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【动物造模】-如何使用大型动物模型研究亨廷顿病?

  总结:模拟人类疾病的动物模型是研究疾病病因和寻找治疗方法的重要工具。毫无疑问,小动物模型提供了有关疾病病因的丰富信息,并为制定治疗策略提供了广泛使用的工具。该啮齿动物模型用于了解错误折叠蛋白介导的神经功能障碍和行为表型在阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病等各种神经退行性疾病中的潜在机制,对研究人员非常有价值。然而,这些疾病的大多数转基因啮齿动物模型缺乏在患者大脑中发现的明显和选择性的神经变性。大型动物模型更有可能模仿重要的人类神经病理学特征,因为大型动物比小动物和啮齿动物更接近人类。在本文中,我将以HD大型动物模型为研究课题,讲解大型动物模型在神经退行性疾病研究中的应用,希望对动物模型在神经退行性疾病研究中的应用有所启发。疾病。是。

  亨廷顿氏病是一种常染色体显性神经退行性疾病。它是由 HD 基因的*个外显子重复 CAG 扩增引起的。结果,CAG 扩展到编码患病亨廷顿蛋白 (Htt) 的 末端区域中的聚谷氨酰胺 (polyQ) 重复序列。 HD 基因突变的鉴定已经创建了多种表达 polyQ 的动物模型,包括 Htt。通过在不同物种中表达含有扩增的 CAG 重复序列的突变 Htt,已经建立和鉴定了各种 HD 转基因动物模型。在这些模型中,小鼠 HD 模型被广泛使用,并提供了有关 HD 发病机制和治疗进展的宝贵信息。这些动物模型提供了明确的证据,证明带有 PolyQ 扩增的小 端 Htt 片段易于错误折叠和聚集,并且比全长突变 Htt 更具毒性。表达的转基因 Htt 小鼠死亡。它比表达全长突变体 Htt 的小鼠更早地显示出更严重的行为表型。这些 HD 小鼠模型显示出与年龄相关的突变 Htt 积累相关的神经系统症状,但具有明显和选择性的神经变性,这是 HD 的典型病理特征。我错过了。与 HD 小鼠模型一样,其他转基因小鼠模型,包括 AD 和 PD 模型,表达不同类型的错误折叠蛋白,并且不显示选择性神经变性。物种之间的巨大差异被认为是造成啮齿动物和人类病理学差异的原因。

  非人灵长类动物已被用于生成表达疾病基因或外源基因的转基因猴模型。其中,转基因恒河猴是*个患有人类疾病的猴子模型,在人类泛素启动子的控制下表达84Q外显子1突变体Htt。将慢病毒注射到受精卵中以产生表达突变 Htt 的 HD 猴子。然而,与以相同方式生成的 HD 小鼠模型相比,HD 猴子模型表现出更严重的表型。与转基因小鼠不同的是,如果在更长的polyQ重复序列(150Q)中表达相同的外显子1变体Htt,小鼠可以在出生后存活,但6只84Q HD转基因猴在出生后死亡的可能性很大。转基因猴死得很早,但仍出现肌张力障碍、舞蹈病、癫痫等重要的临床HD特征,小鼠等小动物模型无法再现14个特征。此外,HD猴的大脑有大量的Htt聚集和轴索变性。以上结果表明,大型动物比啮齿动物对有毒的HTT蛋白更敏感。为支持这一观点,通过体细胞核移植(SCNT)获得的表达 端突变 Htt(N208-105Q)的转基因猪模型也具有出生后死亡表型和丰富的 Htt 积累。此外,转基因 HD 猪模型显示细胞凋亡和舞蹈病,但转基因 HD 小鼠模型没有。

  大型转基因 HD 动物模型和小型转基因 HD 动物模型之间的主要区别强调了使用大型动物研究 HD 神经病理学的重要性。这些差异还表明 端突变体 Htt 的过度表达对大型动物非常有害。因此,在内源性水平上建立代表全长突变 Htt 的大型动物模型对于神经病理学和表型研究至关重要。非人灵长类动物比其他动物更接近人类,是HD研究的理想模型,但由于它们的繁殖期长、成本高、猴的内源基因难以修饰,它们是一种内源性表达。 Htt 有很多挑战。另一方面,与非人类灵长类动物相比,猪在创建转基因动物模型方面有几个优势。现有的基因工程工具可以生成多种猪病模型。体细胞核移植 (SCNT) 与 CRISPR/Cas9 相结合可以在遗传上改变猪的内源基因。 SCNT 导致*代非嵌合动物可以复制与内源性基因突变相关的表型。另外,考虑到建立人类疾病大型动物模型的时间线,猪的繁殖期快(性成熟5-6个月),产仔数多(平均7-8头仔猪)。 -人类灵长类动物。 。优势。

  *近,Yang和她的同事们成功建立了*个使用猪内源表达全长突变Htt的大型动物模型,他们使用CRISPR/Cas9创建了一个大CAG,将一个重复序列(150 CAG)插入到了猪成纤维细胞的内源性猪Htt基因,然后采用体细胞核移植技术替换150个聚谷氨酸重复序列。全长突变体 Htt 被猪撞倒。 HD-KI 猪表现出年龄依赖性的神经系统症状,例如体重减轻、过早死亡和运动障碍。在 HD-KI 猪的大脑中也观察到 Htt 聚集体的积累,类似于其他 HD 动物模型。更重要的是,HD-KI 猪的大脑表现出纹状体的选择性神经变性,重现了 HD 患者的重要病理特征。此外,F1-KI 猪表型和神经变性通过生殖谱系传播。 HD-KI猪模型的建立首次证明了大型哺乳动物可以重现主要和选择性的神经变性以及内源性表达突变蛋白引起的严重症状。小型和大型动物 HD 模型在病理学和表型上的明显差异可归因于以下事实:首先,生命周期、基因组学、解剖学和生理学方面的物种依赖性差异在确定不同物种神经变性的严重程度方面起着重要作用。事实上,啮齿动物纹状体中缺乏可区分的尾状核和壳状结构使得无法模拟 HD 中的优先尾状核变性。其次,不同物种的中枢神经系统发育存在较大差异。啮齿动物大脑的快速发育和成熟可以使神经细胞对有毒蛋白质产生抵抗力。

  用大动物研究 HD 的例子强调了大动物模型在其他神经退行性疾病研究中的重要性。虽然啮齿动物模型为研究神经退行性疾病的病因学提供了有价值的工具,但大型动物模型可用作验证重要发现和治疗目标的重要工具。此外,HDKI猪神经变性的证据也为建立模拟其他重要神经退行性疾病(如AD和PD)选择性神经变性的动物模型铺平了道路。大型动物模型允许使用小分子化学品、基因治疗和干细胞替代开发有效的治疗策略。

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