Comparison of the molecular mechanisms of melanocyte regeneration and melanoma using the zebrafish

Abstract

Rejenerasyon ve kanserin benzer veya farklı davranışlarına dayanan çalışmalar nadir olmasına rağmen, bu iki sürecin altında yatan moleküler mekanizmalar her zaman için ilgi konusu olmuştur. Kanser hücrelerinin aksine rejenerasyonun geç aşamasında yenilenmekte olan hücreler çoğalma, göç, mezenkimal özelliklerini kaybederken farklılaşma fenotipi artmaya başlar. Bu nedenle, kanser ve rejenerasyon tarafından paylaşılan moleküler mekanizmanın erken aşamalarda benzer olduğu, geç aşamalarında ise farklı olduğu hipotezini kurduk. Hipotezimizi test etmek için yetişkin zebra balığını model organizma olarak kullandık. Yüksek rejenerasyon potansiyeli ve transgenik yaklaşımlarla hızlı tümör indükleme avantajlarından dolayı zebra balığı, hipotezimizi test etmek için pratik bir model organizma olma özelliği göstermektedir. Bunun yanında, birçok onkogen ve tümör baskılayıcı genler insan ve zebra balığında korunmuş haldedir. Rejenerasyon modeli için Neocuproine (NCP) ile melanositleri öldürdük, melanosit rejenerasyonunun erken ve geç evrelerini belirledik. mitfa-/- (nacre); kita:GFP-RASG12V zebra balığı hattını, melanom modellerini oluşturmak için kullandık. İki ayda melanom geliştiğini gözlemledik. Farklılaşma genlerinin pigmentli tümörlerde yüksek, nöral krest genlerinin ise pigmentsizlerde yüksek olduğunu gördük. Pigmentli ve pigmentsiz tümörlerin geç aşama melanosit rejenerasyon genlerinde gösterdiği farklılıktan yola çıkarak pigmentsiz melanomun farklılaşma fenotipini kaybedip nöral krest/melanosit kök hücre genotipine ve fenotipine yaklaştığı sonucuna vardık. Sonuç olarak, bu iki süreci zebra balığında inceleyecek melanosit rejenerasyonu ve melanoma çalışmaları için zemin olabilecek sonuçlar ortaya koyduk.Anahtar Kelimeler: Melanosit, Melanom, Rejenerasyon, Zebrabalığı, Erken ve Geç Evreler

Molecular mechanisms underlying regeneration and cancer have always been a challenging question. Studies that seek an answer to the common/different behaviors of these distinct processes are rare. Early regeneration involves rapid but controlled proliferation of progenitor cells. However, the clear distinction between regeneration and cancerization appears to happen as regenerating cell population decelerate proliferation, lose migratory features, mesenchymal characteristic and acquire differentiation, in a way unlike cancer cell population. Therefore, we hypothesized that molecular mechanism shared by cancerization and regeneration is similar at early stages whereas the cellular mechanisms must become dissimilar at the later stages. We used adult zebrafish as a model to test our hypothesis because it has high pigment regeneration capacity and rapid melanoma growth upon transgenic approaches. Besides, many tumor suppressors and oncogenes are conserved between zebrafish and human. We established melanocyte regeneration and melanoma models of zebrafish on caudal fin. We ablated melanocytes in adult zebrafish by Neocuproine (NCP) and determined early and late stages of melanocyte regeneration as one dpa and seven dpa, respectively. We used mitfa-/- (nacre); kita:GFP-RASG12V line to generate melanoma models. Within two months, both hyper-pigmented and hypo-pigmented melanoma arose in crossbreeds of mitfa-/- (nacre); kita:GFP-RASG12V and wild type (AB). We checked the expression levels of early and late melanocyte regeneration markers and neural crest cell markers for zebrafish melanoma. We found out that differentiation markers were high in hyper-pigmented melanoma while neural crest cell markers were high in hypo-pigmented melanoma. All in all, these observations may provide ground for the studies that would investigate melanocyte regeneration and melanoma on zebrafish model.Keywords: Melanocyte, Melanoma, Regeneration, Zebrafish, Early and Later Stages