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【每周一鼠】宝,今天的Cfh基因敲除小鼠记得要看哦

Cfh基因敲除小鼠

 

赛业生物《每周一鼠》栏目,每周五更新,为大家讲解一个小鼠模型的故事,希望对大家了解不同的疾病小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Cfh基因敲除小鼠。

 

背景介绍

补体因子H,又称H因子1和CFH、FH,是一种含唾液酸的糖蛋白。CFH 是血液中最丰富的补体成分之一,其中肝脏是体内CFH蛋白的主要来源。此外,CFH还由其他类型的细胞分泌,包括单核细胞、成纤维细胞或内皮细胞。

 

该基因是补体激活调节因子RCA基因簇的成员,编码由20个短同源重复序列(SCR)构成的蛋白质。这种蛋白质被分泌到血液中,在调节补体介导的免疫系统中起着不可或缺的作用,该免疫系统参与微生物防御、免疫复合物处理和细胞程序性死亡。

 

CFH保护自身细胞免受补体激活,但不保护细菌和病毒。CFH的错误调节可能对处理外来感染或降低宿主细胞补体活性的能力产生不利影响。过度活跃的H 因子可能导致对病原细胞的补体活性降低,增加对微生物感染的易感性。活性不足的H 因子可能会导致对健康宿主细胞的补体活性增加,导致自身免疫性疾病。

 

Cfh基因敲除小鼠表型

1. 膜增生性肾小球肾炎(MPGN)

H因子缺陷小鼠(Cfh-/-小鼠)会自发发展成膜增生性肾小球肾炎(MPGN),并且对免疫复合物引起的肾损伤敏感。

 

打靶策略:外显子3 被替换为Neo casstte(采用ES cell 打靶)。Western blot 分析证实纯合子突变小鼠中缺失编码蛋白。

图1. Cfh-/-小鼠打靶策略

图1. Cfh-/-小鼠打靶策略

 

小鼠肾脏病理:26个纯合子中有6个(23%)在8个月大时自然死亡。血清C3显著降低、肾脏组织学异常、自发性膜增生性肾小球肾炎(MPGN)、血尿、蛋白尿。

图2. Cfh-/-小鼠的肾脏病理学

图2. Cfh-/-小鼠的肾脏病理学。

 

2. 年龄相关性黄斑变性(AMD)

该疾病西方60岁以上人群视力丧失的最大原因,并且患病率越来越高。许多疾病是由遗传/环境相互作用引起的,50%的AMD病例与补体系统的多态性有关,包括补体因子H。Cfh-/-小鼠在传统的开放环境或无病原体屏障环境中饲养超过9个月。与保持在无病原体环境中的小鼠相比,开放环境Cfh-/-小鼠视网膜下巨噬细胞数量、炎症和应激反应显着增加,光感受器数量减少; 开放环境下Cfh-/-小鼠的视网膜病变程度高于屏障内小鼠。保持在开放环境中的Cfh-/-小鼠在衰老时具有较少的光感受器。因此,当与损害免疫功能的补体缺陷相关时,环境因素会导致这些小鼠的视网膜疾病。

图3. 与维持在无特定病原体环境 (SPF) 中的小鼠相比,Cfh-/-小鼠暴露于常规环境(CE)会导致炎症增加。

图3. 与维持在无特定病原体环境 (SPF) 中的小鼠相比,Cfh-/-小鼠暴露于常规环境(CE)会导致炎症增加。

 

Cfh-/-的老年小鼠具有与早期AMD相同的眼部表型。这些特征包括视网膜电图(ERG)反应下降、视力丧失、光感受器组织紊乱和BrM结构异常。这些小鼠也会自发地出现致密沉积病(DDD,又称膜增生性肾小球肾炎II型)样的病理异常。可通过在Cfh-/-小鼠中转入人源CFH基因治疗相关表型,这些人源化CFH小鼠是研究年龄相关性黄斑变性和致密沉积病的分子机制和测试治疗靶点提供有价值的模型。也已证明采用纯化的人CFH(hCFH)制剂在CFH基因敲除小鼠中的有效性。由于AMD的发生涉及多种信号通路及相关基因,其机制尚未明确,若能明确其机制,则基因治疗的选择会有更大余地。

 

2. 骨疾病

补体系统在骨发育和体内平衡中起作用。CFH 的缺失改变了骨的微观结构,影响成骨细胞和破骨细胞的动力学:16周龄Cfh-/-小鼠股骨的3D重建显示出显着变化。肾功能和组织学保持正常,表明在肾功能障碍之前发生了骨骼变化。CFH 普遍存在于成骨细胞和破骨细胞的细胞质中。CFH缺失引起的变化包括:成骨细胞(362%)和破骨细胞(342%)数量增加,组织蛋白酶K的RNA(180%)和蛋白表达增加,破骨细胞功能增加(凹坑形成,233%)。成骨细胞和破骨细胞中的肌动蛋白重排都发生了改变,破骨细胞外围F-肌动蛋白环的完整性丧失。证明了CFH在维持骨结构和功能方面的直接作用,并被强调为骨病的有希望的治疗靶点。

表1. 16周龄对照小鼠和Fh-/-小鼠骨骼的解剖特征

表1. 16周龄对照小鼠和Fh-/-小鼠骨骼的解剖特征。

 

补体作为生物进化中天然免疫系统(Innate immune system)的一个主要成份,和细胞因子一样,在人体的生理、病理过程中有很重要的作用。CFH基因突变与多种严重疾病有关,包括罕见的肾脏疾病溶血尿毒综合征(HUS)和膜增生性肾小球肾炎(MPGN),以及更常见的年龄相关性黄斑变性(AMD),是很有潜力的药物治疗靶点。

 

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Cfh全身性敲除小鼠和Cfh条件性敲除小鼠

 

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参考文献:

1. Pickering MC, Cook HT, Warren J, Bygrave AE,Moss J, Walport MJ, Botto M. Uncontrolled C3 activation causes membranoproliferative glomerulonephritis in mice deficient in complement factor H. Nat Genet. 2002 Aug;31(4):424-8. doi:10.1038/ng912. Epub 2002 Jul 1. PMID:12091909.

2. Hoh Kam J, Morgan JE, Jeffery G. Aged complement factor H knockout mice kept in a clean barriered environment have reduced retinal pathology.Exp Eye Res. 2016 Aug;149:116-125. doi:10.1016/j.exer.2016.07.002. Epub 2016 Jul 7.PMID: 27397653.

3. Ding JD, Kelly U, Landowski M, Toomey CB,Groelle M, Miller C, Smith SG, Klingeborn M, Singhapricha T,Jiang H, Frank MM, Bowes Rickman C. Expression of human complement factor H prevents age-related macular degeneration-like retina damage and kidney abnormalities in aged Cfh knockout mice. Am JPathol.2015 Jan;185(1):29-42. doi:10.1016/j.ajpath.2014.08.026. Epub 2014 Nov 1.PMID: 25447048; PMCID:PMC4278241.

4. Alexander JJ, Sankaran JS, Seldeen KL,Thiyagarajan R, Jacob A, Quigg RJ, Troen BR,Judex S.Absence of complement factor H alters bone architecture and dynamics. Immunobiology. 2018 Dec;223(12):761-771. doi:10.1016/j.imbio.2018.07.023. Epub 2018 Aug 1.PMID: 30107932.

 

关于赛业

赛业生物历经15年发展,已服务全球数万名科学家,产品和技术已直接应用于包括CNS(Cell,Nature, Science)三大期刊在内的4500余篇学术论文。除了提供基因敲除基因敲入条件性基因敲除模型定制服务外,赛业生物还有专业的手术疾病模型团队,可以提供多种复杂精细的小动物手术疾病模型;药物筛选评价小鼠平台可以提供从欧美行业领袖引进的免疫缺陷鼠、用于心血管及阿尔茨海默症等研究的人源化小鼠;国际标准化无菌鼠技术平台可以提供无菌鼠、无菌动物定制服务、微生物菌群移植服务等基于无菌动物模型的各类产品和服务,结合赛业生物成熟稳定的基因编辑小鼠平台,还可帮助您研究菌群与基因的互作机制。

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