多步骤免疫感受态基因工程小鼠模型揭示葡萄膜黑色素瘤的表型可塑性

A Multistep Immune-Competent Genetically Engineered Mouse Model Reveals Phenotypic Plasticity in Uveal Melanoma

作者信息Xiaonan Xu, Xiaoxian Liu, Vinesh Jarajapu, Sathya Neelature Sriramareddy, Filip Konecny, Benjamin Posorske, James J Dollar, Xiao Liu, Neel Jasani, Kaizhen Wang, Nicol Mecozzi, Zulaida Soto-Vargas, Shaaron L Ochoa-Rios, Harini Murikipudi, Nhan Phan, Manon Chadourne, Jeffim N Kuznetsoff, John Sinard, Richard L Bennett, Jonathan D Licht, Keiran S M Smalley, J William Harbour, Xiaoqing Yu, Florian A Karreth
PMID41661679
发布时间2026-08-04
DOI10.1158/0008-5472.CAN-25-2684

实验完整度

包含基因工程小鼠模型构建、细胞系功能验证、移植模型(原位和肺、肝转移)、单细胞转录组、转录因子分析及跨物种比较等至少两个独立证据层级,并进行了功能验证。

主要模型

GnaqCA; Bap1CKO; MycCKI三突变小鼠 原位移植模型(NSG和C57BL/6) 尾静脉和脾内注射转移模型(NSG) GnaqCA小鼠原代胚胎成纤维细胞

重点核对

GnaqQ209L条件激活等位基因的构建及Cre重组验证 BAP1缺失通过CRISPR/Cas9敲除实现,需确认编辑效率 MYC激活依赖MycT58A等位基因,需确认其表达水平 肿瘤细胞移植途径(原位注射、尾静脉、脾内)和细胞数量 scRNA-seq数据分析流程(Seurat、inferCNV、RNA velocity)的参数设置

摘要

葡萄膜黑色素瘤(UM)是一种高度侵袭性的眼内恶性肿瘤,转移性疾病的治疗选择有限。现有的转基因UM小鼠模型不能充分模拟人类疾病进展,而移植模型缺乏免疫感受态,无法研究肿瘤免疫微环境和治疗干预。为解决这些局限性,我们开发了一种基因工程小鼠模型,结合了人类UM进展中涉及的逐步遗传改变。从内源基因座时空受控表达突变型GNAQQ209L诱导了有限外显率的脉络膜痣。伴随BAP1缺失增强了痣的形成,而进一步的MYC激活导致完全外显的眼内肿瘤,并具有播散潜力。单细胞RNA测序揭示恶性细胞分为黑色素细胞样和神经嵴样亚群,其特征是独特的转录和生物合成程序。轨迹分析推断肿瘤进展过程中从黑色素细胞样向神经嵴样状态去分化。与人类UM的比较揭示与高度侵袭性2级UM的共同点,包括基因表达特征和影响人类染色体8q上基因的拷贝数增加,超出激活的MYC等位基因,提示该染色体区域多个驱动因子的协同效应。肿瘤微环境以免疫抑制性巨噬细胞群和耗竭T细胞为特征,与人类UM高度相似。该生理相关、免疫感受态模型为研究UM生物学、功能表征候选驱动基因以及开发基于免疫的治疗策略提供了平台。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何构建能模拟人类葡萄膜黑色素瘤(UM)遗传进展和表型可塑性的免疫感受态小鼠模型,并解析其肿瘤微环境和恶性细胞异质性?
核心机制
GNAQQ209L突变起始脉络膜痣形成,BAP1缺失促进其进展,MYC激活驱动完全外显的眼内肿瘤;恶性细胞从黑色素细胞样状态向神经嵴样状态去分化,伴随染色体不稳定和免疫抑制微环境,这一过程可能受MYC活性降低和YAP/AP-1转录程序调控。
主要证据
基因工程小鼠模型(GnaqCA; Bap1CKO; MycCKI)形成肿瘤并发生肝脏微转移;scRNA-seq显示恶性细胞分为两种亚群,并定义去分化轨迹;交叉物种比较证实与人类2级UM相似;免疫荧光和组织学验证肿瘤细胞身份。
研究意义
提供临床前平台,用于研究UM生物学、功能验证候选驱动基因以及开发免疫治疗策略,尤其适用于研究肿瘤免疫微环境和免疫治疗反应。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建条件性GnaqQ209L等位基因

验证等位基因在Cre重组后能表达突变型GNAQ,并激活下游信号。

设计并构建GnaqCA等位基因,通过ES细胞打靶获得小鼠,从胚胎成纤维细胞感染Cre验证重组和表达。

2

诱导脉络膜痣形成

确定眼内GNAQQ209L表达是否能诱导脉络膜黑色素细胞增生。

通过脉络膜上腔注射表达Cre和荧光素酶的慢病毒,在GnaqCA小鼠眼内诱导基因重组,观察脉络膜增厚。

3

引入BAP1缺失增强痣形成

评估BAP1缺失是否促进GNAQ突变诱导的脉络膜痣进展为更明显的病变。

在GnaqCA; Cas9CKI小鼠眼内注射表达Cre和靶向Bap1 sgRNA的慢病毒,以实现BAP1敲除并观察病变。

4

添加MYC激活促进完全外显肿瘤

测试MYC是否作为协同癌基因驱动UM形成。

将GnaqCA; Bap1CKO小鼠与MycCKI(稳定型MYC T58A)小鼠杂交,获得三突变体,通过pL-CLB注射诱导眼内肿瘤,并评估生存和肿瘤特性。

5

建立转移模型

评估肿瘤细胞的转移潜能并模拟肝转移。

从原发肿瘤分离细胞,分别进行原位注射(NSG和C57BL/6)、尾静脉注射(NSG)和脾内注射(NSG)以观察远处转移。

6

单细胞转录组表征肿瘤异质性

解析肿瘤微环境中的细胞组成和恶性细胞状态。

对三突变小鼠肿瘤进行scRNA-seq,识别恶性细胞亚群、免疫细胞和基质细胞,并进行轨迹和转录因子分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
pKO2.2载体--Addgene #22676
GeneArtThermoFisher--
杀稻瘟菌素----
GnaqCA小鼠----
Cas9CKI小鼠The Jackson Laboratory#028551
MycCKI小鼠Elsa Flores--
TRIzolInvitrogen--
PrimeScript RT Master MixTakara--
GoTaq Green Master MixPromega--
JetPRIME转染试剂Polyplus--
Lenti-X浓缩液Takara Bio--
Lenti-X qRT-PCR滴度测定试剂盒Takara Bio--
Hamilton注射器--33-gauge
胰岛素注射器--30-gauge
肿瘤解离试剂盒Miltenyi BiotecRRID:SCR_020285
酪氨酸酶抗体Thermo FisherPA5-86066
Melan-A抗体Thermo FisherMA5-13232
MYC抗体ABclonalA19032
HRP标记二抗Vector LabsRRID:AB_2631198
DAB底物Vector LaboratoriesRRID:AB_2336520
RPE65抗体GeneTexGTX13826
SOX10抗体Cell Signaling Technology78330
含DAPI的ProLong Gold抗淬灭封片剂Thermo FisherP36931
自动化Opal九色免疫组化试剂盒AKOYA Biosciences--
BOND RX自动染色仪Leica BiosystemsRRID:SCR_025548
Phenolmager HT成像系统Akoya BiosciencesRRID:SCR_023772
HALO图像分析平台Indica LabsRRID:SCR_018350
NuPAGE 4-12%预制胶Thermo Fisher Scientific--
Gαq抗体Cell Signaling Technology14373
ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695
p-ERK抗体Cell Signaling Technology4370
YAP抗体Cell Signaling Technology4912
p-YAP抗体Cell Signaling Technology4911
BAP1抗体Abcamab255611
β-actin抗体InvitrogenAM4302
10X Genomics Chromium系统10X GenomicsRRID:SCR_025146
Nexcelom Cellometer K2细胞计数仪Nexcelom Bioscience LLCRRID:SCR_018656
Illumina NovaSeq6000测序仪IlluminaRRID:SCR_016387

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
基因型
小鼠基因型:GnaqCA; Bap1CKO; MycCKI三突变组合,且需要确保Gnaq、Bap1、Myc等位基因正确组合
阅读提示:详见Methods 'Animals'部分和Supplementary Table S1
病毒注射
病毒载体:pL-CLB(含Cre、Luciferase、sgBap1),使用剂量和注射方式(脉络膜上腔注射)
阅读提示:详见Methods 'Lentivirus production, concentration, and suprachoroidal administration'部分
肿瘤取材和细胞分离
肿瘤组织来源和细胞解离方法:使用Tumor Dissociation Kit,消化时间和温度,细胞活率需大于80%
阅读提示:详见Methods 'Orthotopic and metastatic transplant of murine uveal melanoma'部分
移植模型
移植细胞数量和注射途径:原位注射20,000细胞/2μL;尾静脉注射1,000,000细胞/100μL;脾内注射500,000细胞/100μL
阅读提示:详见Methods 'Orthotopic and metastatic transplant of murine uveal melanoma'部分
scRNA-seq分析
关键分析参数:Cell Ranger版本、Seurat版本、聚类分辨率、inferCNV参数(HMM=TRUE, analysis_mode='subclusters')、RNA velocity和SCENIC设置
阅读提示:详见Methods 'Single-cell RNA-seq processing, integration, clustering, and annotation'和'SCENIC analysis'部分