμίας περιορισμού της χρήσης παραγόντων οι οποίοι έχουν συσχετιστεί με τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου, όπως το κάπνισμα. Ο καρκίνος του πνεύμονα αποτελεί την κύρια αιτία θανάτου από καρκίνο παγκοσμίως. Οι κακοήθειες οι οποίες επάγονται από καρκινογόνα, συμπεριλαμβανομένου του πνευμονικού αδενοκαρκινώματος των καπνιστών, περιέχουν χιλιάδες μεταλλάξεις στο γονιδίωμά τους. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν ανακαλυφθεί και μελετηθεί πολλά νέα ογκογονίδια συσχετιζόμενα με το αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα με αποτέλεσμα να εισαχθούν στην κλινική πράξη νέοι αντικαρκινικοί παράγοντες οι οποίοι άλλαξαν την πρόγνωση των ασθενών και βελτίωσαν την ποιότητα της ζωής τους. Ωστόσο, λόγω περιορισμών σχεδόν στα μισά περιστατικά τα ογκογονίδια τα οποία ευθύνονται για την ανάπτυξη των νεοπλασμάτων δεν είναι δυνατό να εντοπιστούν και έτσι παραμένουν άγνωστα. Παρά την ύπαρξη περίτεχνων γενετικών μοντέλων ποντικών του καρκίνου του πνεύμονα, αδυνατούν να προσομοιώσουν την ανθρώπινη νόσο με ακρίβεια και πιστότητα. Η ανάπτυξη ενός αξιόπιστου μοντέλου ποντικών το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την εντοπισμό των ογκογονιδίων και μεταλλάξεων του καρκίνου πνεύμονα παραμένει μια μη ικανοποιημένη και ιδιαίτερα σημαντική ερευνητική ανάγκη. Καταφέραμε να αναπτύξουμε μια μεθοδολογία για τη δημιουργία κυτταρικών σειρών αδενοκαρκινώματος πνεύμονα ποντικού από διάφορα στελέχη μετά από επαναλαμβανόμενη έκθεση στις καρκινογόνες ουσίες του καπνού: ουρεθάνη και διαιθυλο νιτροζαμίνη. Οι κυτταρικές σειρές οι οποίες προέκυψαν (n = 7) ήταν αθάνατες και φαινοτυπικά σταθερές in vitro, ογκογόνες, μεταστατικές και θανατηφόρες in vivo. Οι επαγόμενες από χημικά καρκινογόνα του καπνού κυτταρικές σειρές παρουσίασαν αξιοσημείωτη ομοιότητα με το ανθρώπινο αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα, καθώς περιείχαν μεταλλάξεις στα γονίδια Kras και Trp53 και παρουσίασαν χαρακτηριστικές ιδιότητες των καρκινικών βλαστοκυττάρων. Ανακαλύψαμε ότι όλες οι κυτταρικές σειρές υπερέκφραζαν το γονίδιο Proliferin, ένα ορθολογo στον ποντικό για την ανθρώπινη προλακτίνη. Η λειτουργική μελέτη του γονιδίου έδειξε πως δρα ως υποκινητής για την αναπτυξη πνευμονικών όγκων. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός πως η προλακτίνη βρέθηκε υπερεκφρασμένη και συσχετίστηκε με κακή πρόγνωση στο ανθρώπινο αδενοκαρκίνωμα πνεύμονα. Συμπερασματικά τα κύτταρα αδενοκαρκινώματος πνεύμονα ποντικού τα οποία δημιουργήσαμε με τη χρήση καρκινογόνων του καπνού μοιάζουν με την ανθρώπινη νόσο του αδενοκαρκινώματος πνεύμονα. Ως εκ τούτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ένα πολύτιμο εργαλείο για την ανακάλυψη και τη λειτουργική διερεύνηση νέων ογκογονιδίων του αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα, των μεταλλάξεων που οδηγούν στην ανάπτυξή του και των βιολογικών μονοπατιών και μηχανισμών που προάγουν την πνευμονική καρκινογένεση.ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑπνεύμονας; αδενοκαρκίνωμα; καπνός; καρκινογόνο; κάπνισμα; KRAS; TRP53