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【每周一鼠】实验没灵感?Fhl2基因敲除小鼠了解一下

【每周一鼠】实验没灵感?Fhl2基因敲除小鼠了解一下

 

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Fhl2基因敲除小鼠。

 

背景介绍

FHL蛋白结构均含有4 个半LIM结构,这些蛋白质的定义是存在四个半富含半胱氨酸的LIM 同源域,其中半域始终位于N 端。到目前为止,FHL亚家族中有五个成员,即FHL1、FHL2、FHL3、FHL4 和人类睾丸CREM激活因子(ACT)。它们以细胞和组织特有的方式表达,并参与各种细胞过程,包括调节细胞生存、转录和信号转导。FHL1、FHL2和FHL3主要在肌肉中表达,而FHL4和FHL5仅在睾丸中表达。目前,FHL蛋白亚家族中研究最为深入的是FHL2 。

图1. FHL2是一种驻留在不同亚细胞隔间的多功能蛋白

图1. FHL2是一种驻留在不同亚细胞隔间的多功能蛋白

 

Fhl2以细胞/组织特异性方式表现出多种表达模式,在心脏高度表达,但也可在大脑和骨骼肌检测出。编码的蛋白质在许多信号通路和细胞发育和细胞分化过程中起调节作用,包括心血管系统和横纹肌的发育和维持。该基因还在骨形成中起作用并调节骨矿物质含量和骨矿物质密度。

 

FHL2是一种适应蛋白,能与其他多种癌基因产物和蛋白质相互作用,参与调节基因表达,维持细胞结构,介导细胞黏附、细胞运动和信号传导等。目前认为, FHL2在肿瘤发生发展演化过程以及在肿瘤细胞的分化过程中均起重要的作用。

 

Fhl2基因敲除小鼠表型

1. 心血管系统

打靶策略:将LacZ插入Fhl2基因编码起始位置,并破坏了内源基因表达。

图2. Fhl2-/-小鼠打靶策略

图2. Fhl2-/-小鼠打靶策略

 

通过分析β-半乳糖苷酶活性,Fhl2在胚胎第7.5天在心脏新月体内表达,在心脏发育的后期和成年动物中,Fhl2表达定位于心肌,而在心内膜、心垫、流出道或冠状血管系统中不存在。

图3. 缺乏 FHL2的小鼠对β-肾上腺素能刺激的肥大反应增强-1

图3. 缺乏 FHL2的小鼠对β-肾上腺素能刺激的肥大反应增强-2

图3. 缺乏 FHL2的小鼠对β-肾上腺素能刺激的肥大反应增强

 

缺乏Fhl2的基因敲除小鼠的心血管发育正常,然而,在没有Fhl2的情况下,长期输注异丙肾上腺素导致心肌肥大(Fhl2缺失小鼠与野生型小鼠相比,心脏重量/体重增加了59% 与20%;P<0.01)。

 

2. 骨骼系统

与野生型对照小鼠相比,Fhl2缺陷小鼠骨量逐渐减少;骨质减少,特别是由于成骨细胞活性降低。通过产生在成熟破骨细胞或成骨细胞中特异性表达Fhl2的转基因FVB小鼠。与FVB野生型同窝出生的动物相比,成骨细胞中Fhl2的强制表达导致转基因动物的骨量增加了27%。

图4. Fhl2-/-小鼠骨骼组织学分析

图4. Fhl2-/-小鼠骨骼组织学分析

 

Fhl2缺陷小鼠作为一种由于成骨细胞活性降低而导致的骨质减少的独特模型,通过Fhl2调节成骨细胞合成代谢活性来对抗骨质疏松症可作为一种新概念。开发通过调节成骨细胞中的Fhl2活性来维持骨量的合成代谢药物开辟了新道路。

 

3. 神经系统

有研究发现Fhl2在神经干细胞(NSC)、神经前体细胞以及成熟的神经细胞中都有表达。此外,Fhl2表达不足会导致动物神经母细胞(neuroblast )迁移迟滞,同时导致体外培养的NSC过早地分化为星形胶质细胞,并伴随着年龄的增长加剧GFAP阳性的成熟星形胶质细胞在体内的增生和积累。综上所述,如果脑中缺乏Fhl2会破坏成体干细胞的稳定和平衡状态,导致NSC更倾向于向胶质细胞分化,从而过早耗尽可用于神经再生的NSC资源。

图5. Fhl2 缺陷小鼠显示出过早的神经胶质分化并伴随着年龄的增长加剧GFAP阳性的成熟星形胶质细胞在体内的增生和积累

图5. Fhl2 缺陷小鼠显示出过早的神经胶质分化并伴随着年龄的增长加剧GFAP阳性的成熟星形胶质细胞在体内的增生和积累

 

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参考文献:

1. Johannessen M, Møller S, Hansen T, Moens U, Van Ghelue M. The multifunctional roles of the four-and-a-half-LIM only protein FHL2. Cell Mol Life Sci. 2006 Feb;63(3):268-84. doi:10.1007/s00018-005-5438-z. PMID: 16389449.

2. Kong Y, Shelton JM, Rothermel B, Li X, Richardson JA, Bassel-Duby R, Williams RS. Cardiac-specific LIM protein FHL2 modifies the hypertrophic response to beta-adrenergic stimulation. Circulation. 2001 Jun5;103(22):2731-8. doi: 10.1161/01.cir.103.22.2731. PMID:11390345.

3. Günther T, Poli C, Müller JM, Catala-Lehnen P, Schinke T, Yin N, Vomstein S, Amling M, Schüle R. Fhl2 deficiency results in osteopenia due to decreased activity of osteoblasts. EMBO J. 2005 Sep7;24(17):3049-56. doi: 10.1038/sj.emboj.7600773. Epub 2005 Aug 4. PMID: 16079911; PMCID: PMC1201354.

4. Kim SY, Völkl S, Ludwig S, Schneider H, Wixler V, Park J. Deficiency of Fhl2 leads to delayed neuronal cell migration and premature astrocyte differentiation. J Cell Sci. 2019 Mar 18;132(6):jcs228940. doi: 10.1242/jcs.228940. PMID: 30745335.

 

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