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malattie età-associate stanno diventando sempre più diffusi nella società moderna. Come la scienza medica migliora e aumenta l'aspettativa di vita, la popolazione continua a invecchiare e l'onere di queste malattie cresce. sono necessarie per ridurre l'impatto di condizioni debilitanti trattamenti efficaci ma rimangono sfuggente, in molti casi. Solo attraverso la comprensione delle cause e patologia delle malattie associate con l'invecchiamento possono gli scienziati cominciare a identificare potenziali bersagli terapeutici e sviluppare strategie di intervento. Condizioni legate all'età comuni includono malattie neurodegenerative come il morbo di Parkinson (PD) e la degenerazione maculare legata all'età (AMD). PD è il disturbo del movimento più comune causata da neurodegenerazione negli esseri umani. La maggior parte dei pazienti parkinsoniani mostrano sintomi come tremore a riposo, bradicinesia e la rigidità dopo 50 anni di età. esordio precoce è stato osservato anche in circa il 10% dei casi.
AMD è la principale causa di cecità neigli anziani, progressivamente danneggiando fotorecettori e dell'epitelio pigmentato retinico (RPE) negli occhi. visione centrale è compromessa ma la visione periferica è generalmente inalterata. Ci sono due forme di AMD. Nella forma "a secco", depositi di proteine extracellulari conosciuti come forma drusen tra l'RPE e la membrana di Bruch (BM), che porta alla atrofia geografica e offuscamento della visione centrale. I più gravi "wet" del modulo risultati di neovascolarizzazione della coroide attraverso BM negli strati RPE e fotorecettori e può portare a hamorrhaging sotto la retina che provoca danni permanenti al tessuto retinico. ampi studi di associazione Genome hanno precedentemente identificato loci che sono associati con una maggiore suscettibilità a questa malattia e ha identificato due regioni di interesse: fattore complemento H (CFH) sul cromosoma 1 e il 10q26 locus, dove l'età-correlate maculopatia suscettibilità 2 (ARMS2) e ad alta temperatura fattore requisito A1 (HtrA1) geni sono localizzati 1-5 . Le combinazioni di questi alleli aumentano la probabilità di AMD in modo dose-dipendente e SNP specifici possono essere preferenzialmente associate sia con le forme umido oa secco di AMD 3-6.
CFH agisce come regolatore negativo della via alternativa (AP) del sistema del complemento inibendo l'attivazione di C3. Un polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) è stato collegato a un aumentato rischio di AMD, causando lo scambio di tirosina 402 in esone 9 con istidina a causa di una T di C sostituzione 1. In AMD si ritiene che l'AP è misregulated causa di una perdita di funzione di CFH ma se l'SNP svolge un ruolo causale è chiaro. Un'ipotesi è che l'istidina carica positiva è pensato per negare la capacità di CFH di legarsi a proteine interagenti proteina C-reattiva ed eparina solfato 1,7. Gli studi in vitro di CFH Y402H di risultati contrastanti sulle differenze funzionali tra le varianti, e in vIVO lavoro in CFH - / - topi che esprimono umanizzato CFH è in corso 8. ARMS2 si trova a monte del HtrA1 nel genoma primate, anche se il gene è assente nei topi. HtrA1 è una serina proteasi, ma ARMS2 è scarsamente caratterizzato. Il linkage disequilibrium fra SNPs nel locus AMD-associato ha reso difficile determinare i contributi al rischio delle singole mutazioni dei geni in questa regione, ma studi recenti hanno suggerito che è sovraespressione di HtrA1 piuttosto che ARMS2 che porta alla neovascolarizzazione e depositi di proteine sottoretiniche 9-11. Tuttavia, la vicinanza dei geni in questo locus può consentire interazioni che non può essere studiata utilizzando transgeni inseriti in modo casuale.
Oltre a AMD, la famiglia HtrA di serina proteasi è stata associata a molte malattie umane. Tutte le proteine HtrA contengono un dominio serina proteasi seguito da almeno un dominio PDZ C-terminale. HtrA1, HtrA3 e HtrA4 condividono la grmangerai omologia, costituito da un dominio peptide segnale, legame del fattore di crescita insulino-simile, un dominio inibitore della proteasi Kazal, il dominio serina proteasi e un dominio PDZ. HtrA2 ha un diverso N-terminale, costituito da una sequenza di localizzazione mitocondriale, dominio transmembrana e inibitore dell'apoptosi dominio di legame seguita dalle proteasi e PDZ domini 12-16. HtrA1 mammiferi è regolata da rimodellamento substrato indotta nel sito attivo della proteasi suo dominio 17-20, e HtrA2 può anche essere modulata dall'interazione tra la proteasi serina e domini PDZ che sopprime l'attività della proteasi 21. È interessante notare che il dominio PDZ non sembra conferire regolamento simile a HtrA3 16. Le proteasi HtrA possono anche essere regolati da fattori estrinseci: è stato recentemente dimostrato che esiste un'interazione regolamentare tra HtrA1 e protoporfirine 22 e HtrA2 possono essere regolati da fosforilazione dopo l'attivazione del p38 MAP chinasipercorso in maniera PINK1-dipendente 23. La cancellazione di singoli membri della famiglia HtrA nei topi è stato documentato, tuttavia gli effetti meccanicistici per lo più non sono chiare in parte a causa della mancanza di fenotipi visibili.
HtrA1 svolge una funzione importante nel controllo di qualità delle proteine e la sua misregulation o mutazione è stata associata a molte malattie umane differenti tra cui l'artrite, cancro e un aumento del rischio di AMD 3,4,24-32. Perdita di funzione HtrA2 nei tessuti neurali è stata associata a fenotipi PD negli esseri umani e topi, mentre la perdita di tessuti risultati non-neuronali in invecchiamento accelerato 33-37. HtrA3 disregolazione è stata associata a malattie, tra cui la preeclampsia e alcuni tipi di cancro 38,39. Up-regolazione di HtrA4 è stato osservato nelle placente dei pazienti preeclampsia, ma topi knockout non visualizzare un fenotipo evidente 40,41. La mancanza di fenotipi osservato in alcuni topi knockout è statopostulato ad essere il risultato di una compensazione tra il membro della famiglia HtrA: si pensa che sia HtrA4 e HtrA1 interagiscono con la famiglia TGF-B di proteine, consentendo la compensazione da HtrA1 sulla cancellazione dei HtrA4 41. Analogamente, si pensa che poiché HtrA1 e HtrA3 hanno un alto grado di omologia dominio potrebbero avere funzioni complementari 42. Tuttavia, è stato suggerito che le proteine HtrA possono avere ruoli parzialmente antagoniste, in competizione per regolare obiettivi comuni 43.
Per approfondire questi fattori di rischio tre linee di topi knock-in umanizzati sono stati generati. In CFH TM1 (CFH * 9) jhoh e CFH TM2 (CFH * 9) jhoh, esone 9 del gene CFH viene sostituito con esone 9 della omologo umano. CFH TM1 (CFH * 9) jhoh codifica per la non-malattia associata tirosina residuo alla posizione 402, mentre CFH TM2 (CFH * 9) jhoh porta il Y402H, SNP rischio associato. InARMS2 tm1jhoh la sequenza ARMS2 umana è stata mirata a una regione a monte del HtrA1. Una sequenza di STOP loxP-fiancheggiato posto a monte della sequenza genica ma valle del promotore UbiC inclusa stato asportato attraversando a topi OzCre, che esprimono Cre ricombinasi sotto il controllo del promotore Rosa26, come descritto in precedenza 34. Oltre a questi knock-in linee, alleli knockout condizionali per CFH e HtrA1 (CFH tm1jhoh e HtrA1 tm1jhoh), così come gli altri membri della nota famiglia HtrA sono stati generati: HtrA2 (HtrA2 tm1jhoh), HtrA3 (HtrA3 tm1jhoh) e HtrA4 ( HtrA4 tm1jhoh). I fori linea germinale sono state create da incrociando topi OzCre agli animali ingegnerizzati per affiancare esoni specifici con siti loxP, in modo tale che l'eliminazione provoca uno spostamento telaio e / o la cancellazione del dominio attiva (CFH; esone 3, HtrA1; esoni 2-3, HTRA2: esoni 2-4, HtrA3; esone 3, HtrA4; esoni 4-6) 34,41. Una delezione neurale della HtrA2, cancellato usando Cre ricombinasi sotto il controllo del promotore Nestin (HtrA2 FLOX; Tg (Nes-cre) 1Kln / J), è stato anche descritto 34. Solo topi privi HtrA2, sia sistemico o nei tessuti neurali, visualizzati fenotipi chiari, presentando con fenotipi parkinsoniani.
Poiché alcuni di questi geni di interesse sono poste ad essere localizzata ai mitocondri 11,44-47, e la cancellazione di HtrA2 generato fenotipi parkinsoniani, un regime di fenotipizzazione con un focus mitocondriale e neurologico è descritto qui e risultati rappresentativi dei test di interesse sono forniti . Per esaminare topi geneticamente ingegnerizzati prodotti per indagare umana, malattie correlate all'età accuratamente e sistematicamente una pianificazione fenotipizzazione iniziale è avvenuta, consistente in una serie di test relativi alle due principalipatologie di interesse: AMD e il Parkinson.