(#6) A novel animal model for determining the role of circadian timing in breast cancer development

（

• 批准号: 10371052
• 负责人: H Craig Heller
• 金额: $ 56.5万
• 依托单位: STANFORD UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10371052
• 关键词: Ablation; Address; Affect; Animal Model; Animals; Arrhythmia; Attenuated; Breast Cancer Model; Breast Cancer Risk Factor; Cancer Model; Carcinogens; Chronic; Chronic stress; Circadian Dysregulation; Circadian Rhythms; Control Animal; Development; Eating; Exhibits; Fatigue; Functional disorder; Gene Expression; Genes; Hamsters; Hormones; Hour; Human; Injections; Jet Lag Syndrome; Knock-out; Laboratories; Left; Light; Malignant Neoplasms; Mammary Neoplasms; Melatonin; Methods; Modeling; Monitor; Mus; Neoplasm Metastasis; Neurologic; Operative Surgical Procedures; Phase; Phodopus sungorus; Pineal gland; Predisposition; Primary Neoplasm; Protocols documentation; Rattus; Risk; Rodent; Role; Siberian Hamster; Sleep; Sleep Deprivation; Sleep disturbances; Stress; System; Time; Tissues; Variant; Work; cancer risk; cancer type; carcinogenicity; circadian; circadian pacemaker; epidemiology study; feeding schedule; granulysin; human model; malignant breast neoplasm; mammary; novel; response; shift work; suprachiasmatic nucleus; tumor; tumor growth; tumor progression; tumorigenesis; tumorigenic

Project Summary/Abstract       The increased risk of breast cancer due to working nights or rotating shifts has been attributed to  disruption of circadian rhythms, chronic sleep loss, nighttime light exposure, melatonin suppression, and  chronic  stress  and  fatigue.    Because  shift  work  can  alter  these  variables  simultaneously,  human  studies  have  been  unable  to  determine  the  relative  contributions  of  these  variables  to  increased  cancer  risk.   Several  studies  in  rodent  cancer  models  have  purported  to  show  that  circadian  rhythm  disruption  increases  cancer  progression.    Unfortunately,  all  of  the  methods  used  to  disrupt  rhythms  also  produce  chronic  sleep  loss,  melatonin  suppression,  and  increased  stress  hormones,  each  of  which  is  capable  of  promoting  tumor  growth  and  proliferation.    Therefore,  the  results  of  those  animal  studies  cannot  be  strictly attributed to circadian disruption.  To date, there is not a single animal study that has isolated the  effects  of  circadian  disruption  on  cancer  without  these  confounds.    We  believe  that  a  new  animal  model  is needed to address this problem.   We can eliminate these confounds and directly address the role of the circadian system in tumor  development  and  progression  by  employing  a  new  animal  model,  the  circadian-­arrhythmic  Siberian  hamster (Phodopus sungorus).  This model was developed in our laboratory over the past 20 years and  is  uniquely  suited  for  this  project  because  circadian  timing  can  be  eliminated  without  impairing  sleep  or  inducing  stress.    Circadian  timing  is  eliminated  by  a  single  photic  treatment  that  we  have  termed,  the  Disruptive  Phase  Shift    (DPS)  protocol.    This  protocol  eliminates  the  need  to  ablate  the  SCN  or  alter  gene expression, thus leaving the animals arrhythmic, but neurologically and genetically intact.  Thus, we  can  directly  evaluate  the  contribution  of  circadian  disruption  to  tumor  development  and  progression  by  completely shutting off circadian timing, and without impairing sleep or inducing stress.  We  have  chosen  to  investigate  the  role  of  circadian  disruption  in  a  breast  cancer  model  where  tumors  are  induced  by  the  carcinogen  N-­methyl-­N-­nitrosurea  (NMU;;  MNU).    This  is  a  widely  used  and  well-­established  model  of  human  breast  cancer  that  works  well  in  our  hamsters.    NMU  is  highly  specific  for mammary tissue and tumors can be induced by a single injection of the carcinogen.  We propose to:  1)  definitively  establish  whether  the  loss  of  circadian  timing  (without  impairing  sleep)  increases  tumor  development,  2)  determine  whether  melatonin  suppression  that  accompanies  circadian-­arrhythmia  increases  tumor  development,  and  3)  use  a  scheduled  feeding  paradigm  to  ameliorate  the  effects  of  circadian arrhythmia on tumor development.

项目总结/摘要      由于夜班或轮班工作而增加的乳腺癌风险归因于 昼夜节律紊乱、慢性睡眠丧失、夜间光照、褪黑激素抑制，以及 慢性压力和疲劳。 由于轮班工作可以同时改变这些变量， 目前还无法确定这些变量对癌症风险增加的相对贡献。 在啮齿动物癌症模型中的几项研究表明，昼夜节律的破坏 增加癌症的发展。 不幸的是，所有用来扰乱节奏的方法也会产生 慢性睡眠不足、褪黑激素抑制和应激激素增加，每一种都能够 促进肿瘤生长和增殖。 因此，这些动物研究的结果不能被 严格归因于昼夜节律紊乱。迄今为止，还没有一项动物研究分离出 昼夜节律紊乱对癌症的影响，而没有这些混淆。 我们相信一种新的动物模型 是解决这个问题所必需的。 我们可以消除这些混淆，直接解决昼夜节律系统在肿瘤中的作用 通过采用一种新的动物模型，昼夜节律的西伯利亚 仓鼠（Phodopus sungorus）。该模型是在我们的实验室在过去20年中开发的， 是唯一适合这个项目，因为昼夜节律的时间可以消除，而不损害睡眠， 引起压力。 昼夜节律的时间是消除了一个单一的光治疗，我们称之为， 破坏性相移 （DPS）方案。 该方案消除了消融SCN或改变 基因表达，从而使动物的神经系统，但神经和遗传完整。因此，我们 可以通过以下方式直接评估昼夜节律破坏对肿瘤发展和进展的贡献： 完全关闭昼夜节律，而不会损害睡眠或引起压力。 我们选择研究昼夜节律紊乱在乳腺癌模型中的作用， 肿瘤是由致癌物N-甲基-N-亚硝基脲（NMU; NMNU）诱发的。 这是一个广泛使用的， 在我们的仓鼠身上效果很好的成熟的人类乳腺癌模型。 NMU具有高度特异性 对乳腺组织的致癌作用，单次注射致癌物质即可诱发肿瘤。我们建议： 1)明确确定昼夜节律的丧失（不影响睡眠）是否会增加肿瘤的发生。 2）确定是否伴随昼夜节律性心律失常的褪黑激素抑制 增加肿瘤的发展，和3）使用预定的喂养模式，以改善影响， 昼夜节律性心律失常对肿瘤发展的影响