Indentifying genetic determinants of colorectal cancer susceptibility in mice

Abstract

Inbred mice differ with respect to colitis-associated colorectal cancer (CA-CRC) susceptibility due to inherited genetic factors. However, little is known with respect to the precise genetic variants underlying this susceptibility. We hypothesize, that similar to other complex traits, these genetic effects can be fixed by inbreeding and mapped by linkage analysis in informative mouse populations generated between CA-CRC susceptible and resistant mice. To identify novel CA-CRC susceptible and resistant strains for gene mapping, we tested 11 common inbred mouse strains for azoxymethane/dextran sulfate sodium (AOM/DSS)-induced CA-CRC, identifying a bimodal distribution pattern with respect to tumor multiplicity 12.5 weeks post-treatment initiation. This bimodal distribution pattern was not observed with respect to tumor surface area in these inbred strains suggesting that different events may regulate tumor initiation and proliferation. Re-testing of A/J and FVB/NJ CA-CRC susceptible mice at early time points in tumor development identified a unique hyper-susceptibility phenotype with FVB/NJ mice developing 5.5-fold more tumors than A/J, suggesting that CA-CRC susceptibility may be under differential genetic control in these two strains. Subsequent gene mapping identified a novel two-locus system involving mouse chromosome 9 (colon cancer susceptibility 4, Ccs4) and 14 that regulates tumor multiplicity in A/J. CA-CRC hyper-susceptibility is under distinct genetic control (Ccs6, chr 6) in FVB/NJ. These are amongst the first CA-CRC loci identified in mice and highlight an important role for genetic interactions in CA-CRC pathogenesis. Further experiments to characterize the Ccs4 locus in recombinant congenic mice (mixed A/J and B6 background) identified the AcB60 mouse strain as hyper-susceptible with AcB60 mice developing 28-fold more tumors than either of its A/J or B6 parental strains at 7-weeks post-initiation of treatment. This was also associated with increased colitis following both acute and chronic DSS treatments. Murine models of early-onset CA-CRC are rare and therefore both AcB60 and FVB/NJ may offer unique models to the study the mechanisms associated with early-onset CA-CRC possibly leading to new genetic predictors of risk and treatment options in humans.La pré-disposition au développement du cancer colorectal associé à la colite (CA-CRC) est différente chez les lignée des souris consanguines en raison de l'expression de certains facteurs génétiques intrinsèques. Présentement, peu de ces facteurs ont été identifiés. Nous avons donc émis l'hypothèse que, tel que défini dans plusieurs autres maladies complexes, des différences géniques pourraient être révélées par croisement de souris, et les gènes responsables pourraient donc être identifiés par une approche de cartographie génique de populations de souris soit susceptibles ou résistantes au CA-CRC. Nous avons ainsi évalué la pré-disposition au CA-CRC de 11 lignées de souris consanguines en induisant la formation de tumeurs suite à l'administration d'azoxyméthane/ dextran sodium sulfate (AOM/DSS). Le nombre de tumeurs se développant à 12.5 semaines de traitement se répartissait selon une distribution bimodale, ce qui n'était pas par contre le cas pour le volume des tumeurs, suggérant que l’initiation et la prolifération tumorales soient régulées par des évènements génétiques distincts. L'évaluation de la pré-disposition des souris A/J et FVB/NJ au CA-CRC a permis d’identifier une hyper-susceptibilité unique chez les souris FVB/NJ développant 5.5-fois plus de tumeurs que les souris A/J à 8 semaines de traitement: la pré-disposition au CA-CRC est donc contrôlée différemment au niveau génétique dans ces deux lignées. L’analyse par cartographie génique a démontré que la susceptibilité les souris A/J est régulée par un système interactif de deux loci définis sur le chromosome 9 (colon cancer susceptibility 4, Ccs4) et le chromosome 14 respectivement. Chez la souris FVB/NJ, la pré-disposition est sous contrôle d'un nouveau locus Ccs6 défini sur le chromosome 6. Ces deux loci représentent les premiers loci identifiés responsables du développement du CA-CRC et établissent le rôle important que des interactions génétiques jouent dans le développement du CA-CRC. Nous avons aussi défini le locus Ccs4 dans des lignées de souris recombinantes congéniques (RCS, générées par croisement de souris A/J et B6), et identifié la souris AcB60 comme un modèle d'hyper-susceptibilité au CA-CRC. Cette souris développe 28-fois plus de tumeurs suite à 7 semaines de traitement que les souris parentales A/J ou B6. Des traitements chroniques et aigus au DSS ont permis de constater le développement d'une colite sévère chez les souris AcB60. Les lignées AcB60 et FVB/NJ représentent donc des modèles extrêmement utiles permettant de découvrir les mécanismes moléculaires responsables du développement du CA-CRC précoce. Elles pourront aussi servir à l'identification de facteurs pronostiques ou de cibles thérapeutiques pour les patients humains