基于双标记嵌合体分析（MADM）及双重组酶系统的高时空分辨率小鼠癌症遗传学模型的构建及应用

Mouse genetic cancer models faithfully recapitulate the in vivo condition of tumor formation, therefore become an essential tool to study the mechanism of tumorigenesis and evaluate therapeutic strategies. In our previous work, we described a single-cell resolution mouse malignant glioma genetic model based on MADM. The model overcomes technical difficulties of conventional models, making it possible to mimic the sporadic formation of mutant cells in cancer patients and simultaneously lineage-trace mutant cells through the entire process of gliomagenesis with unprecedented in vivo resolution. Importantly, the MADM model allows one to visualize the earliest stage of tumor development beyond the detection scope of conventional pathological analysis. However, the current model faces challenges to study the gene of interest in cancer cells or those from the micro-environment at distinct stages of tumor development when performing the lineage tracing. Here we propose a high-temporospatial resolution glioma genetic model by combining MADM with the orthogonal dual-recombinase system. By defining the function of Insulin-like Growth Factor (IGF) signaling in glioma initiation and progression, the new model demonstrates its great potential to in-depth dissect the entire tumor development from different angles. The results will break through the technical constrain of current cancer models and help to address those fundamental questions in the cancer field, such as how cancer cells interact with gene functions and their microenvironment to regulate tumor initiation and progression. The method developed in this proposal is generalizable and can be readily adopted to model other human cancers.

小鼠癌症遗传学模型，由于其真实模拟了自发状态下肿瘤的发生过程，成为研究癌症发生机制以及评估治疗策略极为重要的工具。我们前期发展了基于MADM的胶质瘤遗传学模型，该模型克服了常规模型的不足，真实模拟了实际患者体内由极少数突变细胞产生肿瘤的过程，首次实现对肿瘤发展的整个阶段，尤其是常规病理学无法检测的初期阶段进行单细胞分辨率的谱系追踪。然而现有模型无法在追踪肿瘤细胞的同时去研究肿瘤或微环境细胞中特定基因在肿瘤发展不同阶段的功能。本课题将应用MADM并结合互不干扰的双重组酶系统，通过阐明IGF信号通路与胶质瘤发生关系这一重要科学问题构建高时空分辨率模型，并展示其可在多层面深度解析肿瘤发生的巨大应用潜力。研究成果将突破现有模型的技术瓶颈，为解决癌症领域中的重大科学问题，如基因功能和微环境如何在特定时间空间内通过与肿瘤细胞相互作用从而调控肿瘤的发生与发展，并为建立普适性的癌症遗传学模型奠定基础。

小鼠癌症遗传学模型，由于其真实模拟了自发状态下肿瘤的发生过程，成为研究癌症发生机制以及评估治疗策略极为重要的工具。我们前期发展了基于MADM的胶质瘤遗传学模型，该模型克服了常规模型的不足，真实模拟了实际患者体内由极少数突变细胞产生肿瘤的过程，首次实现对肿瘤发展的整个阶段，尤其是常规病理学无法检测的初期阶段进行单细胞分辨率的谱系追踪。然而现有模型无法在追踪肿瘤细胞的同时去研究肿瘤或微环境细胞中特定基因在肿瘤发展不同阶段的功能。本课题应用MADM技术并结合互不干扰的双重组酶系统，利用FlpO-FRT重组酶系统介导的MADM体系模拟胶质瘤发生，同时使用Cre-LoxP重组酶系统介导条件性敲除操作微环境细胞或肿瘤发育层级中的不同细胞类型，并应用这一新的遗传学体系阐明了IGF信号通路在胶质瘤发生过程中的重要作用。我们首先成功构建构建了FlpO-FRT系统的MADM恶性胶质瘤嵌合体遗传学模型并证明该模型可以以较高频率产生高级别胶质瘤。之后我们利用遗传学模型严格证明IGF1R作为OPC起源的胶质瘤的重要靶点。构建了基于微环境细胞IGF1敲除的MADM价值瘤模型体系，揭示神经元为IGF1重要的细胞来源，同时证明敲除特定神经元中的IGF1可以有效抑制自发胶质瘤的发生。研究成果突破现有模型的技术瓶颈，为解决癌症领域中的重大科学问题，如基因功能和微环境如何在特定时间空间内通过与肿瘤细胞相互作用从而调控肿瘤的发生与发展，并为建立普适性的癌症遗传学模型奠定基础。