B6-hATXN3小鼠|B6-hATXN3小鼠_构建

产品编号：C001398

品系背景：C57BL/6N

传代建议：纯合与纯合互配

品系描述

脊髓小脑性共济失调（SCAs）是一组遗传性疾病，主要表现为慢性进行性共济失调，如走路摇晃、忽然跌倒和发音困难等。这些疾病的主要病损部位是小脑和其联系组织，多呈常染色体显性遗传，也有隐性遗传和X连锁遗传类型。SCA的患病率平均为每10万人中2.7例^[1]。根据基因突变类型，SCA可分为重复扩展型和非重复扩展型。其中，重复扩展型包括多聚谷酰胺SCA和非翻译区重复扩展型SCA。脊髓小脑性共济失调3型（SCA3），也称为Machado-Joseph病（MJD），属于多聚谷酰胺SCA，是最常见的显性遗传性共济失调。SCA3的发病机制是ATXN3基因中CAG重复扩展导致的神经元递质丧失。这种扩展使得其编码的Ataxin 3蛋白中出现一个长的聚谷氨酰胺（polyQ）结构域，从而引发蛋白质聚集和泛素-蛋白酶体系统功能障碍。健康人体ATXN3基因中CAG重复个数为12至44，而SCA3患者的polyQ结构域异常增长，其CAG重复个数达56至87。CAG重复个数为45至55的个体则表现出SCA3症状的不完全外显性。与其他PolyQ疾病一样，CAG重复个数与SCA3的发病年龄呈负相关，与疾病严重程度呈正相关^[2-3]。

目前，针对ATXN3基因的SCA治疗方法大多在早期研发阶段，主要通过miRNA或ASO药物等手段降低ATXN3的异常表达。小鼠Ataxin 3蛋白中不包含或仅包含较短的polyQ结构，考虑到人类和小鼠在基因上的差异，将小鼠基因进行人源化修饰有助于加速这些治疗方法进入临床阶段。本品系是一种小鼠Atxn3基因人源化模型，可用于脊髓小脑性共济失调3型（SCA3）等疾病的研究。该模型纯合子是可存活且可育的。此外，基于自主研发的TurboKnockout融合BAC重组的技术创新，赛业生物还可提供基于该模型构建的热门点突变疾病模型，并可根据不同点突变提供定制服务，以满足广大研发人员对脊髓小脑性共济失调的药效学等实验需求。

构建方式

图1. B6-hATXN3小鼠基因编辑打靶示意图。将小鼠Atxn3基因从ATG起始密码子至11号外显子下游~500bp的序列替换为人源ATXN3基因从ATG起始密码子至11号外显子下游~1 kb的序列（含3'UTR区域）。

研究应用

脊髓小脑性共济失调3型（SCA3）致病机制研究；
ATXN3靶向药物的研发、筛选和临床前评估。

验证数据

人源ATXN3基因和鼠源Atxn3基因表达的检测

图2. 6周龄雌性野生型小鼠（B6N）、B6-hATXN3小鼠和B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠*大脑和肺部中人源ATXN3基因和鼠源Atxn3基因表达检测。RT-qPCR检测结果显示，B6-hATXN3小鼠的脑部和肺部仅存在人源ATXN3基因的表达，野生型小鼠的脑部和肺部仅存在鼠源Atxn3基因的表达，而B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠的大脑和肺部中同时存在人源ATXN3基因和鼠源Atxn3基因的表达。

ND：Not detected（未检测到）

*B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠（产品编号：C001434）是一种转基因模型，通过过表达携带84个CAG重复扩展（Q）的人源ATXN3基因构建，这与SCA3的严重形式有关。由于转基因技术导致人源ATXN3-84Q基因表达元件的随机插入，该模型在表达较大分子量的致病性人源ATXN3基因和蛋白的同时，也保留了小鼠内源性基因和蛋白的表达。详细信息可参阅该模型的产品说明书。

ATXN3蛋白表达的Western Blot分析

图3. 6周龄雌性C57BL/6N野生型小鼠、B6-hATXN3小鼠和B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠脑部ATXN3蛋白表达检测*。Western Blot检测结果显示，野生型小鼠的脑部仅表达小鼠ATXN3蛋白（约42KD），B6-hATXN3小鼠的脑部仅表达人源ATXN3蛋白（约48KD）**。B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠同时表达长PolyQ结构突变的人源ATXN3蛋白和小鼠ATXN3蛋白，其脑部同时存在人源ATXN3-84Q蛋白（约65KD）和小鼠ATXN3蛋白（约42KD）条带，与实际情况相符合。

*本检测所使用的抗体为重组Anti-Ataxin 3抗体[EPR24153-2]（Abcam, ab259828）；

**人ATXN3基因和小鼠Atxn3基因序列高度同源，其中人源ATXN3蛋白（361aa）的氨基酸序列略长于小鼠ATXN3蛋白（355aa）。尽管小鼠内源性ATXN3蛋白和人ATXN3蛋白的预测分子量均约为42 KD，但由于小鼠ATXN3基因中几乎不含或只含有少量CAG重复，而健康人体ATXN3基因中CAG重复个数在12至44个之间，因此人ATXN3蛋白中较长的polyQ结构可能导致其在Western Blot检测中的电泳迁移速度减慢，从而使观察到的条带大小大于预测值^[4]。

罕见病数据中心（RDDC）

基因基本信息

临床突变信息

疾病介绍

脊髓小脑性共济失调（Spinocerebellar ataxia, SCAs）是一组以慢性进行性共济失调为特征的遗传性疾病，多呈常染色体显性遗传，也有常染色体隐性遗传和X连锁遗传类型。SCA患病率从每10万人0例到5.6例不等，平均每10万人2.7例^[1]。该疾病的主要病损部位是小脑和其联系组织，共同特征为运动失调，包括走路摇晃、忽然跌倒、发音困难等。根据基因突变类型可将SCA分为两类：重复扩展型SCA和非重复扩展型SCA，重复扩展型SCA包括多聚谷酰胺SCA和非翻译区重复扩展型SCA。其中，SCA3属于重复扩展型的多聚谷酰胺SCA，是全球最常见的SCA，约占20%-50%，其次是SCA2（13%-18%）和SCA6（13%-15%）。SCA3也称马查多-约瑟夫病（Machado-Joseph, MJD），呈常染色体显性遗传，表现为小脑共济失调，眼外肌麻痹，凝视诱发眼震，眼睑后退（突眼征），面舌肌束颤，不同程度的锥体和锥体外系症状及周围神经病变。此外，SCA具有多种发病机制，涉及基因动态突变、蛋白毒性、RNA毒性、离子通道功能障碍等多方面^[2-4]。

基因及突变介绍

ATXN3基因编码的Ataxin-3蛋白被广泛表达于中枢神经系统以及其他组织的细胞质和细胞核中。该基因10号外显子区的 (CAG)_n 重复序列可发生异常扩增突变，导致编码产物多聚谷氨酰胺在神经组织内异常聚集，最终引发SCA。通常情况下，疾病严重程度与CAG重复次数呈正相关，疾病严重程度随着CAG重复增多而加重且发病更早。正常ATXN3基因的CAG重复范围为12-44，而SCA3患者的CAG重复范围则增加为56-87^[2-4]。

非编码区功能

据文献报道，ATXN3基因3'UTR区域的突变会影响SCA3（MJD）患者的发病年龄^[6]。miR-25和miR-181协同结合3'UTR可抑制ATXN3的异常表达，这可能是治疗SCA3（MJD）的潜在药物靶点^[7]。

基因治疗

目前靶向ATXN3治疗SCA的疗法大多处于研发早期，其治疗思路是通过miRNA或ASO药物等靶向ATXN3以降低ATXN3的异常表达。密歇根大学和Ionis公司的一项共同研究成果表明，ASO药物可抑制SCA3转基因小鼠(Q84/Q84)中突变ATXN3的表达量，减轻了SCA3小鼠的运动损伤^[8]。uniQure公司发表的一项临床前研究表明，在疾病模型中递送AAV5-miATXN3可有效抑制ATXN3的异常表达，其使用的疾病模型带有304个谷氨酰胺重复序列^[9]。

综上所述，ATXN3基因是马查多-约瑟夫病（MJD，即SCA3）的重要致病基因，致病机理复杂。ATXN3作为治疗SCA3的重要靶点，目前在基因治疗领域中已先后涌现出ASO药物、基于AAV递送的基因疗法等药物管线，构建科学高效的人源化小鼠模型对管线开发具有重要意义。赛业的ATXN3全人源化小鼠及在该人源化模型基础上构建的热门点突变疾病模型可应用于马查多-约瑟夫病基因治疗的临床前研究，针对不同点突变赛业还可提供模型定制服务。

参考文献

[1]Ruano L, Melo C, Silva MC, Coutinho P. The global epidemiology of hereditary ataxia and spastic paraplegia: a systematic review of prevalence studies. Neuroepidemiology. 2014;42(3):174-83.

[2]Paulson H. Machado-Joseph disease/spinocerebellar ataxia type 3. Handb Clin Neurol. 2012;103:437-49.

[3]McLoughlin HS, Moore LR, Paulson HL. Pathogenesis of SCA3 and implications for other polyglutamine diseases. Neurobiol Dis. 2020 Feb;134:104635.

[4]Cemal CK, Carroll CJ, Lawrence L, Lowrie MB, Ruddle P, Al-Mahdawi S, King RH, Pook MA, Huxley C, Chamberlain S. YAC transgenic mice carrying pathological alleles of the MJD1 locus exhibit a mild and slowly progressive cerebellar deficit. Hum Mol Genet. 2002 May 1;11(9):1075-94.

[5]Mcloughlin H S , Moore L R , Paulson H L .Pathogenesis of SCA3 and implications for other polyglutamine diseases[J].Neurobiol Dis, 2020.

[6]Zhe,Long,Zhao,et al.Two novel SNPs in ATXN3 3' UTR may decrease age at onset of SCA3/MJD in Chinese patients.[J].Plos One, 2015.

[7]Krauss S , Nalavade R , Weber S ,et al.Upregulation of miR-25 and miR-181 Family Members Correlates with Reduced Expression of ATXN3 in Lymphocytes from SCA3 Patients[J].MicroRNA (Shariqah, United Arab Emirates), 2019, 8(1):76-85.

[8]McLoughlin HS, Moore LR, Chopra R, et al. Oligonucleotide therapy mitigates disease in spinocerebellar ataxia type 3 mice. Ann Neurol. 2018 Jul;84(1):64-77.

[9]Martier R , Sogorb-Gonzalez M , Stricker-Shaver J ,et al.Development of an AAV-Based MicroRNA Gene Therapy to Treat Machado-Joseph Disease - ScienceDirect[J].Molecular Therapy — Methods & Clinical Development, 2019.