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【每周一鼠】Ptpn22基因敲除小鼠与自身免疫性疾病

【每周一鼠】Ptpn22基因敲除小鼠与自身免疫性疾病 | 赛业生物

 

赛业生物《每周一鼠》,每周更新,为大家讲解一个小鼠模型的故事,希望对大家了解不同的小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Ptpn22基因敲除小鼠。

 

Ptpn22基因

PTPN22(protein tyrosine phosphatase non-receptor 22)基因编码淋巴酪氨酸特异性磷酸酶(Lyp),Lyp由807个氨基酸构成,其N端是300多个氨基酸组成的PTP催化结构域,是这个蛋白的主要功能域,能够使底物去磷酸化。其C端是由500个氨基酸组成的包含4个脯氨酸富集区的调控结构域。

 

PTPN22基因的一个单核苷酸多态1858C→T (rs2476601) 使密码子620编码的P1基序中一个高度保守的关键氨基酸精氨酸变为色氨酸(R620W), 导致LYP和Csk不能结合,T细胞活性上调,细胞免疫稳态被破坏,显著增加了发生自身免疫性疾病(如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、I型糖尿病、自身免疫性甲状腺疾病等)的危险性。PTPN22基因的这一功能在基因敲除的小鼠动物模型中得到很好地证实。

 

Ptpn22基因敲除小鼠表型

有研究通过同源重组将Ptpn22基因外显子1的翻译起始点蛋氨酸由ATGG突变为CTGC和一个嘌呤霉素抗性筛选元件来构建Ptpn22基因敲除小鼠模型,免疫印迹分析证实纯合子胸腺细胞和脾细胞中PTPN22 蛋白缺失。

 

PTPN22的缺失导致T细胞稳态破坏

纯合子和野生型小鼠的胸腺细胞数量和亚群是相似的,唯一的区别是纯合子小鼠CD4+CD8+[双阳性(DP)]胸腺细胞中CD5的表达小幅增加以及CD4+T细胞的数量小幅度增加 (~30%)(如图1);是因为在DP阶段CD5表达的增加与TCR信号的增强相关。

图1. Ptpn22基因敲除小鼠T细胞的发育 | 赛业生物

图1. Ptpn22基因敲除小鼠T细胞的发育

 

Ptpn22对正选择和负选择的不同抑制作用

表达主要组织相容性复合体MHC-I类限制性TCR转基因的雌性纯合子小鼠对雄性H-Y抗原(雄性组织相容性抗原)具有特异性,胸腺和外周淋巴区室中的H-Y TCR+ CD8+ T细胞数量增加。同样,表达 MHC II类限制性DO11.10 TCR转基因的纯合子小鼠对卵清蛋白 (OVA) 具有特异性,CD4+ T细胞数量增加。然而,通过雄性纯合子小鼠中H-Y TCR+ CD8+胸腺细胞的正常缺失或用抗CD3ε的单克隆抗体(mAb)处理而导致DP胸腺细胞的多克隆缺失这种方法来衡量Ptpn22缺失对阴性选择的影响,发现Ptpn22的缺失对阴性选择没有影响。

图2. Ptpn2基因敲除小鼠T细胞的阳性选择 | 赛业生物

图2. Ptpn2基因敲除小鼠T细胞的阳性选择

 

4-6周的年轻纯合子小鼠的外周血淋巴器官的变化相对老年鼠较小,年龄较大(6个月)的纯合子小鼠出现脾肿大和淋巴结肿大。

图3. Ptpn22基因敲除小鼠免疫器官的变化 | 赛业生物

图3. Ptpn22基因敲除小鼠免疫器官的变化

 

Ptpn22通过Lck自动调节催化位点的去磷酸化来控制活化效应T细胞的增殖和功能

纯合子老年小鼠效应/记忆T细胞池中的CD4+ T细胞和CD8+数量较年轻时增加。

 

在TCR激活的前2天,野生型和纯合子小鼠幼稚 (CD44loCD62Lhi) T细胞显示出相似的生长和循环。此外,这些细胞显示出正常的TCR介导的[3H]胸苷掺入,细胞因子产生,细胞内钙浓度动员,激活标记物(如CD25)的表达和细胞蛋白酪氨酸磷酸化。这些结果表明,Ptpn22的缺失对原始T细胞活化的初始阶段没有明显的功能改变。然而在T细胞激活后的第3天和第4天,纯合子小鼠CD4和CD8细胞表现出较野生型小鼠2.5倍的生长优势,这同样也反映在细胞周期增加。

 

TCR再刺激后,这些源自纯合子小鼠幼稚T细胞的效应细胞表现出增殖和细胞因子产生增加,尽管野生型效应T细胞中的Lck Tyr394 位点表现出瞬时TCR诱导磷酸化,但在纯合子小鼠效应细胞中这种磷酸化得到增强和持续;受Lck调节的响应其他刺激(白介素 IL-2 或 IL-15 受体)的纯合子小鼠效应/记忆细胞是正常循环的,这表明Ptpn22的抑制作用似乎仅限于TCR信号通路。

 

总之,这些数据支持Ptpn22通过Lck自动调节催化位点的去磷酸化来调控活化效应T细胞的增殖和功能的观点。

图4. 体外产生效应T细胞TCR介导功能增强 | 赛业生物

图4. 体外产生效应T细胞TCR介导功能增强

 

PTPN22基因的单核苷酸多态性在自身免疫性疾病中发挥着重要的作用。通过影响免疫细胞产生、活化及抑制T细胞受体信号系统,从而维持着机体免疫系统的动态平衡。该基因一旦发生突变,很可能导致机体自身免疫系统平衡紊乱而发生疾病。研究其突变如何引起自身免疫性缺陷以及其中的分子机理将为开发新的自身免疫性疾病的疗法有很重要的意义。

 

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Ptpn22全身性敲除活体小鼠 | 赛业生物

 

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