マウスをモデルシステムとして使用して、ヒトの疾患に関連する遺伝子ファミリーを理解するための逆遺伝学的なアプローチが提示され、その後のマウス表現型スケジュールが記述されています。目的の遺伝子であるHtrA2に欠損のあるマウスはパーキンソン病の症状を発現したため、表現型判定レジメンは神経学的欠陥の特定に焦点を当てています。
方法論記事
* These authors contributed equally
マウスをモデルシステムとして使用して、ヒトの疾患に関連する遺伝子ファミリーを理解するための逆遺伝学的なアプローチが提示され、その後のマウス表現型スケジュールが記述されています。目的の遺伝子であるHtrA2に欠損のあるマウスはパーキンソン病の症状を発現したため、表現型判定レジメンは神経学的欠陥の特定に焦点を当てています。
加齢に伴う病気はますます蔓延しており、人口の高齢化に伴いその負担は増え続けています。衰弱性疾患の影響を軽減するためには効果的な治療法が必要ですが、多くの場合、とらえどころのないままです。老化に伴う疾患の原因と病理を理解することによってのみ、科学者は潜在的な治療標的を特定し、介入のための戦略を立て始めることができます。最も一般的な加齢性疾患は、パーキンソン病や失明などの神経変性疾患です。加齢性黄斑変性症(AMD)は、高齢者の失明の主な原因です。ゲノムワイド関連解析により、この疾患に対する感受性の増加に関連する遺伝子座がこれまでに同定され、補体因子H(CFH)と加齢性黄斑症感受性2(ARMS2)および高温必要因子A1(HtrA1)遺伝子が位置する10q26遺伝子座の2つの関心領域が同定されています。CFHは補体系の代替経路(AP)の負の調節因子として作用し、HtrA1は細胞外セリンプロテアーゼです。ARMS2は霊長類ゲノムのHtrA1の上流に位置していますが、マウスにはこの遺伝子は存在しません。これらの遺伝子の影響を研究するために、CfhおよびARMS2のヒト化ノックインマウス系統、Cfh、HtrA1、HtrA2、HtrA3およびHtrA4のノックアウト、ならびにHtrA2の条件付き神経欠失を作製しました。 遺伝子改変マウスのうち、HtrA2を欠損したマウスのみが全身または神経組織で明確な表現型を示した。これらのマウスを徹底的かつ体系的に調べるために、AMDとパーキンソン病という2つの主要な疾患に関連する一連のテストからなる初期の表現型スケジュールが確立されました。遺伝子改変マウスは、ヒトの関連疾患に関連する可能性のある表現型を特定するために、適切な実験を行うことができます。ここでは、ミトコンドリアに焦点を当てた表現型レジメンを、関心のあるテストの代表的な結果とともに紹介します。
加齢関連疾患は、現代社会でますます普及してきています。医学が向上し、平均余命が増加すると、人口は年齢に続き、これらの疾患の負担が大きくなります。有効な治療法は衰弱させる条件の影響を軽減するために必要であるが、多くの場合、とらえどころのないまま。唯一の加齢に伴う疾患の原因と病態を理解することによって、科学者たちは、潜在的な治療標的を同定し、介入のための戦略を開発するために始めることができます。一般的な加齢関連状態は、パーキンソン病(PD)及び加齢性黄斑変性症(AMD)などの神経変性疾患が挙げられます。 PDは、ヒトにおいて神経変性によって引き起こされる最も一般的な運動障害です。ほとんどのPD患者は、年齢の50年後振戦、動作緩慢、剛性を休んなどの症状を示しています。早期発症はまた、症例の約10%において観察されています。
AMDは失明の主要な原因であります目の中の高齢者、漸進的にダメージを与える光受容体および網膜色素上皮(RPE)。中心視力が損なわが、周辺視野は、一般的に影響を受けません。 AMDの2つの形式があります。 「ドライ」の形式では、RPEとブルッフ膜(BM)との間のドルーゼンの形として知られている細胞外タンパク質の沈着は、地理的萎縮につながると中心視力のぼやけ。より深刻な「ウェット」フォームRPEと感光層へのBM全体の脈絡膜から新生血管形成の結果とは、網膜組織に永久的な損傷を引き起こす網膜の下にhamorrhagingにつながることができます。染色体1および10q26座、加齢性黄斑変性症の感受性2(ARMS2)との補体因子H(CFH):ゲノムワイド関連研究では、以前にこの疾患に感受性の増加に関連付けられており、関心の2つの領域を同定された遺伝子座を同定しました高温要件因子A1(HTRA1)遺伝子が1-5位置しています。これらの対立遺伝子の組み合わせは、用量依存的にAMDの可能性を増加させ、特定のSNPを優先AMD 3-6の湿潤または乾燥形態のいずれかに関連付けることができます。
CFHはC3の活性化を阻害することによって補体系の代替経路(AP)の負の調節因子として作用します。一塩基多型(SNP)が原因でC置換1〜Tにヒスチジンとエクソン9におけるチロシン402の交換を引き起こし、AMDのリスクの増加に関連しています。 AMDでは、APが原因CFHの機能の喪失が、SNPは因果的役割は不明である果たしているかどうかを誤調節されると考えられています。 1つの仮説は、正に荷電したヒスチジンは、タンパク質C反応性タンパク質、およびヘパリン硫酸1,7相互作用に結合するCFHの能力を無効にすると考えられることである。CFH Y402Hのインビトロ研究は、変異体間の機能の違い上矛盾する結果を提供し、 中in vivoでの作業 CFH - / -ヒトCFHを発現するマウスは、8進行中です。遺伝子は、マウスには存在しないもののARMS2は、霊長類ゲノムにおけるHTRA1の上流に位置します。 HTRA1は、セリンプロテアーゼであるが、ARMS2が不十分に特徴付けられます。 AMD関連遺伝子座におけるSNPの間の連鎖不均衡は、それが困難なこの地域の遺伝子の個々の突然変異のリスクへの寄与を決定するために作られましたが、最近の研究は、それが血管新生につながるというARMS2よりHTRA1の過剰発現があることが示唆されていると網膜下のタンパク質沈着9-11。しかし、この遺伝子座における遺伝子の近接は、ランダムに挿入された導入遺伝子を用いて研究することができないの相互作用を可能にすることができます。
AMDに加えて、セリンプロテアーゼのhtrAのファミリーは、多くのヒトの疾患に関連しています。すべてhtrAのタンパク質は、少なくとも1つのC末端PDZドメインに続くセリンプロテアーゼドメインを含みます。 HTRA1、HtrA3とHtrA4はグラムを共有しますシグナルペプチド、インスリン様成長因子結合ドメイン、カザールプロテアーゼインヒビタードメイン、セリンプロテアーゼドメインおよびPDZドメインからなるeatest相同性。 HtrA2は異なるミトコンドリア局在配列からなるN末端 、膜貫通ドメインおよびプロテアーゼおよびPDZドメイン12-16に続いてアポトーシス結合ドメインの阻害剤を持っています。哺乳類HTRA1は、そのプロテアーゼドメイン17-20の活性部位における基質誘導性のリモデリングによって調節され、HtrA2はまた、プロテアーゼ活性21を抑制するセリンプロテアーゼとPDZドメインの相互作用によって調節することができます。興味深いことに、PDZドメインはHtrA3 16と同様の規制を付与することが表示されません。 htrAのプロテアーゼはまた、外因性因子によって調節することができる。それは、最近HTRA1およびプロトポルフィリン22とHtrA2の間の調節的相互作用は、p38 MAPキナーゼの活性化によってリン酸化によって調節することができるが存在することが実証されましたPINK1依存的23で経路。マウスでのhtrAのファミリーの個々のメンバーの削除は、しかし、機械的な影響はほとんどが部分的に目に見える表現型の欠如に不明確である、文書化されています。
HTRA1は、タンパク質品質管理において重要な機能を果たしており、その制御ミスまたは変異は、関節炎、癌およびAMD 3,4,24-32のリスクの増加など、さまざまなヒト疾患と関連しています。加速中の非神経組織の結果から、その損失は33-37老化しつつ神経組織におけるHtrA2機能の喪失は、ヒトおよびマウスにおけるPDの表現型と関連しています。 HtrA3の調節不全は、子癇前症および癌38,39の特定の種類を含む、疾患に関連しています。アップレギュレーションHtrA4のは、子癇前症患者の胎盤で観察されているが、ノックアウトマウスは明白な表現型40,41は表示されません。いくつかのノックアウトマウスで観察された表現型の欠如がありましたhtrAのファミリーメンバー間の補償の結果であると仮定:それはHtrA4とHTRA1両方がHtrA4 41の削除時にHTRA1により補償を可能にする、タンパク質のTGF-Bファミリーと相互作用すると考えられています。同様に、HTRA1とHtrA3がドメイン相同性の高い学位を持っているので、それらが相補機能42を持っているかもしれないと考えられています。しかし、一般的なターゲット43を調節するために競合する、htrAのタンパク質は、部分的に拮抗的役割を有し得ることが示唆されています。
さらに、これらのリスクを調査するためには、3つのヒト化ノックインマウス系統が生成された要因。 CFH TM1(CFH * 9)jhohとCFH TM2(CFH * 9)jhohは 、CFH遺伝子のエキソン9はヒト相同体のエクソン9で置換されている。CFHのTM1(CFH * 9)jhohは、非疾患関連チロシンをコード化するにはY402H、リスク関連SNPを運ぶjhoh CFH TM2(CFH * 9)に対し、402位の残基、。に人間ARMS2シーケンスtm1jhoh ARMS2は HTRA1の上流領域を標的としました。以前34に記載されているように loxP隣接STOP配列遺伝子配列の上流に配置されなく含まUBICプロモーターの下流には、Rosa26遺伝子プロモーターの制御下でCreリコンビナーゼを発現する、OzCreマウスと交配することによって切除しました。加えて、これらのノックインライン、CFHおよびHTRA1(CFH tm1jhohとHTRA1のtm1jhoh)、ならびに他の既知のhtrAのファミリーメンバーの条件付きノックアウト対立遺伝子が生成されました:HtrA2(HtrA2のtm1jhoh)、HtrA3(HtrA3 のtm1jhoh)とHtrA4( HtrA4のtm1jhoh)。エクソン3、HTRA1;生殖ノックアウトは、欠失は、フレームシフトおよび/ または活性ドメイン(CFHの削除を引き起こすように、loxP部位で特定のエキソンに隣接するように設計された動物にOzCreマウスを交配することによって作成されたエクソン2-3、HtrA2:エクソン2-4、HtrA3。エクソン3、HtrA4。エクソン4-6)34,41。また、34に記載されている、;ガラス転移温度(Tg(NES-CRE)1Kln / J HtrA2 FLOX)HtrA2の神経削除は、 ネスチンのプロモーターの制御下でCreリコンビナーゼを使用して削除しました。 HtrA2を欠くマウスのみ、いずれかの全身または神経組織では、パーキンソン病の表現型を呈する、明確な表現型を示しました。
関心のこれらの遺伝子のいくつかは、ミトコンドリア11,44-47に局在することが仮定されており、HtrA2の削除はパーキンソン表現型を生成し、ミトコンドリアと神経学を中心とした表現型の計画はここに記載されており、関心の試験からの代表的な結果が提供されているので、 。初期の表現型のスケジュールが2メインに関連する一連のテストからなる、設立された徹底的かつ系統的、加齢関連疾患の人間を調査するために製造し、遺伝的に改変マウスを調べるために興味のある疾患:AMDおよびパーキンソン。
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倫理文:動物に関わる研究は、実験動物の管理と使用に関するガイドとイェール大学の施設内動物管理使用委員会(IACUC)における衛生勧告の国立研究所に準拠して実施しました。
遺伝子改変マウスの1行動試験
注:すべてのマウスは取り扱いに慣れの違いを制限するために、同じ試験レジメンに供されるべきです。試験日の同じ時間に毎回実行されるべきです。
網膜構造の2.検討
3.組織化学染色
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このセクションでは、これらの方法を用いて得られる結果の例を説明します。後肢試験では、プル試行回数が行われ、待ち時間は、毎日のための2つの連続した試験にわたって合計される落下します。この試験は、減少筋強度を有するマウスを区別するために、遺伝的に異なる群を比較するために使用することができ、図1AのHtrA2のtm1jhoh(HTRA2 KO)マウス- B還元しP4-6から落下するプルし、待ち時間の数の変化を示しません同腹子(HTRA2 WT)と比較して、P7-10での神経筋強度、インチ加齢に伴う強度の予想増加は、野生型動物でも観察可能です。離乳観察試験では、総活性は、テストの3日連続にわたって平均(線が飼育やイベントをグルーミング、トラバース)すべてのイベントを合計することによって評価することができます。また、イベントの各特定のタイプとすることができるindividuallyは分析しました。ここでは代表的な結果は、WT同腹仔と比較して、HTRA2 KOマウスの減少し...
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堅牢な治療法は、ヒトの老化に関連した条件を衰弱させるの影響を制限するために必要な、しかし、彼らは多くの条件のためにとらえどころのないままにされています。潜在的な治療標的を識別し、介入のための戦略を開発するには、加齢に伴う疾患の原因や病態を最初に理解しなければなりません。ていないこれらの遺伝子は、以前にヒトでの研究で条件にリンクされている場合でも、興味の疾患に関連する明確な表現型を有するすぐに存在するすべての遺伝的に改変マウス。したがって、より体系的な研究が必要とされ、遺伝的に改変されたマウスは、ヒトでの関連疾患に関連する可能性の表現型を識別するために、適切な実験に供されるべきです。
無数の行動試験は、マウス50,51における神経学的機能をアッセイするために存在します。本明細書で概説行動試験は、ヒトの調査結果と実際の表現型に基づいて仮説を立てた表現型に適しているOBSEマウスでrved。また、これらのテストは、行動実験を行うにはほとんど、あるいは経験のない研究室で実行するのが簡単です。そこに洗練された機器のための要件はありませんが、適切に収集されたときの結果は有...
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著者には開示すべき競合する利益はありません。
この研究のための資金は、シャクナゲ医療財団とイェール大学医学部ディーンの研究基金(JH)から来ました。私たちは行動実験のヘルプは博士クレアケーニッヒに感謝します。遺伝子操作したマウス系統はOzgene(パース、オーストラリア)で生成されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| エタノール | デコン(フィッシャーサイエンティフィック) | 435541 | |
| 50mlコニカルチューブ | フィッシャーサイエンティフィック | 1443222 | |
| コットンボールウォル | マート | ||
| ヒートマット | ビーム | 0000756-500-000 | |
| ディングトレイ(アイスキューブトレイ) | ウォルマート | ||
| 電子ストップウォッチ | GOGO | PC396 | |
| で構築された | プレキシガラスの箱 | 12" by 12" | |
| Vixia HF R400 ビデオカメラ | キヤノン | 8155B004 | |
| 9 オンス クリア カップ | ウォルマート | ||
| 1/4 インチ ワイヤー メッシュ | ホーム デポ | 204331884 (オンライン) / 554219 (店舗内) | 12" by 12" |
| プチプチ | VWR | 470092-416 | |
| ストレート試料鉗子 | VWR | 82027-438 | |
| 細先端解剖鉗子 | VWR | 82027-408 | |
| 細かいはさみ | VWR | 82027-578 | |
| パラホルムアルデヒド 16% 溶液 | 電子顕微鏡科学 | 15710 | |
| 10x リン酸緩衝生理食塩水 pH 7.4 | American Bioanalytical | AB11072-04000 | |
| ショ糖 | JT Baker | 4072-01 | |
| superfrost slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Hematoxylin Stain Solution | Fisher Scientific (Ricca) | 353016 | |
| Eosin Y Stain Solution | Fisher Scientific (Ricca) | 2845-32 | |
| Tris 塩酸塩 | Sigma | T3253 | |
| Tris | American Bioanalytical | AB02000-01000 | |
| ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、還元型二ナトリウム塩水和物 | Sigma | N8129 | |
| ニトロテトラゾリウム青色塩化 | Sigma | N6876 | |
| アセトン | JT Baker | 9006-05 | |
| リン酸ナトリウム一塩基性一水和物 | Sigma | S9638 | |
| リン酸ナトリウム二塩基性七水和物 | Sigma | S9390 | |
| コハク酸ナトリウム二塩基性六水和物 | Σ | S2378 | |
| VectaMount水性封入媒体 | Vector Labs | H-5501-60 | |
| カバーガラス | フィッシャーサイエンティフィック | 12-545-M | 60 mm x 24 mm |
| AxioImager A1 顕微鏡 | ツァイス | ||
| ビデオカメラ三脚 | Amazon | ||
| Optimal Cutting Temperature (OCT) | Fischer Scientific | 23730571 | |
| Cryostat Sectioning マシン | ライカ | CM1900 | 製造中止になりましたが、CM1950 に置き換えられました |
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